JPH11329413A - リチウム電池および電極 - Google Patents
リチウム電池および電極Info
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- JPH11329413A JPH11329413A JP10134350A JP13435098A JPH11329413A JP H11329413 A JPH11329413 A JP H11329413A JP 10134350 A JP10134350 A JP 10134350A JP 13435098 A JP13435098 A JP 13435098A JP H11329413 A JPH11329413 A JP H11329413A
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- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/137—Electrodes based on electro-active polymers
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- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極の電導度および機械的強度を向上するこ
と。 【解決手段】 電極は、ジスルフィド基を含有し、該ジ
スルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化学的還元によって開
裂され、電気化学的酸化によって再生される導電性マト
リックスを包含する。該導電性マトリックス中に複数の
カーボンナノチューブが分散している。この電極はリチ
ウム電池のカソードとして用いることができる。
と。 【解決手段】 電極は、ジスルフィド基を含有し、該ジ
スルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化学的還元によって開
裂され、電気化学的酸化によって再生される導電性マト
リックスを包含する。該導電性マトリックス中に複数の
カーボンナノチューブが分散している。この電極はリチ
ウム電池のカソードとして用いることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電極、電池前駆体、
およびリチウム電池に関する。
およびリチウム電池に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電池
は、一対の電極および両電極の間に配置される電解質を
含有する一種の電気化学的セルである。一方の電極はカ
ソードといい、カソードでは放電中に活物質が還元され
る。他方の電極はアノードといい、アノードでは放電中
に別の活物質が酸化される。二次電池とは放電後に電気
を充電することができる電池をいう。
は、一対の電極および両電極の間に配置される電解質を
含有する一種の電気化学的セルである。一方の電極はカ
ソードといい、カソードでは放電中に活物質が還元され
る。他方の電極はアノードといい、アノードでは放電中
に別の活物質が酸化される。二次電池とは放電後に電気
を充電することができる電池をいう。
【０００３】最近、高電圧および高エネルギー密度のた
めに、リチウム二次電池に関する集中的な研究が行われ
ている。リチウム電池とは放電中にリチウムイオンを放
出するための活物質を含有するアノードを有する電池を
いう。この活物質は金属リチウムおよび層の間にリチウ
ムを包含することができる層間(intercalated)物質であ
ることができる。
めに、リチウム二次電池に関する集中的な研究が行われ
ている。リチウム電池とは放電中にリチウムイオンを放
出するための活物質を含有するアノードを有する電池を
いう。この活物質は金属リチウムおよび層の間にリチウ
ムを包含することができる層間(intercalated)物質であ
ることができる。
【０００４】リチウム二次電池のカソード用電極物質に
は特別の注意が払われている。たとえば米国特許第４，
８３３，０４８号はエネルギー密度を改善するためにジ
スルフィド化合物を含有するカソードを開示している。
この化合物はＲ−Ｓ−Ｓ−Ｒ（式中、Ｒは脂肪族または
芳香族有機基、Ｓは硫黄原子）によって表わされる。Ｓ
−Ｓ結合はＭ+というカチオンを含有する電解セル内に
おける電解還元によって開裂されてＲ−Ｓ-・Ｍ+によっ
て表わされる塩を生成する。この塩は電解酸化によって
Ｒ−Ｓ−Ｓ−Ｒに戻る。米国特許第４，８３３，０４８
号はジスルフィド化合物と、カチオン（Ｍ+）を供給
し、また捕捉する金属Ｍとを組み合わせることによって
得られる再充電可能な電池を開示している。この再充電
可能な電池は少なくとも１５０Ｗｈ／ｋｇのすぐれたエ
ネルギー密度をもたらす。米国特許第４，８３３，０４
８号の全開示は引用例として本明細書に援用される。
は特別の注意が払われている。たとえば米国特許第４，
８３３，０４８号はエネルギー密度を改善するためにジ
スルフィド化合物を含有するカソードを開示している。
この化合物はＲ−Ｓ−Ｓ−Ｒ（式中、Ｒは脂肪族または
芳香族有機基、Ｓは硫黄原子）によって表わされる。Ｓ
−Ｓ結合はＭ+というカチオンを含有する電解セル内に
おける電解還元によって開裂されてＲ−Ｓ-・Ｍ+によっ
て表わされる塩を生成する。この塩は電解酸化によって
Ｒ−Ｓ−Ｓ−Ｒに戻る。米国特許第４，８３３，０４８
号はジスルフィド化合物と、カチオン（Ｍ+）を供給
し、また捕捉する金属Ｍとを組み合わせることによって
得られる再充電可能な電池を開示している。この再充電
可能な電池は少なくとも１５０Ｗｈ／ｋｇのすぐれたエ
ネルギー密度をもたらす。米国特許第４，８３３，０４
８号の全開示は引用例として本明細書に援用される。
【０００５】しかし、米国特許第４，８３３，０４８号
の発明者らがＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、
Ｖｏｌ．１３６、Ｎｏ．９、２５７０ないし２５７５頁
（１９８９）に報告しているように、このジスルフィド
化合物の酸化電位と還元電位との差は極めて大きい。た
とえば、［（Ｃ2Ｈ5）2ＮＣＳＳ−］2を電気分解する場
合に、酸化電位と還元電位との差は１Ｖ以上ある。電気
化学反応の理論によれば．ジスルフィド化合物の電子の
移動は室温においては極めて緩慢に進行する。したがっ
て、室温において１ｍＡ／ｃｍ2以上の高電流出力を生
じる再充電可能な電池を得ることはかなり困難である。
ジスルフィド化合物の電極を含む電池の作動は１００°
から２００℃の範囲の高温に限られ、その範囲では電子
の移動は急速に進行することができる。
の発明者らがＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、
Ｖｏｌ．１３６、Ｎｏ．９、２５７０ないし２５７５頁
（１９８９）に報告しているように、このジスルフィド
化合物の酸化電位と還元電位との差は極めて大きい。た
とえば、［（Ｃ2Ｈ5）2ＮＣＳＳ−］2を電気分解する場
合に、酸化電位と還元電位との差は１Ｖ以上ある。電気
化学反応の理論によれば．ジスルフィド化合物の電子の
移動は室温においては極めて緩慢に進行する。したがっ
て、室温において１ｍＡ／ｃｍ2以上の高電流出力を生
じる再充電可能な電池を得ることはかなり困難である。
ジスルフィド化合物の電極を含む電池の作動は１００°
から２００℃の範囲の高温に限られ、その範囲では電子
の移動は急速に進行することができる。
【０００６】米国特許第５，３２４，５９９号はジスル
フィド化合物および導電性ポリマーを含有するリチウム
二次電池用カソードを開示している。この導電性ポリマ
ーは室温のような低い温度で電池を作動させることがで
きる。米国特許第５，３２４，５９９号の全開示は引用
例として本明細書に援用される。
フィド化合物および導電性ポリマーを含有するリチウム
二次電池用カソードを開示している。この導電性ポリマ
ーは室温のような低い温度で電池を作動させることがで
きる。米国特許第５，３２４，５９９号の全開示は引用
例として本明細書に援用される。
【０００７】ＪＰ−Ａ−５−１７５９２９に該当する日
本特許第２，５１３，４１８号はカーボンナノチューブ
を含有するカソードを開示している。このカーボンナノ
チューブは一対のカーボンロッド間の放電によって得ら
れる。日本特許第２，５１３，４１８号はジスルフィド
化合物を教示していない。日本特許第２５１３４１８号
の全開示は引用例として本明細書に援用される。
本特許第２，５１３，４１８号はカーボンナノチューブ
を含有するカソードを開示している。このカーボンナノ
チューブは一対のカーボンロッド間の放電によって得ら
れる。日本特許第２，５１３，４１８号はジスルフィド
化合物を教示していない。日本特許第２５１３４１８号
の全開示は引用例として本明細書に援用される。
【０００８】ＷＯ９５／０７５５１はリチウム二次電池
に用いることができ、カーボンナノチューブを含有する
電極を開示している。このカーボンナノチューブは接触
反応によって得られる。この文書は、超音波ホモジナイ
ザーによってほぐされたカーボンナノチューブの凝集体
をさらに開示している。ＷＯ９５／０７５５１の全開示
は引用例として本明細書に援用される。
に用いることができ、カーボンナノチューブを含有する
電極を開示している。このカーボンナノチューブは接触
反応によって得られる。この文書は、超音波ホモジナイ
ザーによってほぐされたカーボンナノチューブの凝集体
をさらに開示している。ＷＯ９５／０７５５１の全開示
は引用例として本明細書に援用される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面によ
れば、ジスルフィド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ
−Ｓ結合が電気化学的還元によって開裂され、電気化学
的酸化によって再生される導電性マトリックス；および
該導電性マトリックス中に分散されている複数のカーボ
ンナノチューブを含む電極が提供される。
れば、ジスルフィド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ
−Ｓ結合が電気化学的還元によって開裂され、電気化学
的酸化によって再生される導電性マトリックス；および
該導電性マトリックス中に分散されている複数のカーボ
ンナノチューブを含む電極が提供される。
【００１０】好ましくは該導電性マトリックスは、導電
性ポリマー、およびジスルフィド基を有する有機化合物
を含有することができる。あるいは、導電性マトリック
スは、ジスルフィド基を生成することができるメルカプ
ト基を有する導電性ポリマーを含有することができる。
性ポリマー、およびジスルフィド基を有する有機化合物
を含有することができる。あるいは、導電性マトリック
スは、ジスルフィド基を生成することができるメルカプ
ト基を有する導電性ポリマーを含有することができる。
【００１１】本発明の第２の側面によれば、ジスルフィ
ド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化
学的還元によって開裂され、電気化学的酸化によって再
生される導電性マトリックス、および導電性マトリック
ス中に分散されている複数のカーボンナノチューブを有
するカソード；ならびにカソード集電体を含み、さらに
カソード集電体がカソードに被覆されている電池前駆体
が提供される。
ド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化
学的還元によって開裂され、電気化学的酸化によって再
生される導電性マトリックス、および導電性マトリック
ス中に分散されている複数のカーボンナノチューブを有
するカソード；ならびにカソード集電体を含み、さらに
カソード集電体がカソードに被覆されている電池前駆体
が提供される。
【００１２】本発明の第３の側面によれば、ジスルフィ
ド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化
学的還元によって開裂され、電気化学的酸化によって再
生される導電性マトリックス、および該導電性マトリッ
クス中に分散されている複数のカーボンナノチューブを
有するカソード；リチウムイオンを放出するための活物
質を有するアノード；ならびに該カソードと該アノード
との間に配置される電解質を含むリチウム電池が提供さ
れる。
ド基を含有し、該ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化
学的還元によって開裂され、電気化学的酸化によって再
生される導電性マトリックス、および該導電性マトリッ
クス中に分散されている複数のカーボンナノチューブを
有するカソード；リチウムイオンを放出するための活物
質を有するアノード；ならびに該カソードと該アノード
との間に配置される電解質を含むリチウム電池が提供さ
れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の電極は、ジスルフィド基
を含有する導電性マトリックスを包含する。１つの実施
態様では、導電性マトリックスは、導電性ポリマー、お
よびジスルフィド基を有する有機化合物を含有する。別
の実施態様では、導電性マトリックスはメルカプト基を
有する導電性ポリマーを含有する。
を含有する導電性マトリックスを包含する。１つの実施
態様では、導電性マトリックスは、導電性ポリマー、お
よびジスルフィド基を有する有機化合物を含有する。別
の実施態様では、導電性マトリックスはメルカプト基を
有する導電性ポリマーを含有する。
【００１４】ジスルフィド基は電極における電気化学反
応に関与する。すなわち、ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合
は電気化学的還元によって開裂され、電気化学的酸化に
よって再生される。この電極をリチウム電池のカソード
として用いると、カソードおよびアノードの電気化学反
応は次式で示される。
応に関与する。すなわち、ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合
は電気化学的還元によって開裂され、電気化学的酸化に
よって再生される。この電極をリチウム電池のカソード
として用いると、カソードおよびアノードの電気化学反
応は次式で示される。
【００１５】
【化１】 （式中、Ｒ−Ｓ−Ｓ−Ｒはジスルフィド基を有する有機
化合物、Ｒは脂肪族または芳香族有機基、Ｓは硫黄原子
である。） この例ではアノードとして金属リチウムが使用されてい
る。もっとも、リチウム電池のアノードは金属リチウム
に限られるものではない。リチウム電池が放電するとき
には、カソードでは電気化学的還元が起こり、ジスルフ
ィド基を含有する有機化合物はリチウムイオンと反応し
て、そのジスルフィド基のＳ−Ｓ結合を開裂させ、Ｒ−
Ｓ-・Ｌｉ+によって表わされる塩を生成する。この放電
中、アノードでは電気化学的酸化が起こり、金属リチウ
ムが酸化されてリチウムイオンになる。
化合物、Ｒは脂肪族または芳香族有機基、Ｓは硫黄原子
である。） この例ではアノードとして金属リチウムが使用されてい
る。もっとも、リチウム電池のアノードは金属リチウム
に限られるものではない。リチウム電池が放電するとき
には、カソードでは電気化学的還元が起こり、ジスルフ
ィド基を含有する有機化合物はリチウムイオンと反応し
て、そのジスルフィド基のＳ−Ｓ結合を開裂させ、Ｒ−
Ｓ-・Ｌｉ+によって表わされる塩を生成する。この放電
中、アノードでは電気化学的酸化が起こり、金属リチウ
ムが酸化されてリチウムイオンになる。
【００１６】リチウム電池を充電するときには、逆方向
に反応が進行する。具体的には、カソードにおいて電気
化学的酸化が起こって塩はＲ−Ｓ−Ｓ−Ｒに戻り；アノ
ードでは電気化学的還元が起こって、リチウムイオンは
金属リチウムに戻る。
に反応が進行する。具体的には、カソードにおいて電気
化学的酸化が起こって塩はＲ−Ｓ−Ｓ−Ｒに戻り；アノ
ードでは電気化学的還元が起こって、リチウムイオンは
金属リチウムに戻る。
【００１７】ジスルフィド基を有する有機化合物の例を
表１および２に示す。
表１および２に示す。
【００１８】
【表１】
【表２】 好ましくは、該有機化合物は、窒素原子および硫黄原子
からなるヘテロ原子を１ないし３個有する５ないし７員
複素環を含有する。この複素環は飽和していても不飽和
であってもよい。好ましくは複素環は飽和している。さ
らに好ましくは、有機化合物はチアジアゾール環、とり
わけ１，３，４−チアジアゾール環を含有する。たとえ
ば、ジスルフィド基を含有する有機化合物として２，５
−ジメルカプトー１，３，４−チアジアゾールのダイマ
ーを使用することができる。
からなるヘテロ原子を１ないし３個有する５ないし７員
複素環を含有する。この複素環は飽和していても不飽和
であってもよい。好ましくは複素環は飽和している。さ
らに好ましくは、有機化合物はチアジアゾール環、とり
わけ１，３，４−チアジアゾール環を含有する。たとえ
ば、ジスルフィド基を含有する有機化合物として２，５
−ジメルカプトー１，３，４−チアジアゾールのダイマ
ーを使用することができる。
【００１９】ジスルフィド基を含有する有機化合物とと
もに用いられる導電性ポリマーは好ましくはπ電子共役
構造を有する。このような導電性ポリマーの例にはチオ
フェン、ピロール、アニリン、フラン、ベンゼン等を重
合させることによって得られるポリマーがある。より具
体的には、該ポリマーの例にはポリアニリン、ポリピロ
ール、ポリチオフェン、およびポリアセンがある。これ
らπ電子共役系導電性ポリマーは、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極
に対して０ないし±１．０Ｖ以内で極めて可逆的に還元
され、また酸化される。
もに用いられる導電性ポリマーは好ましくはπ電子共役
構造を有する。このような導電性ポリマーの例にはチオ
フェン、ピロール、アニリン、フラン、ベンゼン等を重
合させることによって得られるポリマーがある。より具
体的には、該ポリマーの例にはポリアニリン、ポリピロ
ール、ポリチオフェン、およびポリアセンがある。これ
らπ電子共役系導電性ポリマーは、Ａｇ／ＡｇＣｌ電極
に対して０ないし±１．０Ｖ以内で極めて可逆的に還元
され、また酸化される。
【００２０】ヨウ素のようなアニオンをド−プする導電
性ポリマーはすぐれた性状を示す。
性ポリマーはすぐれた性状を示す。
【００２１】導電性マトリックスは多孔性フィブリル構
造を有することができる。たとえば導電性ポリマーは重
合条件によって決まる多孔性フィブリル構造を有するこ
とができる。いいかえると、導電性ポリマーは、細孔を
その間に形成する複数のフィブリル形状を有することが
できる。ジスルフィド化合物はフィブリルによって形成
される細孔内に保持されることができる。多孔性フィブ
リル構造を有するこのような導電性ポリマーは電極にお
ける重合によって得ることができる。
造を有することができる。たとえば導電性ポリマーは重
合条件によって決まる多孔性フィブリル構造を有するこ
とができる。いいかえると、導電性ポリマーは、細孔を
その間に形成する複数のフィブリル形状を有することが
できる。ジスルフィド化合物はフィブリルによって形成
される細孔内に保持されることができる。多孔性フィブ
リル構造を有するこのような導電性ポリマーは電極にお
ける重合によって得ることができる。
【００２２】あるいは、導電性マトリックスは細孔が実
質的に存在せず連続的であってもよい。このような導電
性マトリックスは標準的な化学的重合反応によって得る
ことができる。
質的に存在せず連続的であってもよい。このような導電
性マトリックスは標準的な化学的重合反応によって得る
ことができる。
【００２３】π電子共役系導電性ポリマーの中で、好ま
しくは式： −［Ａｒ−ＮＨ］n− （式中、Ａｒはアリール、ｎは整数）によって表わされ
るポリマーが用いられる。アリールは、好ましくは６か
ら２０個、さらに好ましくは６から１０個に及ぶ炭素原
子を有する。アリールはフェニル、ナフタレニル、イン
デニル等であることができる。アリールがフェニルであ
るポリアニリンが好ましい。
しくは式： −［Ａｒ−ＮＨ］n− （式中、Ａｒはアリール、ｎは整数）によって表わされ
るポリマーが用いられる。アリールは、好ましくは６か
ら２０個、さらに好ましくは６から１０個に及ぶ炭素原
子を有する。アリールはフェニル、ナフタレニル、イン
デニル等であることができる。アリールがフェニルであ
るポリアニリンが好ましい。
【００２４】上記のジスルフィド化合物と導電性ポリマ
ーとの配合物を含有するマトリックスは、混合、含浸、
またはコーティングのような周知の方法で調製すること
ができる。たとえば、導電性ポリマーのフィブリル層を
電解重合によってステンレス鋼支持体上に形成させ、そ
の後ジスルフィド化合物中の塩をフィブリル層中に含浸
させ、それによって複合電極を得る。あるいは、導電性
ポリマーを溶解させた溶剤中にジスルフィド化合物粒子
を分散させ、その後溶剤を除去し、それによってジスル
フィド化合物粒子表面に導電性ポリマーの層を形成させ
る。さらに、化学重合または電解重合によって得られた
導電性ポリマー粒子をジスルフィド化合物粒子と混合す
ることができる。
ーとの配合物を含有するマトリックスは、混合、含浸、
またはコーティングのような周知の方法で調製すること
ができる。たとえば、導電性ポリマーのフィブリル層を
電解重合によってステンレス鋼支持体上に形成させ、そ
の後ジスルフィド化合物中の塩をフィブリル層中に含浸
させ、それによって複合電極を得る。あるいは、導電性
ポリマーを溶解させた溶剤中にジスルフィド化合物粒子
を分散させ、その後溶剤を除去し、それによってジスル
フィド化合物粒子表面に導電性ポリマーの層を形成させ
る。さらに、化学重合または電解重合によって得られた
導電性ポリマー粒子をジスルフィド化合物粒子と混合す
ることができる。
【００２５】別の方法として、ジスルフィド基を含有
し、かつ分子（たとえば、１，８−ジスルフィドナフタ
レン）中のジスルフィド基のＳ−Ｓ結合の可逆的開裂を
可能にする配座を有する化合物の存在下で、π電子共役
系導電性ポリマーを生成させることができるモノマーを
重合させることによって本発明の電極物質を得ることが
できる。たとえば、１，８−ジスルフィドナフタレンの
存在下でアニリンを電極において電解重合させる場合に
は、ポリアニリンと１，８−ジスルフィドナフタレンと
の複合フィルムが形成される。
し、かつ分子（たとえば、１，８−ジスルフィドナフタ
レン）中のジスルフィド基のＳ−Ｓ結合の可逆的開裂を
可能にする配座を有する化合物の存在下で、π電子共役
系導電性ポリマーを生成させることができるモノマーを
重合させることによって本発明の電極物質を得ることが
できる。たとえば、１，８−ジスルフィドナフタレンの
存在下でアニリンを電極において電解重合させる場合に
は、ポリアニリンと１，８−ジスルフィドナフタレンと
の複合フィルムが形成される。
【００２６】あるいは、他の方法として、分子中のＳ−
Ｓ結合の可逆的開裂を可能にする配座を有する化合物の
代わりにメルカプト基を有する化合物のダイマーを使用
することができる。たとえば、２−メルカプトー２−チ
アゾリンのダイマーを得、１，８−ジスルフィドナフタ
レンの代わりにこのダイマーを用いることによってポリ
アニリンー２−メルカプトー２−チアゾリンダイマー複
合フィルムを形成させることができる。上記いずれの場
合においても、フィブリル構造を有するフィルムを形成
させることができる条件で重合を行うことが好ましい。
これらの方法では、妨害なしに導電性ポリマーが調製で
きるように、メルカプト基が保護される化合物を使用す
る。このようにして得られた複合物質では、ジスルフィ
ド化合物と導電性ポリマーとが複合体を形成し、これに
よって、再充電可能な電池のカソードとして使用する間
に、ジスルフィド化合物が複合フィルムから電解質中に
漏出するのが防止される。
Ｓ結合の可逆的開裂を可能にする配座を有する化合物の
代わりにメルカプト基を有する化合物のダイマーを使用
することができる。たとえば、２−メルカプトー２−チ
アゾリンのダイマーを得、１，８−ジスルフィドナフタ
レンの代わりにこのダイマーを用いることによってポリ
アニリンー２−メルカプトー２−チアゾリンダイマー複
合フィルムを形成させることができる。上記いずれの場
合においても、フィブリル構造を有するフィルムを形成
させることができる条件で重合を行うことが好ましい。
これらの方法では、妨害なしに導電性ポリマーが調製で
きるように、メルカプト基が保護される化合物を使用す
る。このようにして得られた複合物質では、ジスルフィ
ド化合物と導電性ポリマーとが複合体を形成し、これに
よって、再充電可能な電池のカソードとして使用する間
に、ジスルフィド化合物が複合フィルムから電解質中に
漏出するのが防止される。
【００２７】本発明の電極にはメルカプト基を含有する
導電性ポリマーを使用することができる。メルカプト基
を有する導電性ポリマーは、たとえば、（１）π電子共
役系導電性ポリマー中へのメルカプト基の導入による
か、または（２）メルカプト基を有し、かつπ電子共役
系導電性ポリマーを生成することができるモノマーの電
解重合によって得ることができる。
導電性ポリマーを使用することができる。メルカプト基
を有する導電性ポリマーは、たとえば、（１）π電子共
役系導電性ポリマー中へのメルカプト基の導入による
か、または（２）メルカプト基を有し、かつπ電子共役
系導電性ポリマーを生成することができるモノマーの電
解重合によって得ることができる。
【００２８】この方法（１）におけるπ電子共役系導電
性ポリマーとしては、第１の電極物質として用いられる
導電性ポリマーまたはその誘導体を使用することができ
る。たとえば、ハロゲン化ピロールを電解重合させて電
極上にポリハロピロールの薄膜を形成させる。このとき
に、第１の電極物質の場合と同様にフィブリル構造を有
する薄膜を形成させる条件で重合を行うのが好ましい。
次いでチオ尿素によってハロゲン基をメルカプト基に変
えて、メルカプト基を有するポリピロールを生成させ
る。その後メルカプト基を有する化合物をメルカプト基
を有するポリピロールと反応させて、ジスルフィド基を
有するポリピロールを生成させる。メルカプト基を有す
る化合物としては、第１の電極物質として用いられるジ
スルフィド化合物（還元形であってＳＨ基を有する）、
たとえば好ましくは２，５−ジメルカプトー１，３，４
−チアジアゾールが用いられる。そのようにして得られ
たジスルフィド基を有する薄膜状の導電性ポリマーを可
逆電極として用いることができる。
性ポリマーとしては、第１の電極物質として用いられる
導電性ポリマーまたはその誘導体を使用することができ
る。たとえば、ハロゲン化ピロールを電解重合させて電
極上にポリハロピロールの薄膜を形成させる。このとき
に、第１の電極物質の場合と同様にフィブリル構造を有
する薄膜を形成させる条件で重合を行うのが好ましい。
次いでチオ尿素によってハロゲン基をメルカプト基に変
えて、メルカプト基を有するポリピロールを生成させ
る。その後メルカプト基を有する化合物をメルカプト基
を有するポリピロールと反応させて、ジスルフィド基を
有するポリピロールを生成させる。メルカプト基を有す
る化合物としては、第１の電極物質として用いられるジ
スルフィド化合物（還元形であってＳＨ基を有する）、
たとえば好ましくは２，５−ジメルカプトー１，３，４
−チアジアゾールが用いられる。そのようにして得られ
たジスルフィド基を有する薄膜状の導電性ポリマーを可
逆電極として用いることができる。
【００２９】この方法（２）においてπ電子共役系導電
性ポリマーを生成させることができるモノマーとして、
ジスルフィド基を導入して、第１の電極物質中に用いら
れる導電性ポリマーを生成させることができるモノマー
（たとえば、チオフェンおよびピロール）を用いること
ができる。このモノマーを重合させることによってメル
カプト基を有する導電性ポリマーを得ることができる。
たとえば、メルカプト基を有するチオフェンを、還元形
であってＳＨ基を有するジスルフィド化合物と反応させ
ることによってジスルフィド基を有するチオフェン誘導
体を得ることができる。このようにして得られたジスル
フィド基を有するチオフェン誘導体（たとえば、２，５
−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール）は第１
の電極として用いられる。このチオフェン誘導体を電極
において電解重合させ、それによってジスルフィド基を
有する導電性ポリマーフィルムを形成させることができ
る。この重合はフィブリル構造を有するフィルムを形成
させる条件で行うのが好ましい。このようにして形成さ
せた導電性ポリマーフィルムは可逆電極として機能す
る。
性ポリマーを生成させることができるモノマーとして、
ジスルフィド基を導入して、第１の電極物質中に用いら
れる導電性ポリマーを生成させることができるモノマー
（たとえば、チオフェンおよびピロール）を用いること
ができる。このモノマーを重合させることによってメル
カプト基を有する導電性ポリマーを得ることができる。
たとえば、メルカプト基を有するチオフェンを、還元形
であってＳＨ基を有するジスルフィド化合物と反応させ
ることによってジスルフィド基を有するチオフェン誘導
体を得ることができる。このようにして得られたジスル
フィド基を有するチオフェン誘導体（たとえば、２，５
−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール）は第１
の電極として用いられる。このチオフェン誘導体を電極
において電解重合させ、それによってジスルフィド基を
有する導電性ポリマーフィルムを形成させることができ
る。この重合はフィブリル構造を有するフィルムを形成
させる条件で行うのが好ましい。このようにして形成さ
せた導電性ポリマーフィルムは可逆電極として機能す
る。
【００３０】本発明の電極においては、導電性マトリッ
クス中に複数のカーボンナノチューブを分散させる。カ
ーボンナノチューブはその軸方向に沿って電気を導通さ
せ、それによってマトリックスの電気抵抗を低下させ
る。典型的にはカーボンナノチューブは導電性ポリマー
よりも抵抗が少なく、電気をよりよく導通させる。さら
に、充填剤として作用するカーボンナノチューブの存在
はマトリックスの機械的強度を増大させる。
クス中に複数のカーボンナノチューブを分散させる。カ
ーボンナノチューブはその軸方向に沿って電気を導通さ
せ、それによってマトリックスの電気抵抗を低下させ
る。典型的にはカーボンナノチューブは導電性ポリマー
よりも抵抗が少なく、電気をよりよく導通させる。さら
に、充填剤として作用するカーボンナノチューブの存在
はマトリックスの機械的強度を増大させる。
【００３１】カーボンナノチューブは極微の管状構造を
有する黒鉛繊維である。カーボンナノチューブは黒鉛で
はあるけれども、幾何学的拘束によって純粋の黒鉛とは
若干の相違を余儀なくされる。カーボンナノチューブは
黒鉛のように炭素の平行層よりなるが、平らな黒鉛シー
トの重複層としてではなくて繊維の縦軸の周りに配設さ
れる一連の同心チューブ状をなしている。したがって、
カーボンナノチューブの細い直径の幾何学的拘束のため
に、平らな黒鉛シートのように黒鉛層は下層に対して正
確に並列することができない。
有する黒鉛繊維である。カーボンナノチューブは黒鉛で
はあるけれども、幾何学的拘束によって純粋の黒鉛とは
若干の相違を余儀なくされる。カーボンナノチューブは
黒鉛のように炭素の平行層よりなるが、平らな黒鉛シー
トの重複層としてではなくて繊維の縦軸の周りに配設さ
れる一連の同心チューブ状をなしている。したがって、
カーボンナノチューブの細い直径の幾何学的拘束のため
に、平らな黒鉛シートのように黒鉛層は下層に対して正
確に並列することができない。
【００３２】理想的には、カーボンナノチューブは黒鉛
シートの１個以上のシームレス円筒状シェルからなる。
いいかえると、各シェルは端のない六角形の網状組織を
形成するｓｐ2（三価）炭素原子からなる。カーボンナ
ノチューブは黒鉛の管状微結晶と考えることができる。
六角形の網状組織の中に五角形を入れることによって、
典型的にこの管は各端部で閉じられる。多重シェルナノ
チューブは、約０．３４ナノメートルの層間間隔および
各層の位置が次層に対して相関関係にない典型的なター
ボストラティック（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃ）黒鉛を
有することができる。あるナノチューブは種々のらせん
構造を有するシェルからなる。実際に、チューブの中の
連続するシェル間に最も望ましい嵌合を得て、層間距離
を出来るだけ小さくするには各シェルにさまざまな程度
のらせん構造が必要である。
シートの１個以上のシームレス円筒状シェルからなる。
いいかえると、各シェルは端のない六角形の網状組織を
形成するｓｐ2（三価）炭素原子からなる。カーボンナ
ノチューブは黒鉛の管状微結晶と考えることができる。
六角形の網状組織の中に五角形を入れることによって、
典型的にこの管は各端部で閉じられる。多重シェルナノ
チューブは、約０．３４ナノメートルの層間間隔および
各層の位置が次層に対して相関関係にない典型的なター
ボストラティック（ｔｕｒｂｏｓｔｒａｔｉｃ）黒鉛を
有することができる。あるナノチューブは種々のらせん
構造を有するシェルからなる。実際に、チューブの中の
連続するシェル間に最も望ましい嵌合を得て、層間距離
を出来るだけ小さくするには各シェルにさまざまな程度
のらせん構造が必要である。
【００３３】カーボンナノチューブは接触的に調製する
ことができる。この方法は無定形炭素が混入されない凝
集体をもたらし、ごく僅かな加工によってカーボンナノ
チューブを製品に仕上げることができる。水素富化雰囲
気中で触媒粒子をガス状炭化水素と接触させることによ
ってカーボンナノチューブを成長させる。その直径は平
均７ないし１２ナノメートルであることができる。長さ
は数マイクロメートルであることができる。該ナノチュ
ーブは壁厚が２ないし５ナノメートルの中空チューブで
ある。この壁は円筒形に巻かれた個々の黒鉛層の実質的
に同心状のチューブである。繊維の長さに沿ってところ
どころで、若干の内層が湾曲して中空内部に架かる半球
状隔壁をなすことができる。この近くでは壁は短い距離
の間に嵌合コーンに変わることができる。これらのこと
はフィブリルの成長中に触媒／炭素界面の変化をもたら
す。他の触媒蒸気で成長させた炭素繊維とは異なり、こ
れらはその表面にあまり有機的ではない熱分解炭素を含
まない。
ことができる。この方法は無定形炭素が混入されない凝
集体をもたらし、ごく僅かな加工によってカーボンナノ
チューブを製品に仕上げることができる。水素富化雰囲
気中で触媒粒子をガス状炭化水素と接触させることによ
ってカーボンナノチューブを成長させる。その直径は平
均７ないし１２ナノメートルであることができる。長さ
は数マイクロメートルであることができる。該ナノチュ
ーブは壁厚が２ないし５ナノメートルの中空チューブで
ある。この壁は円筒形に巻かれた個々の黒鉛層の実質的
に同心状のチューブである。繊維の長さに沿ってところ
どころで、若干の内層が湾曲して中空内部に架かる半球
状隔壁をなすことができる。この近くでは壁は短い距離
の間に嵌合コーンに変わることができる。これらのこと
はフィブリルの成長中に触媒／炭素界面の変化をもたら
す。他の触媒蒸気で成長させた炭素繊維とは異なり、こ
れらはその表面にあまり有機的ではない熱分解炭素を含
まない。
【００３４】カーボンナノチューブはアーク中で炭素蒸
気を凝縮させることによって調製することができる。こ
の炭素蒸気は、Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２７３、Ｊｕ
ｌｙ２６、１９９６、４８３頁に報告されているよう
に、炭素−ニッケル−コバルト混合物にレーザを照射す
ることによって生成させることができる。該カーボンナ
ノチューブは通常、単層壁から數十層までの幅広い分布
の直径を有する。あるものは同心状円筒（すなわち、多
角形断面）のみを有する。他のものは隔壁および嵌合コ
ーンをも有する。あまり有機的ではない炭素は同時に多
角形またはターボストラティック炭素の形状に付着さ
れ、その中のいくらかはカーボンナノチューブを被覆す
ることができる。
気を凝縮させることによって調製することができる。こ
の炭素蒸気は、Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２７３、Ｊｕ
ｌｙ２６、１９９６、４８３頁に報告されているよう
に、炭素−ニッケル−コバルト混合物にレーザを照射す
ることによって生成させることができる。該カーボンナ
ノチューブは通常、単層壁から數十層までの幅広い分布
の直径を有する。あるものは同心状円筒（すなわち、多
角形断面）のみを有する。他のものは隔壁および嵌合コ
ーンをも有する。あまり有機的ではない炭素は同時に多
角形またはターボストラティック炭素の形状に付着さ
れ、その中のいくらかはカーボンナノチューブを被覆す
ることができる。
【００３５】アーク中で炭素蒸気を凝縮させて調製した
カーボンナノチューブは、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎおよびその販売業者であるＳｃｉｅｎ
ｃｅ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ（日本、千葉、松戸）から市販されている。Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅａ
ｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のカーボンナノチュ
ーブは０．１９９μｍから２．７４７μｍに及ぶ平均長
さ、および１８．５μｍから３８．７ｎｍに及ぶ平均直
径を有することができる。このカーボンナノチューブは
若干の非管状炭素粒子をも含有する。１つの例では、カ
ーボンナノチューブは０．８４３±０．１８５μｍの長
さ、１９．６±３．７ｎｍの直径、および４７．２±１
１．７のアスペクト比を有する。このようなカーボンナ
ノチューブは本発明に使用することができる。
カーボンナノチューブは、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎおよびその販売業者であるＳｃｉｅｎ
ｃｅ ＬａｂｏｒａｔｏｒｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ（日本、千葉、松戸）から市販されている。Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅａ
ｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のカーボンナノチュ
ーブは０．１９９μｍから２．７４７μｍに及ぶ平均長
さ、および１８．５μｍから３８．７ｎｍに及ぶ平均直
径を有することができる。このカーボンナノチューブは
若干の非管状炭素粒子をも含有する。１つの例では、カ
ーボンナノチューブは０．８４３±０．１８５μｍの長
さ、１９．６±３．７ｎｍの直径、および４７．２±１
１．７のアスペクト比を有する。このようなカーボンナ
ノチューブは本発明に使用することができる。
【００３６】これらの構造および黒鉛との類似性から予
想されるように、カーボンナノチューブは導電性であ
る。個々のカーボンナノチューブの伝導率は測定するの
が困難であるけれども、最近の試みでは、黒鉛化炭素に
ついて典型的に測定されている値よりも若干大きい９．
５（±４．５）ｍΩｃｍという概算抵抗率の値を得てい
る。
想されるように、カーボンナノチューブは導電性であ
る。個々のカーボンナノチューブの伝導率は測定するの
が困難であるけれども、最近の試みでは、黒鉛化炭素に
ついて典型的に測定されている値よりも若干大きい９．
５（±４．５）ｍΩｃｍという概算抵抗率の値を得てい
る。
【００３７】本発明に用いられるカーボンナノチューブ
の直径は３．５ないし２００ｎｍ，好ましくは５ないし
３０ｎｍであることができ、その長さはその直径の少な
くとも５倍以上、好ましくは直径の１０2ないし１０4倍
であるべきである。
の直径は３．５ないし２００ｎｍ，好ましくは５ないし
３０ｎｍであることができ、その長さはその直径の少な
くとも５倍以上、好ましくは直径の１０2ないし１０4倍
であるべきである。
【００３８】カーボンナノチューブの直径が２００ｎｍ
を上回ると伝導率をもたらす効果が低下する。直径が
３．５ｎｍ未満であると、カーボンナノチューブが散乱
して、処理しにくくなる。カーボンナノチューブの長さ
が直径の５倍未満であると、伝導率が低下する。
を上回ると伝導率をもたらす効果が低下する。直径が
３．５ｎｍ未満であると、カーボンナノチューブが散乱
して、処理しにくくなる。カーボンナノチューブの長さ
が直径の５倍未満であると、伝導率が低下する。
【００３９】各カーボンナノチューブのアスペクト比は
通常５よりも大、好ましくは１００よりも大、より好ま
しくは１０００よりも大であることができる。
通常５よりも大、好ましくは１００よりも大、より好ま
しくは１０００よりも大であることができる。
【００４０】本発明に用いられるカーボンナノチューブ
は、たとえば原料として特許出願公開公報第２−５０３
３３４号［１９９０］に記載された方法により製造され
たカーボンナノチューブを用いて得ることができる。こ
の物質は化学的または物理的処理を行わずにもしくは行
って使用することができ、その後微粉砕処理にかける。
化学的または物理的処理は微粉砕処理の前もしくは後に
行うことができる。
は、たとえば原料として特許出願公開公報第２−５０３
３３４号［１９９０］に記載された方法により製造され
たカーボンナノチューブを用いて得ることができる。こ
の物質は化学的または物理的処理を行わずにもしくは行
って使用することができ、その後微粉砕処理にかける。
化学的または物理的処理は微粉砕処理の前もしくは後に
行うことができる。
【００４１】カーボンナノチューブの物理的または化学
的処理の例には、硝酸による酸化、オゾンによる酸化、
有機プラズマ処理、エポキシ樹脂のような樹脂による被
覆、ならびに有機ケイ素およびチタン化合物のようなカ
ップリング剤による処理がある。物理的処理には、さら
にカーボンナノチューブ凝集体を含有する液体に対して
せん断力を与え、それによって凝集体をほぐす処理があ
る。
的処理の例には、硝酸による酸化、オゾンによる酸化、
有機プラズマ処理、エポキシ樹脂のような樹脂による被
覆、ならびに有機ケイ素およびチタン化合物のようなカ
ップリング剤による処理がある。物理的処理には、さら
にカーボンナノチューブ凝集体を含有する液体に対して
せん断力を与え、それによって凝集体をほぐす処理があ
る。
【００４２】本発明において、凝集体形状のカーボンナ
ノチューブを使用することができる。あるいは、ほぐさ
れたナノチューブを用いることもできる。
ノチューブを使用することができる。あるいは、ほぐさ
れたナノチューブを用いることもできる。
【００４３】本発明の電極において金属イオンまたはプ
ロトンの存在下で電解還元を行うと、電極物質のジスル
フィド基のＳ−Ｓ結合は開裂されて、硫黄−金属イオン
結合または硫黄−プロトン結合を生じる。得られた電極
は電解酸化されて、硫黄−金属イオン結合または硫黄−
プロトン結合はＳ−Ｓ結合に戻る。電解酸化および電解
還元は電子の移動を含み、電子の移動は導電性マトリッ
クス中のカーボンナノチューブによって促進される。
ロトンの存在下で電解還元を行うと、電極物質のジスル
フィド基のＳ−Ｓ結合は開裂されて、硫黄−金属イオン
結合または硫黄−プロトン結合を生じる。得られた電極
は電解酸化されて、硫黄−金属イオン結合または硫黄−
プロトン結合はＳ−Ｓ結合に戻る。電解酸化および電解
還元は電子の移動を含み、電子の移動は導電性マトリッ
クス中のカーボンナノチューブによって促進される。
【００４４】金属イオンの例にはアルカリ金属イオンお
よびアルカリ土金属イオンがある。本発明の電極物質か
らなる電極をカソードとして用い、かつアルカリ金属イ
オンとしてリチウムイオンを用いる場合；リチウムまた
はリチウムーアルミニウムのようなリチウム合金でつく
った電極を、リチウムイオンを供給し、また捕捉するア
ノードとして用い、かつリチウムイオンを導通させるこ
とができる電解質を用いる場合には、３ないし４Ｖの電
圧を有する電池を得ることができる。ＬａＮｉ5のよう
な水素貯蔵合金からなる電極を、プロトンを供給し、ま
た捕捉するアノードとして用い、かつプロトンを導通さ
せることができる電解質を使用する場合には、１ないし
２Ｖの電圧を有する電池を得ることができる。
よびアルカリ土金属イオンがある。本発明の電極物質か
らなる電極をカソードとして用い、かつアルカリ金属イ
オンとしてリチウムイオンを用いる場合；リチウムまた
はリチウムーアルミニウムのようなリチウム合金でつく
った電極を、リチウムイオンを供給し、また捕捉するア
ノードとして用い、かつリチウムイオンを導通させるこ
とができる電解質を用いる場合には、３ないし４Ｖの電
圧を有する電池を得ることができる。ＬａＮｉ5のよう
な水素貯蔵合金からなる電極を、プロトンを供給し、ま
た捕捉するアノードとして用い、かつプロトンを導通さ
せることができる電解質を使用する場合には、１ないし
２Ｖの電圧を有する電池を得ることができる。
【００４５】ジスルフィド化合物とπ電子共役系導電性
ポリマーとの配合物において、π電子共役系導電性ポリ
マーはジスルフィド化合物の電解酸化および還元用の電
極触媒として作用する。ジスルフィド基を有するπ電子
共役系導電性ポリマーの場合に、ジスルフィド基を電解
酸化や還元させると、共役π電子によって与えられる電
子構造が電極触媒として働く。ジスルフィド化合物単独
の場合には、酸化電位と還元電位との差が１Ｖ以上であ
る。しかし、π電子共役系導電性ポリマーとジスルフィ
ド化合物との配合物、またはジスルフィド基を有する導
電性ポリマーを使用する場合には、酸化電位と還元電位
との差は０．１Ｖ以下に低下する。π電子共役系導電性
ポリマーと配合されるか、またはそのようなポリマー中
に導入されるジスルフィド化合物では、電極反応が促進
されて、電解時、すなわち充電または放電時に、室温下
で高電流密度が得られる。本発明の電極物質を電解酸化
させると、π電子共役系導電性ポリマー（ジスルフィド
基を有する導電性ポリマーの場合には共役系ポリマー部
分）がまず酸化されて、生成した酸化形のポリマーが還
元形のジスルフィド化合物（ジスルフィド基を有する導
電性ポリマーの場合にはＳＨまたはＳ−金属イオン部
分）を酸化する。したがって、酸化形のπ電子共役系ポ
リマーは還元形に戻り、酸化形のジスルフィド化合物を
生成する（すなわち、ジスルフィド基を生成する）。電
解還元をまず行うと、導電性ポリマーが還元されて、生
成した還元形が酸化形のジスルフィド化合物を還元す
る。したがって、還元形のπ電子共役系ポリマーは酸化
形に戻り、ジスルフィド化合物は還元形になる。ジスル
フィド化合物電極中への電極触媒の導入は米国特許第
４，８３３，０４８号またはＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１３６、２５７０−２５７５頁
（１９８９）に開示されている。しかしながら電極触媒
としては有機金属化合物だけが開示されている。電極触
媒の効果は詳細には記載されていない。上記のように、
π電子共役系ポリマーまたは共役系ポリマー部分は酸化
−還元反応において電子の移動を促進する機能を有す
る。該ポリマーまたはポリマー部分はジスルフィドの酸
化−還元における触媒として作用し、反応の活性エネル
ギーを低下させる。その上、π電子共役系ポリマーまた
は共役系ポリマー部分は電解質と電極との間の効果的な
反応領域を増大させる。
ポリマーとの配合物において、π電子共役系導電性ポリ
マーはジスルフィド化合物の電解酸化および還元用の電
極触媒として作用する。ジスルフィド基を有するπ電子
共役系導電性ポリマーの場合に、ジスルフィド基を電解
酸化や還元させると、共役π電子によって与えられる電
子構造が電極触媒として働く。ジスルフィド化合物単独
の場合には、酸化電位と還元電位との差が１Ｖ以上であ
る。しかし、π電子共役系導電性ポリマーとジスルフィ
ド化合物との配合物、またはジスルフィド基を有する導
電性ポリマーを使用する場合には、酸化電位と還元電位
との差は０．１Ｖ以下に低下する。π電子共役系導電性
ポリマーと配合されるか、またはそのようなポリマー中
に導入されるジスルフィド化合物では、電極反応が促進
されて、電解時、すなわち充電または放電時に、室温下
で高電流密度が得られる。本発明の電極物質を電解酸化
させると、π電子共役系導電性ポリマー（ジスルフィド
基を有する導電性ポリマーの場合には共役系ポリマー部
分）がまず酸化されて、生成した酸化形のポリマーが還
元形のジスルフィド化合物（ジスルフィド基を有する導
電性ポリマーの場合にはＳＨまたはＳ−金属イオン部
分）を酸化する。したがって、酸化形のπ電子共役系ポ
リマーは還元形に戻り、酸化形のジスルフィド化合物を
生成する（すなわち、ジスルフィド基を生成する）。電
解還元をまず行うと、導電性ポリマーが還元されて、生
成した還元形が酸化形のジスルフィド化合物を還元す
る。したがって、還元形のπ電子共役系ポリマーは酸化
形に戻り、ジスルフィド化合物は還元形になる。ジスル
フィド化合物電極中への電極触媒の導入は米国特許第
４，８３３，０４８号またはＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．、Ｖｏｌ．１３６、２５７０−２５７５頁
（１９８９）に開示されている。しかしながら電極触媒
としては有機金属化合物だけが開示されている。電極触
媒の効果は詳細には記載されていない。上記のように、
π電子共役系ポリマーまたは共役系ポリマー部分は酸化
−還元反応において電子の移動を促進する機能を有す
る。該ポリマーまたはポリマー部分はジスルフィドの酸
化−還元における触媒として作用し、反応の活性エネル
ギーを低下させる。その上、π電子共役系ポリマーまた
は共役系ポリマー部分は電解質と電極との間の効果的な
反応領域を増大させる。
【００４６】本発明のリチウム電池は上記の電極として
役立つカソードを包含する。
役立つカソードを包含する。
【００４７】本発明のリチウム電池のアノードは限定さ
れない。アノードは炭素物質を含有することができ、そ
の炭素物質には天然の黒鉛、人工の黒鉛、無定形炭素、
繊維状炭素、粉末状炭素、石油ピッチ炭素、および石炭
コークス炭素が含まれる。これらの炭素物質は、０．０
１ないし１０マイクロメートルの直径および数マイクロ
メートルから数ミリメートルの長さを有する粒子または
繊維であるのが好ましい。
れない。アノードは炭素物質を含有することができ、そ
の炭素物質には天然の黒鉛、人工の黒鉛、無定形炭素、
繊維状炭素、粉末状炭素、石油ピッチ炭素、および石炭
コークス炭素が含まれる。これらの炭素物質は、０．０
１ないし１０マイクロメートルの直径および数マイクロ
メートルから数ミリメートルの長さを有する粒子または
繊維であるのが好ましい。
【００４８】リチウム電池のアノードはアルミニウムま
たはアルミニウム合金を含有することができる。アルミ
ニウムまたはその合金の例にはＡｌ、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｌｉ、およびＡｌ−Ｚｎ−
Ｓｉがある。アルミニウムまたはその合金は、急冷によ
って得られるフレーク状粉末、または空気中もしくは窒
素のような不活性ガス中における機械的破砕によって得
られる球形または無定形粉末であるのが好ましい。粒径
は好ましくは１μｍないし１００μｍである。
たはアルミニウム合金を含有することができる。アルミ
ニウムまたはその合金の例にはＡｌ、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ
−Ｓｉ、Ａｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｌｉ、およびＡｌ−Ｚｎ−
Ｓｉがある。アルミニウムまたはその合金は、急冷によ
って得られるフレーク状粉末、または空気中もしくは窒
素のような不活性ガス中における機械的破砕によって得
られる球形または無定形粉末であるのが好ましい。粒径
は好ましくは１μｍないし１００μｍである。
【００４９】炭素物質とアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金との混合比は、１重量部のアルミニウムまたはア
ルミニウム合金を基準にして０．０１ないし５重量部、
好ましくは０．０５ないし０．５重量部であることがで
きる。
ム合金との混合比は、１重量部のアルミニウムまたはア
ルミニウム合金を基準にして０．０１ないし５重量部、
好ましくは０．０５ないし０．５重量部であることがで
きる。
【００５０】あるいは、アノードがいわゆるロッキング
チェアセル（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｈａｉｒ ｃｅｌｌ）
であることができる。黒鉛のような層間化合物は、その
間にリチウムを挿入することができる。
チェアセル（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｈａｉｒ ｃｅｌｌ）
であることができる。黒鉛のような層間化合物は、その
間にリチウムを挿入することができる。
【００５１】本発明のリチウム二次電池の電解質は、電
解質がリチウムイオンを導通しさえすれば限定されな
い。電解質は液体電解質、固体電解質およびゲル電解質
であることができる。好ましくは電解質は固体またはゲ
ル電解質であり、さらに好ましくは−２０°から６０℃
にわたる温度において電解質は固体またはゲル状を保
つ。あるいは、細孔を形成し、かつポリマー物質からな
る多孔性セパレーターをカソードとアノードの間に配設
することができ、その細孔内に液体電解質を存在させる
ことができる。液体電解質は、その中に溶解させたリチ
ウム塩を含有することができる。
解質がリチウムイオンを導通しさえすれば限定されな
い。電解質は液体電解質、固体電解質およびゲル電解質
であることができる。好ましくは電解質は固体またはゲ
ル電解質であり、さらに好ましくは−２０°から６０℃
にわたる温度において電解質は固体またはゲル状を保
つ。あるいは、細孔を形成し、かつポリマー物質からな
る多孔性セパレーターをカソードとアノードの間に配設
することができ、その細孔内に液体電解質を存在させる
ことができる。液体電解質は、その中に溶解させたリチ
ウム塩を含有することができる。
【００５２】固体電解質はリチウム塩、好ましくはリチ
ウム塩を含むポリマーを含有することができる。リチウ
ムを含有する塩の例にはＬｉＩ、Ｌｉ3Ｎ−ＬｉＩ−Ｂ2
Ｏ3、ＬｉＩ・Ｈ2Ｏ、およびＬｉ−β−Ａｌ2Ｏ3があ
る。
ウム塩を含むポリマーを含有することができる。リチウ
ムを含有する塩の例にはＬｉＩ、Ｌｉ3Ｎ−ＬｉＩ−Ｂ2
Ｏ3、ＬｉＩ・Ｈ2Ｏ、およびＬｉ−β−Ａｌ2Ｏ3があ
る。
【００５３】たとえば、固体電解質はポリエチレンオキ
シドとその中に溶解させたリチウム塩との複合体である
ことができる。さらに、固体電解質は、プロピレンカー
ボネートおよび該プロピレンカーボネート中に溶解させ
たＬｉＣｌＯ4を含むポリ（アクリロニトリル）フィル
ムであることができる。
シドとその中に溶解させたリチウム塩との複合体である
ことができる。さらに、固体電解質は、プロピレンカー
ボネートおよび該プロピレンカーボネート中に溶解させ
たＬｉＣｌＯ4を含むポリ（アクリロニトリル）フィル
ムであることができる。
【００５４】アノードおよびカソードは電解質用成分を
含有することができる。たとえば、固体電解質用組成物
は、エチレンオキシドおよびブチレンオキシドをポリア
ミンに加えることによって得られるポリエーテル；層間
結晶構造を有するイオン交換可能な化合物；ならびにリ
チウム塩を含むことができ、該組成物を混合してアノー
ドまたはカソード用組成物に加えることができる。
含有することができる。たとえば、固体電解質用組成物
は、エチレンオキシドおよびブチレンオキシドをポリア
ミンに加えることによって得られるポリエーテル；層間
結晶構造を有するイオン交換可能な化合物；ならびにリ
チウム塩を含むことができ、該組成物を混合してアノー
ドまたはカソード用組成物に加えることができる。
【００５５】ポリエーテルは、１ないし１０ａｔｍの気
圧下で、１００℃ないし１８０℃において、アルカリ触
媒を用いるエチレンオキシドおよびブチレンオキシドと
ポリアミンとの付加反応によって得ることができる。上
記ポリエーテルの成分であるポリアミンとして、ポリエ
チレンイミン、ポリアルキレンポリアミンまたはそれら
の誘導体を使用することができる。ポリアルキレンポリ
アミンの例にはジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、ヘキサメチレンテトラミン、およびジプロピ
レントリアミンがある。ポリアミンの活性水素１個当た
りのエチレンオキシドおよびブチレンオキシドの添加総
モル数は２ないし１５０モルである。エチレンオキシド
（ＥＯ）とブチレンオキシド（ＢＯ）とのモル比は９０
／２０ないし１０／９０（＝ＥＯ／ＢＯ）である。この
ようにして得られるポリエーテルの平均分子量は１，０
００から５，０００，０００の範囲にある。ポリエーテ
ルは固体電極組成物中に０．５ないし２０重量％の量で
含有されるのが好ましい。固体電解質のポリエーテル
は、この組成物を均一に分散させるように界面活性剤と
して働く。
圧下で、１００℃ないし１８０℃において、アルカリ触
媒を用いるエチレンオキシドおよびブチレンオキシドと
ポリアミンとの付加反応によって得ることができる。上
記ポリエーテルの成分であるポリアミンとして、ポリエ
チレンイミン、ポリアルキレンポリアミンまたはそれら
の誘導体を使用することができる。ポリアルキレンポリ
アミンの例にはジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、ヘキサメチレンテトラミン、およびジプロピ
レントリアミンがある。ポリアミンの活性水素１個当た
りのエチレンオキシドおよびブチレンオキシドの添加総
モル数は２ないし１５０モルである。エチレンオキシド
（ＥＯ）とブチレンオキシド（ＢＯ）とのモル比は９０
／２０ないし１０／９０（＝ＥＯ／ＢＯ）である。この
ようにして得られるポリエーテルの平均分子量は１，０
００から５，０００，０００の範囲にある。ポリエーテ
ルは固体電極組成物中に０．５ないし２０重量％の量で
含有されるのが好ましい。固体電解質のポリエーテル
は、この組成物を均一に分散させるように界面活性剤と
して働く。
【００５６】層間結晶構造を有するイオン交換可能な化
合物にはモンモリロン石、ヘクトライト、サポナイト、
およびスメクタイトのようなケイ酸塩を含む粘土鉱物、
リン酸ジルコニウムやリン酸チタンのようなリン酸エス
テル、バナジン酸、アンチモン酸、タングステン酸；ま
たはこれらの酸を第四級アンモニウム塩のような有機カ
チオンもしくはエチレンオキシドやブチレンオキシドの
ような有機極性化合物で変性することによって得られる
物質がある。
合物にはモンモリロン石、ヘクトライト、サポナイト、
およびスメクタイトのようなケイ酸塩を含む粘土鉱物、
リン酸ジルコニウムやリン酸チタンのようなリン酸エス
テル、バナジン酸、アンチモン酸、タングステン酸；ま
たはこれらの酸を第四級アンモニウム塩のような有機カ
チオンもしくはエチレンオキシドやブチレンオキシドの
ような有機極性化合物で変性することによって得られる
物質がある。
【００５７】図４はリチウム電池に用いられる積層構造
物の断面である。この構造物３０はカソード３４、リチ
ウムイオンを放出するための活物質を有するアノード３
８；およびカソード３４とアノード３８との間に配置さ
れる電解質３６を有する。この構造物はカソード３４と
接触しているカソード集電体３２；およびアノード３８
と接触しているアノード集電体４０を有する。本発明に
おいて、カソード３４は、ジスルフィド基を含有し、該
ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化学的還元によって
開裂され、電気化学的酸化によって再生される導電性マ
トリックス；および該導電性マトリックス中に分散され
ている複数のカーボンナノチューブを有する。カソード
集電体３２、カソード３４、電解質３６、アノード３
８、およびアノード集電体４０は層構造を有し、この順
序で相互に積層されている。電解質３６は固体電解質お
よびゲル電解質の少なくとも１種を有することができ
る。
物の断面である。この構造物３０はカソード３４、リチ
ウムイオンを放出するための活物質を有するアノード３
８；およびカソード３４とアノード３８との間に配置さ
れる電解質３６を有する。この構造物はカソード３４と
接触しているカソード集電体３２；およびアノード３８
と接触しているアノード集電体４０を有する。本発明に
おいて、カソード３４は、ジスルフィド基を含有し、該
ジスルフィド基のＳ−Ｓ結合が電気化学的還元によって
開裂され、電気化学的酸化によって再生される導電性マ
トリックス；および該導電性マトリックス中に分散され
ている複数のカーボンナノチューブを有する。カソード
集電体３２、カソード３４、電解質３６、アノード３
８、およびアノード集電体４０は層構造を有し、この順
序で相互に積層されている。電解質３６は固体電解質お
よびゲル電解質の少なくとも１種を有することができ
る。
【００５８】本発明のリチウム二次電池を充電すると、
カソードのＳ−Ｌｉ結合からＬｉが放出されてＳ−Ｓ結
合を生じる。アノード表面またはアノード内部（アノー
ド成分と電解質成分とが混合する場合）に、リチウムは
均一に析出する。リチウムは電解質から直接析出するの
で、酸素のような不純物は多分混在しないであろう。し
たがって、充電および放電を繰り返すときでさえも、電
流が集中する恐れはなく、それによって電池内の短絡を
効果的に防ぐことができる。充電（電解）中に生成した
リチウムと電解質は互いに良好な接触状態にあり、その
結果、放電中の分極が減少し、高電流を達成することが
できる。上記のように、電解質をカソードおよび／また
はアノードに混合すると、とくに効果的な結果を得るこ
とができる。この場合に、リチウム塩を有する化合物、
ポリエーテル、および層間結晶構造物を電解質として用
いるのがとくに効果的である。
カソードのＳ−Ｌｉ結合からＬｉが放出されてＳ−Ｓ結
合を生じる。アノード表面またはアノード内部（アノー
ド成分と電解質成分とが混合する場合）に、リチウムは
均一に析出する。リチウムは電解質から直接析出するの
で、酸素のような不純物は多分混在しないであろう。し
たがって、充電および放電を繰り返すときでさえも、電
流が集中する恐れはなく、それによって電池内の短絡を
効果的に防ぐことができる。充電（電解）中に生成した
リチウムと電解質は互いに良好な接触状態にあり、その
結果、放電中の分極が減少し、高電流を達成することが
できる。上記のように、電解質をカソードおよび／また
はアノードに混合すると、とくに効果的な結果を得るこ
とができる。この場合に、リチウム塩を有する化合物、
ポリエーテル、および層間結晶構造物を電解質として用
いるのがとくに効果的である。
【００５９】本発明のリチウム二電次池は次の方法によ
って調製することもできる。まず第１に通常の方法でカ
ーボンナノチューブ凝集体を得る。
って調製することもできる。まず第１に通常の方法でカ
ーボンナノチューブ凝集体を得る。
【００６０】複数のカーボンナノチューブ凝集体を液体
に添加し；次いでカーボンナノチューブ凝集体をほぐす
ために液体にせん断力を加える工程を含むプロセスによ
ってほぐされたカーボンンナノチューブを得ることがで
きる。
に添加し；次いでカーボンナノチューブ凝集体をほぐす
ために液体にせん断力を加える工程を含むプロセスによ
ってほぐされたカーボンンナノチューブを得ることがで
きる。
【００６１】機械的プロセスによって粘稠な液体にはせ
ん断力が加えやすいので、液体は２５℃において０．８
センチポアズ以上、好ましくは１．０センチポアズ以上
の粘度を有することができる。二三の液体の粘度を表３
に要約する。
ん断力が加えやすいので、液体は２５℃において０．８
センチポアズ以上、好ましくは１．０センチポアズ以上
の粘度を有することができる。二三の液体の粘度を表３
に要約する。
【００６２】
【表３】 この液体は有機溶剤または水であることができる。有機
溶剤は好ましくは極性を有する。有機溶剤の例にはＮ−
メチルー２−ピロリドンがある。水を使用するときに
は、好ましくは水は界面活性剤を含有する。せん断力は
機械的方法によって与えることができ、凝集体を含有す
る液体を高速で狭い間隙を通過させることができる。
溶剤は好ましくは極性を有する。有機溶剤の例にはＮ−
メチルー２−ピロリドンがある。水を使用するときに
は、好ましくは水は界面活性剤を含有する。せん断力は
機械的方法によって与えることができ、凝集体を含有す
る液体を高速で狭い間隙を通過させることができる。
【００６３】たとえば、ホモジナイザーを用いてせん断
力を加えることができる。図１においてホモジナイザー
１０は、半径方向の内面１３を有するステーター１２；
および半径方向の外面２３を有するローター２２を有す
る。ステーター１２とローター２２は軸を共有する。ス
テーター１２の半径方向の内面１３およびローター２２
の半径方向の外面２３は、その間に弧状または円形の構
造物を有する狭い間隙を形成する。刃２６をローター２
２に固定して狭い間隙内に配設する。ローターが回転す
ると、刃２６は狭い間隙に沿って回転する。
力を加えることができる。図１においてホモジナイザー
１０は、半径方向の内面１３を有するステーター１２；
および半径方向の外面２３を有するローター２２を有す
る。ステーター１２とローター２２は軸を共有する。ス
テーター１２の半径方向の内面１３およびローター２２
の半径方向の外面２３は、その間に弧状または円形の構
造物を有する狭い間隙を形成する。刃２６をローター２
２に固定して狭い間隙内に配設する。ローターが回転す
ると、刃２６は狭い間隙に沿って回転する。
【００６４】ステーター１２に少なくとも１個の孔１４
を半径方向に形成して、その中に液体を通過させる。同
様に、ローター２２に少なくとも１個の孔２４を半径方
向に形成して、その中に液体を通過させる。典型的に
は、液体は半径方向に外方向に孔２４を通過し、次いで
半径方向に外方向に孔１４を通過する。
を半径方向に形成して、その中に液体を通過させる。同
様に、ローター２２に少なくとも１個の孔２４を半径方
向に形成して、その中に液体を通過させる。典型的に
は、液体は半径方向に外方向に孔２４を通過し、次いで
半径方向に外方向に孔１４を通過する。
【００６５】液体が複数の凝集体１６を有するときに
は、凝集体１６は刃２６によって狭い間隙を無理に押し
通され、その結果せん断力が加えられる。凝集体は漸次
ほぐされて小さい粒子１８になる。
は、凝集体１６は刃２６によって狭い間隙を無理に押し
通され、その結果せん断力が加えられる。凝集体は漸次
ほぐされて小さい粒子１８になる。
【００６６】あるいは、超音波発生器で凝集体を含有す
る液体に超音波を当て、それによって中の凝集体をほぐ
すことができる。
る液体に超音波を当て、それによって中の凝集体をほぐ
すことができる。
【００６７】好ましくは、ほぐされたカーボンナノチュ
ーブおよび液体媒体を含有する混合物を、ジスルフィド
基を含有する有機化合物および導電性ポリマーと混合す
る。あるいは、ほぐされたカーボンナノチューブおよび
液体媒体を含有する混合物をメルカプト基を含有する導
電性ポリマーと混合することができる。液体媒体はカー
ボンナノチューブ凝集体をほぐすのに用いた液体と同じ
であっても異なってもよい。
ーブおよび液体媒体を含有する混合物を、ジスルフィド
基を含有する有機化合物および導電性ポリマーと混合す
る。あるいは、ほぐされたカーボンナノチューブおよび
液体媒体を含有する混合物をメルカプト基を含有する導
電性ポリマーと混合することができる。液体媒体はカー
ボンナノチューブ凝集体をほぐすのに用いた液体と同じ
であっても異なってもよい。
【００６８】カソードフィルム用組成物を、金属箔であ
ることができる集電体に被覆することによって、集電体
およびその上に積層されたカソードフィルムを有する電
池前駆体を調製することができる。
ることができる集電体に被覆することによって、集電体
およびその上に積層されたカソードフィルムを有する電
池前駆体を調製することができる。
【００６９】図４の構造物３０は電池前駆体からつくる
ことができる。電解質３６、アノード３８、およびアノ
ード集電体４０を電池前駆体の上に積層させることがで
きる。
ことができる。電解質３６、アノード３８、およびアノ
ード集電体４０を電池前駆体の上に積層させることがで
きる。
【００７０】複数の構造物３０を相互に積層させ、ハウ
ジングに充填してリチウム電池をつくることができる。
あるいは、複数の構造物３０を概ね円筒形に巻いた後ハ
ウジングに充填することができる。
ジングに充填してリチウム電池をつくることができる。
あるいは、複数の構造物３０を概ね円筒形に巻いた後ハ
ウジングに充填することができる。
【００７１】本発明のリチウム二次電池は次の方法によ
って調製することもできる。カソード、アノード、およ
び電解質の個々の組成物をフィルムに成形する。カソー
ドの組成物はカーボンナノチューブを含有する。カソー
ドフィルム、電解質フィルム、およびアノードフィルム
をこの順序に積層して一緒に圧縮し、それによって単セ
ル（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）を得る。必要ならば、集電体
として役立つ導電性箔や導線を、この単セルのカソード
およびアノードに結合させて、組立体を包装し、これに
よってリチウム二次電池をつくる。好ましくは、電解質
成分をカソードおよび／またはアノードに混合する。
って調製することもできる。カソード、アノード、およ
び電解質の個々の組成物をフィルムに成形する。カソー
ドの組成物はカーボンナノチューブを含有する。カソー
ドフィルム、電解質フィルム、およびアノードフィルム
をこの順序に積層して一緒に圧縮し、それによって単セ
ル（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）を得る。必要ならば、集電体
として役立つ導電性箔や導線を、この単セルのカソード
およびアノードに結合させて、組立体を包装し、これに
よってリチウム二次電池をつくる。好ましくは、電解質
成分をカソードおよび／またはアノードに混合する。
【００７２】
【実施例】実施例１ カーボンナノチューブ まず第１にカーボンナノチューブ凝集体をほぐした。カ
ーボンナノチューブ凝集体を１−メチルー２−ピロリド
ンに加えて１重量部のカーボンナノチューブを含有する
混合物を得た。この混合物を、ＩＫＡ Ｊａｐａｎ Ｃ
ｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ（日本、横浜、中山区）製
のＵＬＴＲＡ ＴＡＬＵＸ Ｔ−２５という製品名のホ
モジナイザーにかけた。ホモジナイザーは混合物にせん
断力を加え、それによって凝集体をほぐした。ホモジナ
イザーは図１の構造を有する。ホモジナイザーにおいて
ローターは毎分８，０００ないし２４，０００回転する
ことができる。
ーボンナノチューブ凝集体を１−メチルー２−ピロリド
ンに加えて１重量部のカーボンナノチューブを含有する
混合物を得た。この混合物を、ＩＫＡ Ｊａｐａｎ Ｃ
ｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ（日本、横浜、中山区）製
のＵＬＴＲＡ ＴＡＬＵＸ Ｔ−２５という製品名のホ
モジナイザーにかけた。ホモジナイザーは混合物にせん
断力を加え、それによって凝集体をほぐした。ホモジナ
イザーは図１の構造を有する。ホモジナイザーにおいて
ローターは毎分８，０００ないし２４，０００回転する
ことができる。
【００７３】第２に、我々はカーボンナノチューブ凝集
体が以下の方法でほぐされたことを確認した。しかし、
以下の方法はほぐされたカーボンナノチューブを包含す
る電極をつくるのには必ずしも必要ではない。こうして
得られた１重量部のカーボンナノチューブを含有する液
体混合物に、結合剤として作用する１９重量部のポリメ
チルメタクリレートを加え、さらに希釈用としてＮ−メ
チル−２−ピロリドンを加えた。ポリメチルメタクリレ
ート（以後ＰＭＭＡと呼ぶ）は９９６，０００の重量平
均分子量を有し、Ａｌｄｒｉｃｈから市販されている。
液体混合物をガラス支持体上にキャストし、溶剤を蒸発
させるためにそのガラス支持体を真空オーブンに入れ、
それによって５重量％のカーボンナノチューブを含有す
るＰＭＭＡフィルムを調製した。われわれは透過型電子
顕微鏡でＰＭＭＡフィルムを観察した。図２はその結果
の写真である。カーボンナノチューブに相当するフィブ
リルはほぐされてＰＭＭＡマトリックス中に分散してい
る。
体が以下の方法でほぐされたことを確認した。しかし、
以下の方法はほぐされたカーボンナノチューブを包含す
る電極をつくるのには必ずしも必要ではない。こうして
得られた１重量部のカーボンナノチューブを含有する液
体混合物に、結合剤として作用する１９重量部のポリメ
チルメタクリレートを加え、さらに希釈用としてＮ−メ
チル−２−ピロリドンを加えた。ポリメチルメタクリレ
ート（以後ＰＭＭＡと呼ぶ）は９９６，０００の重量平
均分子量を有し、Ａｌｄｒｉｃｈから市販されている。
液体混合物をガラス支持体上にキャストし、溶剤を蒸発
させるためにそのガラス支持体を真空オーブンに入れ、
それによって５重量％のカーボンナノチューブを含有す
るＰＭＭＡフィルムを調製した。われわれは透過型電子
顕微鏡でＰＭＭＡフィルムを観察した。図２はその結果
の写真である。カーボンナノチューブに相当するフィブ
リルはほぐされてＰＭＭＡマトリックス中に分散してい
る。
【００７４】比較例として、我々はカーボンナノチュー
ブ凝集体を含有する液体混合物にはせん断力を加えなか
った。具体的には、Ｎ−メチルー２−ピロリドンおよび
１重量％のカーボンナノチューブを含有する液体混合物
を一夜間磁気撹拌機で混合した。得られた液体混合物を
用い、前記と同様の方法で別のＰＭＭＡフィルムを調製
して、透過型電子顕微鏡でそのＰＭＭＡフィルムを観察
した。図３はその結果の写真である。マトリックス中に
は複数のカーボンナノチューブ凝集体が存在する。電池前駆体 ボールミルで１．８グラムの２，５−ジメルカプトー
１，３，４−チアジアゾールの粉末を１．２グラムのポ
リアニリンと混合した。この粉末混合物２．５グラム
に、Ｎ−メチルー２−ピロリドン中にほぐされた２重量
％のカーボンナノチューブを含有する液体混合物１１．
１グラムを加え、得られた混合物を乳鉢で混合してイン
キを作った。厚さが３５マイクロメートルの銅箔上に隙
間が２００マイクロメートルのドクターブレードを用い
てこのインキを塗布した。この銅箔を８０℃で３時間真
空オーブンに入れてインキを乾燥させ、これによって銅
箔およびその上に約４０マイクロメートルの厚さに塗布
されたカソードとして役立つフィルムを有する電池前駆
体が得られた。
ブ凝集体を含有する液体混合物にはせん断力を加えなか
った。具体的には、Ｎ−メチルー２−ピロリドンおよび
１重量％のカーボンナノチューブを含有する液体混合物
を一夜間磁気撹拌機で混合した。得られた液体混合物を
用い、前記と同様の方法で別のＰＭＭＡフィルムを調製
して、透過型電子顕微鏡でそのＰＭＭＡフィルムを観察
した。図３はその結果の写真である。マトリックス中に
は複数のカーボンナノチューブ凝集体が存在する。電池前駆体 ボールミルで１．８グラムの２，５−ジメルカプトー
１，３，４−チアジアゾールの粉末を１．２グラムのポ
リアニリンと混合した。この粉末混合物２．５グラム
に、Ｎ−メチルー２−ピロリドン中にほぐされた２重量
％のカーボンナノチューブを含有する液体混合物１１．
１グラムを加え、得られた混合物を乳鉢で混合してイン
キを作った。厚さが３５マイクロメートルの銅箔上に隙
間が２００マイクロメートルのドクターブレードを用い
てこのインキを塗布した。この銅箔を８０℃で３時間真
空オーブンに入れてインキを乾燥させ、これによって銅
箔およびその上に約４０マイクロメートルの厚さに塗布
されたカソードとして役立つフィルムを有する電池前駆
体が得られた。
【００７５】商品名がＫ−７０５ＲＳでＫｙｏｗａ Ｒ
ｉｋｅｎから市販されている抵抗率測定器でフィルムの
抵抗率を測定した。フィルムの抵抗率は４０オーム／ｃ
ｍ2であった。
ｉｋｅｎから市販されている抵抗率測定器でフィルムの
抵抗率を測定した。フィルムの抵抗率は４０オーム／ｃ
ｍ2であった。
【００７６】銅箔上のフィルムの付着性を、日本工業標
準規格（ＪＩＳ）Ｋ ５４００ ８．５．２により碁盤
目テープ試験（ｇｒｉｄ ｔａｐｅ ｔｅｓｔ）で測定
した。この試験結果は６ないし８点を示し、フィルムは
テープに付着せず、銅箔に付着したことを表す。
準規格（ＪＩＳ）Ｋ ５４００ ８．５．２により碁盤
目テープ試験（ｇｒｉｄ ｔａｐｅ ｔｅｓｔ）で測定
した。この試験結果は６ないし８点を示し、フィルムは
テープに付着せず、銅箔に付着したことを表す。
【００７７】銅箔上の厚さ２０マイクロメートルのフィ
ルムの硬度を、日本工業標準規格Ｋ５４００ ８．４．
１により硬度が８Ｈの鉛筆でフィルム表面を引っ掻くこ
とによって測定した。引っ掻いてもフィルム表面にはほ
とんど損傷がなかった。フィルムを銅箔とともに折り畳
んだ。しかし、フィルムは剥離しなければ亀裂もしなか
った。この結果は、フィルムが、リチウム電池を製造す
る上に重要な可撓性を保っていることを表す。比較例１ 比較例として、銅箔およびその上に塗布したカソードと
して役立つフィルムを有する電池前駆体を、カーボンナ
ノチューブの代わりにＡｋｚｏから市販されているケッ
チェンブラック（ｋｅｔｊｅｎ ｂｌａｃｋ）を用いた
以外は同じ方法で調製した。
ルムの硬度を、日本工業標準規格Ｋ５４００ ８．４．
１により硬度が８Ｈの鉛筆でフィルム表面を引っ掻くこ
とによって測定した。引っ掻いてもフィルム表面にはほ
とんど損傷がなかった。フィルムを銅箔とともに折り畳
んだ。しかし、フィルムは剥離しなければ亀裂もしなか
った。この結果は、フィルムが、リチウム電池を製造す
る上に重要な可撓性を保っていることを表す。比較例１ 比較例として、銅箔およびその上に塗布したカソードと
して役立つフィルムを有する電池前駆体を、カーボンナ
ノチューブの代わりにＡｋｚｏから市販されているケッ
チェンブラック（ｋｅｔｊｅｎ ｂｌａｃｋ）を用いた
以外は同じ方法で調製した。
【００７８】このフィルムの抵抗率を同じ計器で測定し
た結果は５０キロオーム／ｃｍ2であった。
た結果は５０キロオーム／ｃｍ2であった。
【００７９】フィルムの付着性を日本工業標準規格Ｋ
５４００ ８．５．２により同じ碁盤目テープ試験で測
定し、その試験結果は０点を示し、フィルムはテープと
ともに銅箔から剥離したことを表す。
５４００ ８．５．２により同じ碁盤目テープ試験で測
定し、その試験結果は０点を示し、フィルムはテープと
ともに銅箔から剥離したことを表す。
【００８０】日本工業標準規格Ｋ ５４００ ８．４．
１による銅箔上の厚さ５５マイクロメートルのフィルム
の引っ掻き試験は、硬度がＨＢの軟かい鉛筆がフィルム
表面を損傷することを示した。この結果は、ケッチェン
ブラックを含むフィルムはカーボンナノチューブを含有
するフィルムよりもはるかに軟かいことを表す。実施例２ リチウム二次電池 コイン形状を有するリチウム二次電池を調製した。前記
の電池前駆体を直径１６ｍｍのディスク形状に切断して
カソードとして使用した。
１による銅箔上の厚さ５５マイクロメートルのフィルム
の引っ掻き試験は、硬度がＨＢの軟かい鉛筆がフィルム
表面を損傷することを示した。この結果は、ケッチェン
ブラックを含むフィルムはカーボンナノチューブを含有
するフィルムよりもはるかに軟かいことを表す。実施例２ リチウム二次電池 コイン形状を有するリチウム二次電池を調製した。前記
の電池前駆体を直径１６ｍｍのディスク形状に切断して
カソードとして使用した。
【００８１】次のような方法でゲル電解質を得た。１
４．５グラムのプロピレンカーボネートと２５．１グラ
ムのエチレンカーボネートとの混合物に４，８グラムの
テトラフルオロほう酸リチウムを加えた。Ｓｃｉｅｎｔ
ｉｆｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔから市販さ
れた５グラムのポリアクリロニトリルとポリメチルアク
リレートとのコポリマーの粉末は１００，０００の重量
平均分子量を有する。このようにして得られた混合物
を、磁気撹拌機で１日撹拌して白色の高分子分散液を得
た。この高分子分散液をステンレス鋼製トレーに入れ、
１２５℃に加熱して無色の分散液を得た。一方、ガラス
支持体の両端に０．５ｍｍの厚さを有する一対のテフロ
ンシートをガラスシ−ト上に置いた。無色で流動可能な
前記高分子分散液をテフロンシートの間のガラス支持体
に加えた。別のガラスシートをこのガラスシートの上に
置き、この一対のガラスシートを室温に冷却した。次に
フリーザーで該ガラスシートをさらに冷却した後、室温
に温め戻した。こうして得られたゲルフィルムを直径１
８ｍｍの円形に切断した。
４．５グラムのプロピレンカーボネートと２５．１グラ
ムのエチレンカーボネートとの混合物に４，８グラムの
テトラフルオロほう酸リチウムを加えた。Ｓｃｉｅｎｔ
ｉｆｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔから市販さ
れた５グラムのポリアクリロニトリルとポリメチルアク
リレートとのコポリマーの粉末は１００，０００の重量
平均分子量を有する。このようにして得られた混合物
を、磁気撹拌機で１日撹拌して白色の高分子分散液を得
た。この高分子分散液をステンレス鋼製トレーに入れ、
１２５℃に加熱して無色の分散液を得た。一方、ガラス
支持体の両端に０．５ｍｍの厚さを有する一対のテフロ
ンシートをガラスシ−ト上に置いた。無色で流動可能な
前記高分子分散液をテフロンシートの間のガラス支持体
に加えた。別のガラスシートをこのガラスシートの上に
置き、この一対のガラスシートを室温に冷却した。次に
フリーザーで該ガラスシートをさらに冷却した後、室温
に温め戻した。こうして得られたゲルフィルムを直径１
８ｍｍの円形に切断した。
【００８２】金属リチウムでつくった箔をアノードとし
て用い、銅箔をアノード集電体として使用した。
て用い、銅箔をアノード集電体として使用した。
【００８３】電池前駆体、ゲル電解質、アノード、およ
びアノード集電体をこの順序に積層させた。
びアノード集電体をこの順序に積層させた。
【００８４】コイン形状のリチウム二次電池に放電およ
び充電の反復サイクルを行った。１００サイクルの放電
および充電後にリチウム電池は９０％を上回る放電容量
を維持したことが判明した。
び充電の反復サイクルを行った。１００サイクルの放電
および充電後にリチウム電池は９０％を上回る放電容量
を維持したことが判明した。
【００８５】
【発明の効果】本発明の電極はすぐれた導電性および機
械的強度を有する。他の炭素物質と比べて、少量のカー
ボンナノチューブにより、電極に必要な電導度および機
械的強度を維持させることができる。
械的強度を有する。他の炭素物質と比べて、少量のカー
ボンナノチューブにより、電極に必要な電導度および機
械的強度を維持させることができる。
【００８６】本発明の電池前駆体は集電体に対してすぐ
れた付着性を有する。
れた付着性を有する。
【００８７】本発明の電極はリチウム電池、とくにリチ
ウム二次電池のカソードとして適している。この電極は
媒体の電位を検知するためのセンサーにも用いることが
できる。
ウム二次電池のカソードとして適している。この電極は
媒体の電位を検知するためのセンサーにも用いることが
できる。
【図１】ホモジナイザーの一部の断面図である。
【図２】ほぐされたカーボンナノチューブを含有するポ
リ（メチルメタクリレート）を透過型電子顕微鏡で観察
した写真である。
リ（メチルメタクリレート）を透過型電子顕微鏡で観察
した写真である。
【図３】カーボンナノチューブ凝集体を含有するポリ
（メチルメタクリレート）を透過型電子顕微鏡で観察し
た写真である。
（メチルメタクリレート）を透過型電子顕微鏡で観察し
た写真である。
【図４】リチウム電池に用いられる積層構造物の断面図
である。
である。
フロントページの続き (72)発明者 目代 英久 埼玉県川越市南台１−３−２ ヘキスト リサーチ アンド テクノロジー株式会社 内 (72)発明者 村田 誠 埼玉県川越市南台１−３−２ ヘキスト リサーチ アンド テクノロジー株式会社 内 (72)発明者 バリー・リントン・デイヴィーズ 埼玉県川越市南台１−３−２ ヘキスト リサーチ アンド テクノロジー株式会社 内
Claims (22)
- 【請求項１】 ジスルフィド基を含有し、該ジスルフィ
ド基のＳ−Ｓ結合が電気化学的還元によって開裂され、
電気化学的酸化によって再生される導電性マトリック
ス；および該導電性マトリックス中に分散されている複
数のカーボンナノチューブを含む電極。 - 【請求項２】 該導電性マトリックスが、導電性ポリマ
ー、および該ジスルフィド基を有する有機化合物を含有
する請求項１記載の電極。 - 【請求項３】 該導電性ポリマーが式： −［Ａｒ−ＮＨ］n− （式中、Ａｒはアリール基、ｎは整数）によって表され
るポリマーを含む請求項２記載の電極。 - 【請求項４】 該導電性ポリマーがポリアニリンを含む
請求項２記載の電極。 - 【請求項５】 該有機化合物が、窒素原子および硫黄原
子からなるヘテロ原子を１ないし３個有する５ないし７
員複素環を含有する請求項２記載の電極。 - 【請求項６】 該有機化合物がチアジアゾール環を含有
する請求項２記載の電極。 - 【請求項７】 該導電性マトリックスが、ジスルフィド
基を生成することができる該メルカプト基を有する導電
性ポリマーを含有する請求項1記載の電極。 - 【請求項８】 該電極が、該導電性マトリックスおよび
該カーボンナノチューブの合計を基準にして０．５ない
し６重量％の該カーボンナノチューブを含有する請求項
１記載の電極。 - 【請求項９】 該電極が、該導電性マトリックスおよび
該カーボンナノチューブの合計を基準にして１ないし４
重量％の該カーボンナノチューブを含有する請求項１記
載の電極。 - 【請求項１０】 該カーボンナノチューブが、３．５な
いし２００ナノメートルの平均直径および０．１ないし
５００マイクロメートルの平均長さを有する請求項１記
載の電極。 - 【請求項１１】 該カーボンナノチューブが、５ないし
３０ナノメートルの平均直径および該直径の１００ない
し１００００倍の平均長さを有する請求項１記載の電
極。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１の何れかに記載の電極
からなるカソード；及びカソード集電体；を含み、さら
に該カソード集電体が該カソードで被覆されている電池
前駆体。 - 【請求項１３】 該カソード集電体および該カソードが
積層構造を有する請求項１２記載の電池前駆体。 - 【請求項１４】 該カソードが５から５００マイクロメ
ートルに及ぶ厚さを有する請求項１２記載の電池前駆
体。 - 【請求項１５】 該カソードが１０から１００マイクロ
メートルに及ぶ厚さを有する請求項１２記載の電池前駆
体。 - 【請求項１６】 該カソード集電体がシート形状を有す
る請求項１２記載の電池前駆体。 - 【請求項１７】 該カソード集電体が金属箔を含む請求
項１２記載の電池前駆体。 - 【請求項１８】 （ａ）請求項１〜１１の何れかに記載
の電極からなるカソード； （ｂ）リチウムイオンを放出するための活物質を有する
アノード；ならびに （ｃ）該カソードと該アノードとの間に配置される電解
質を含むリチウム電池。 - 【請求項１９】 （ｄ）該カソードに接触しているカソ
ード集電体；および （ｅ）該アノードに接触しているアノード集電体をさら
に含む請求項１８記載のリチウム電池。 - 【請求項２０】 該カソード集電体、該カソード、該電
解質、該アノード、および該アノード集電体が積層構造
を有して、この順序で相互に積層されている請求項１９
記載のリチウム電池。 - 【請求項２１】 該電解質が固体電解質およびゲル電解
質の少なくとも１種を含む請求項１８又は１９記載のリ
チウム電池。 - 【請求項２２】 該カソードが５から５００マイクロメ
ートルに及ぶ厚さを有する請求項１８〜２１の何れかに
記載のリチウム電池。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99911810A EP1068647A1 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-23 | Lithium battery and electrode |
| CA002326175A CA2326175A1 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-23 | Lithium battery and electrode |
| PCT/EP1999/001945 WO1999050922A1 (en) | 1998-03-31 | 1999-03-23 | Lithium battery and electrode |
| KR1020007010851A KR20010052228A (ko) | 1998-03-31 | 1999-03-23 | 리튬 배터리 및 전극 |
| JP2000556592A JP2002519826A (ja) | 1998-03-31 | 1999-03-23 | リチウム電池および電極 |
| US09/846,066 US6703163B2 (en) | 1998-03-31 | 2001-05-01 | Lithium battery and electrode |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US5236598A | 1998-03-31 | 1998-03-31 | |
| US09/052365 | 1998-03-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11329413A true JPH11329413A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=21977143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10134350A Pending JPH11329413A (ja) | 1998-03-31 | 1998-04-28 | リチウム電池および電極 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR (1) | KR20010052228A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003092105A (ja) * | 2001-09-18 | 2003-03-28 | Denso Corp | リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 |
| WO2003029354A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Toray Industries, Inc. | Organic semiconductor material and organic semiconductor element employing the same |
| JP2003517604A (ja) * | 1999-12-15 | 2003-05-27 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー | カーボンナノチューブデバイス |
| JP2003238816A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Toray Ind Inc | 炭素繊維強化樹脂組成物、成形材料およびその成形品 |
| JP2004273433A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池用電極およびその製造法 |
| US6858349B1 (en) | 2000-09-07 | 2005-02-22 | The Gillette Company | Battery cathode |
| EP1555242A1 (en) * | 2002-10-23 | 2005-07-20 | Japan Science and Technology Agency | Composition in gel form comprising carbon nanotube and ionic liquid and method for production thereof |
| JP2007234338A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Equos Research Co Ltd | 二次電池用正極材料及びその製造方法並びに二次電池 |
| JP2007238338A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-20 | Univ Of Tsukuba | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| JP2008195563A (ja) * | 2007-02-12 | 2008-08-28 | Univ Meijo | カーボンナノチューブ分散体の製造方法 |
| US7691533B2 (en) | 2003-07-28 | 2010-04-06 | Tdk Corporation | Electrode with conductive polymer-covered carbon nanotubes and electrochemical element employing the same |
| JP2014522547A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-09-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | アルカリ金属−硫黄セル用のカソード材料 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20040009381A (ko) * | 2002-07-23 | 2004-01-31 | 한국과학기술원 | 탄소나노튜브가 첨가된 리튬유황이차전지용 양극 |
| CN113272992B (zh) * | 2019-01-08 | 2024-08-23 | 株式会社钟化 | 非水电解质二次电池用负极以及该电池 |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10134350A patent/JPH11329413A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-23 KR KR1020007010851A patent/KR20010052228A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003517604A (ja) * | 1999-12-15 | 2003-05-27 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー | カーボンナノチューブデバイス |
| US6858349B1 (en) | 2000-09-07 | 2005-02-22 | The Gillette Company | Battery cathode |
| JP2003092105A (ja) * | 2001-09-18 | 2003-03-28 | Denso Corp | リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 |
| KR100865500B1 (ko) * | 2001-09-27 | 2008-10-28 | 도레이 가부시끼가이샤 | 유기 반도체 소재 및 이것을 사용한 유기 반도체 소자 |
| WO2003029354A1 (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Toray Industries, Inc. | Organic semiconductor material and organic semiconductor element employing the same |
| CN1300254C (zh) * | 2001-09-27 | 2007-02-14 | 东丽株式会社 | 有机半导体材料及使用该材料的有机半导体元件 |
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| EP1555242A4 (en) * | 2002-10-23 | 2009-01-21 | Japan Science & Tech Agency | CARBON NANOTUBES AND IONIC LIQUID CONTAINING IN YELLOW AND PRODUCTION PROCESS THEREFOR |
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| JP4659367B2 (ja) * | 2003-02-19 | 2011-03-30 | パナソニック株式会社 | 電池用電極およびその製造法 |
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| JP2007234338A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Equos Research Co Ltd | 二次電池用正極材料及びその製造方法並びに二次電池 |
| JP2007238338A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-20 | Univ Of Tsukuba | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| JP2008195563A (ja) * | 2007-02-12 | 2008-08-28 | Univ Meijo | カーボンナノチューブ分散体の製造方法 |
| JP2014522547A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-09-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | アルカリ金属−硫黄セル用のカソード材料 |
| US9484575B2 (en) | 2011-05-02 | 2016-11-01 | Robert Bosch Gmbh | Cathode material for an alkali-sulfur cell |
Also Published As
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|---|---|
| KR20010052228A (ko) | 2001-06-25 |
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