JPH11233109A - 負極にアルミニウム又はアルミニウム化合物を用いた非水電解液電池 - Google Patents

負極にアルミニウム又はアルミニウム化合物を用いた非水電解液電池

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JPH11233109A
JPH11233109A JP10037807A JP3780798A JPH11233109A JP H11233109 A JPH11233109 A JP H11233109A JP 10037807 A JP10037807 A JP 10037807A JP 3780798 A JP3780798 A JP 3780798A JP H11233109 A JPH11233109 A JP H11233109A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負極にアルミニウム又はアルミニウム化合物
を用いた非水電解液電池における電解液の電解質塩とし
て、アルミニウムイオンを良く溶解する塩を用いること
により、放電特性又は充放電特性の良好な非水電解液電
池を実現可能にする。 【解決手段】 負極にアルミニウム又はアルミニウム化
合物を用いた非水電解液電池において、電解質塩として
パーフルオロメチルスルフォニルイミド塩を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負極にアルミニウ
ム又はアルミニウム化合物を用いた非水電解液電池に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウムの単位体積当たりの理論エ
ネルギー密度は８０５０Ａｈ／ｌであり、リチウムの約
４倍に相当する。従って、アルミニウムを電池の負極に
用いることができれば、高エネルギー密度の電池を低い
コストで実現できることになる。このアルミニウムを負
極に用いる電池、いわゆるアルミニウム電池は、単位体
積当たりの電流容量が最も大きく、重量当たりの電流容
量も大きく、非常に魅力的である。
【０００３】このアルミニウム電池の実現には電解液の
開発が必要不可欠であるが、次のような課題がある。即
ち、アルミニウムは熱力学的に水素よりも著しく還元さ
れにくいために、水溶液系の電解液を使用してアルミニ
ウムを電気化学的に且つ可逆的に電析させることは非常
に困難である。また、アルミニウムは酸素原子と強い親
和性を有するために、その表面には絶縁性が高く、強固
で緻密な酸化皮膜が存在する。従って、放電時にアルミ
ニウムの均一な溶出が極めて困難となり放電特性が低下
する。
【０００４】このような状況下で、従来、アルミニウム
を負極とする一次電池や二次電池の電解液として、例え
ば、リチウム電池に用いられているような有機溶媒系の
非水電解液や、エーテル系又は高温溶融塩系の非水電解
液を使用することが提案されている。また、近年では、
アルミニウムハロゲン化物／Ｎ−アルキルピリジニウム
ハロゲン化物又はアルミニウムハロゲン化物／アルキル
イミダゾリウムハロゲン化物からなる常温溶融塩系の非
水電解液を使用することも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウムを負極に用いたいわゆるアルミニウム電池は未だ
に実用化されていない。これは次の理由による。
【０００６】上記のように、アルミニウム電池は単位体
積当たりの電流容量が最も大きく、重量当たりの電流容
量も大きく電池材料として魅力的であるが、水溶液電池
の場合、保存中の腐蝕に起因する自己放電が大きく、作
動の信頼性に問題がある。
【０００７】一方、非水電解液では、アルミニウムイオ
ンを良く溶解する塩がなく、大きな電流密度での放電が
できないため、アルミニウム電池の実現を困難にしてい
る。また塩化物の場合、電池の缶が腐蝕するという問題
がある。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、負極にアルミニウム又はアルミニウム化合物を用い
た非水電解液電池における電解液の電解質塩として、ア
ルミニウムイオンを良く溶解する塩を用いることによ
り、一次電池としての放電特性又は二次電池としての充
放電特性の良好な非水電解液電池の実現を可能とするこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、パーフル
オロメチルスルフォニルイミド塩（−Ｎ（ＣＦ3 Ｓ
Ｏ2 ）2 ）が電解液中に多く溶解し良好なイオン導電性
を示すことを見い出し、アルミニウム電池の溶質に最適
であるとして本発明を完成するに至った。
【００１０】即ち、本発明は、負極にアルミニウム又は
アルミニウム化合物を用い、電解質塩としてパーフルオ
ロメチルスルフォニルイミド塩を用いたことを特徴とす
るものである。
【００１１】負極にアルミニウム又はアルミニウム化合
物を用いた非水電解液電池においては、放電時、負極で
あるアルミニウム金属あるいはアルミニウム化合物から
電解液中にアルミニウムイオンが放出され、正極側へ移
動する。一方、正極側ではアルミニウムイオンが正極と
反応してアルミニウム化合物を生成する。充電時はこれ
と逆方向の反応が起こり、アルミニウムイオンも逆側に
移動する。これらの反応がスムーズに行われるためには
電解液中に移動するアルミニウムイオンが豊富にあるこ
とが重要である。
【００１２】本発明に従い、非水溶媒に対する溶質とし
てパーフルオロメチルスルフォニルイミドのアルミニウ
ム塩を用いると、非水電解液でのアルミニウムイオンの
生成量を多くすることができ、充電または放電の際のア
ルミニウムイオンの移動が速やかに行われ、電池特性が
向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を実施例
を中心に説明する。
【００１４】図１に、試作したコイン形２０２５サイズ
の非水電解液電池の概要を示す。この電池は次にように
構成してある。即ち、円形の電池缶（正極缶）１の中心
にチタン製ネット２を溶接し、その上に正極３を加圧圧
着する。この正極３の上にセパレータとしてのポリプロ
ピレン製不織布４を重ねる。電解液を滴下し充分正極３
およびセパレータに含ませる。一方、内面にステンレス
製ネット６を溶接した負極端子７を用意し、そのステン
レス製ネット６の下面にアルミ板５を加圧圧着する。こ
の負極端子７を、ポリプロピレン製不織布４の上から被
せ、両者間にアルミ板５を位置させる。負極端子７の周
囲にはポリプロピレン製ガスケット８を嵌め込んでお
き、正極缶１の周囲を内側にクリンプして封口する。
【００１５】（実施例１）上記の正極３として、フッ化
銅（ＣｕＦ２；試薬）を８０重量部、導電剤としてアセ
チレンブラックを５重量部、バインダとして４フッ化エ
チレン粉末１０重量部を、乾燥空気中で充分混合した
後、ロールプレスを行い、厚さおよそ０．３ｍｍのシー
ト状物を得た。その後、これを直径１５ｍｍの円形状の
正極３として打ち抜き、厚さ２．５ｍｍ、直径２０ｍｍ
の電池缶の中心に溶接された直径１５ｍｍのチタン製ネ
ット２上に加圧圧着した。
【００１６】直径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの純度９９．９
％のアルミ板５を用意し、負極端子７内面に溶接された
直径１４ｍｍのステンレス製ネット６上に加圧圧着を行
った。
【００１７】この実施例１では、電解液として、ＰＣ
（プロピレンカーボネート）およびＤＭＥ（ジメトキシ
エタン）の容積比１：１の混合溶媒に、パーフルオロメ
チルスルフォニルイミドのアルミニウム塩（Ａｌ（Ｎ
［ＣＦ3 ＳＯ2 ］2 ）3 ）を１モル（Ｍ／１）溶解した
ものを用いた。
【００１８】正極３上に直径１７ｍｍのポリプロピレン
製不織布４を重ねた後、電解液を滴下し、充分正極３お
よびセパレータに含ませた後、周囲にポリプロピレン製
ガスケット８を嵌め込んだ負極端子７を被せ、正極缶１
の周囲を金型を用いて内側にクリンプして封口を行っ
た。できた電池はコイン形２０２５サイズとなった。
【００１９】この電池を４ｍＡの定電流で放電を行った
ところ、表１及び図２に示すように、１．８５Ｖで１
０．３時間の放電が可能であった。
【００２０】
【表１】
【００２１】（実施例２〜４）表１に示すように、実施
例２では溶媒としてＡＮ（アセトニトリル）を、実施例
３では溶媒としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を、実
施例４では溶媒として、ＥＣ（エチレンカーボネート）
とＥＭＣ（エチルメチルカーボネート）の１：１の混合
溶媒を用い、他はそれぞれ上記実施例１と全く同じにし
て非水電解液電池を製作した。これらの電池の特性評価
として、４ｍＡの定電流で放電を行ったところ、表１に
示すように１．８５Ｖでそれぞれ９．８時間、９．５時
間、９．３時間の放電が可能であった。
【００２２】（比較例１）比較例１として、ＥＣ（エチ
レンカーボネート）とＥＭＣ（エチルメチルカーボネー
ト）の１：０．２の混合溶媒を用い、これに溶質として
Ａｌ（ＢＦ4 ）3を含ませた電解液を作成し、他は上記
実施例１と全く同じにして非水電解液電池を製作した。
この電池を４ｍＡの定電流で放電を行ったところ、表１
に示すように１．８５Ｖでそれぞれ０．１時間と短時間
の放電しかできなかった。
【００２３】（比較例２）また、比較例２として、溶媒
としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を用い、これにＡ
ｌＣｌ3 （塩化アルミニウム）（０．２モル）とＬｉＣ
ｌ（０．８モル）を含ませた電解液を作成し、他は上記
実施例１と全く同じにして非水電解液電池を製作した。
この電池を４ｍＡの定電流で放電を行ったところ、表１
に示すように１．８５Ｖでそれぞれ３. ２時間と短時間
の放電しかできなかった。また、正極缶の腐食が発生し
た。
【００２４】上記から、パーフルオロメチルスルフォニ
ルイミド塩は電解液中に多く溶解し良好なイオン導電性
を示し、アルミニウム電池の溶質に最適であることが分
かる。また、このパーフルオロメチルスルフォニルイミ
ド塩をアルミニウム電池の溶質として用いることによ
り、単位体積当たりの電流容量が最も大きく、重量当た
りの電流容量も大きい非水電解液電池を実現できること
が分かる。しかも、比較例に用いた塩化物の場合は、正
極缶の腐蝕を生じさせたのに対し、本実施例のイミド塩
の場合には正極缶の腐蝕の発生はなく、二次電池への適
用も可能である。
【００２５】なお、上記実施形態では負極にアルミニウ
ムを用いる場合について説明したが、本発明は負極にア
ルミニウム化合物を用いる形態においても適用すること
ができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ルミニウム電池の非水電解液の溶質として、アルミニウ
ムイオンを良く溶解するパーフルオロメチルスルフォニ
ルイミド塩を用いたので、単位体積当たりの電流容量が
大きいアルミニウムを負極に用いることが可能となり、
一次電池としての放電特性又は二次電池としての充放電
特性の良好な非水電解液電池を実現することができる。
また、これにより活物質の利用率も大きくなる。更に、
缶の腐蝕という問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の負極にアルミニウムを用いた非水電解
液電池の構成図である。
【図２】電池電圧と放電持続時間との関係を示すグラフ
である。
【符号の説明】 １ 電池缶 ２ チタン製ネット ３ 正極 ４ ポリプロピレン製不織布 ５ アルミ板 ６ ステンレス製ネット ７ 負極端子 ８ ポリプロピレン製ガスケット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負極にアルミニウム又はアルミニウム化
    合物を用い、電解質塩としてパーフルオロメチルスルフ
    ォニルイミド塩を用いたことを特徴とする非水電解液電
    池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1548450A2 (en) 1999-08-19 2005-06-29 Fujitsu Limited Probe card and method of testing wafer having a plurality of semiconductor devices
WO2007063700A1 (ja) * 2005-12-02 2007-06-07 Sony Corporation 電気化学デバイス
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US11296329B2 (en) 2016-12-16 2022-04-05 Industrial Technology Research Institute Metal-ion battery

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