JPS58112271A - 二次電池用正極 - Google Patents

二次電池用正極

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JPS58112271A
JPS58112271A JP56213447A JP21344781A JPS58112271A JP S58112271 A JPS58112271 A JP S58112271A JP 56213447 A JP56213447 A JP 56213447A JP 21344781 A JP21344781 A JP 21344781A JP S58112271 A JPS58112271 A JP S58112271A
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JP
Japan
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carbon
positive electrode
battery
polyacetylene
fluorine
Prior art date
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Pending
Application number
JP56213447A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Toyoguchi
豊口 吉徳
Takashi Iijima
孝志 飯島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP56213447A priority Critical patent/JPS58112271A/ja
Publication of JPS58112271A publication Critical patent/JPS58112271A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポリアセチレン、ポリフェニレンポリジアセ
チレン、ポリジフロロアセチレン、ポリモノフロロアセ
チレンなどのような、炭素と水素、または炭素と水素と
フッ素、または炭素とフッ素からなる高分子を用いる二
次電池用正極の改良に関するものである。
これらの高分子の特徴は、下に示した構造よりわかるよ
うに、主鎖の炭素のπ電子が、その炭素に結合している
2つの炭素のπ電子と共役して非局在化していることで
ある。
(−CH=CH−)n    +cH=c=c=cH)
ポリアセチレン     ポリジアセチレン(−CF=
CF−)n    (−CH==CF+nポリジフロロ
アセチレン   ポリモノフロロアセチレンポリフェニ
レン 近年ポリアセチレンやポリフェニレンが有機電解質や水
溶液系の電解質を用いる二次電池の正極に使用できるこ
とが報告された。この電池の充放電反応は、正極にポリ
アセチレン((CH)n)、負極にリチウム、電解質に
過塩素酸リチウムを溶解させたプロピレンカーボネート
を用いた電池を例にとると次のように示される。
nxLi” + nx((j20.; )+ x(CH
) n充電 すなわち、充電により溶質のイオンLL+は負極のリチ
ウム金属上に析出し、イオンノoλのようなアニオンが
ポリアセチレン中に中性分子化してドープされるという
反応である。放電はこの逆反応である。ポリアセチレン
は元来絶縁体であるが、ポリアセチレン中に上記のよう
にCXO4が入ったり、またヨウ素工などが入ることに
より電気伝導性が増加し、金属伝導を示すようになる。
ポリフェニレンについても同様の挙動を示す。この電気
伝導性のために、ポリアセチレンやポリフェニレンを正
極に用いる場合には、これらのフィルム状または板状の
高分子の一端を白金線や金線の間に挾み、第1図に示す
ように白金を圧着して集電体としていた。図中1は白金
、2は高分子である。
白金や金は高価で、これらを用いることは有利とは言え
ない。
本発明は、これら高分子正極の集電体に関するものであ
り、白金や金などの貴金属を用いる代りに炭素を使用し
、貴金属を集電体に用いた時と比べ、より優れた電池性
能を得るとともに、廉価な電池を提供するものである。
ポリアセチレンやポリフェニレンを正極とし、白金や金
を集電体とした電池では、電池を充電後貯蔵した際に自
己放電による容縫劣化が問題であった。これは集′市体
に白金などをIllいることに起因するものであり、以
下に、ポリアセチレンを正極にした場合を例として詳細
に述べる。
リチウム−ポリアセチレン有機電解質電池を充電してゆ
くと、溶質のアニオンがポリアセチレン中に中性分子と
してドープされてゆく。ドープされた量をポリアセチレ
ン(CH)nのCH1モルにつき、1モル入った状態で
、!×1oO%ドープされたと表示する。ドープされた
アニオンを中性分子化したもの、例えばCuO2が7%
を超えると、この電池の開路電圧は4.0v以上となり
、さらに1oチを超えると4.3v以上となる。このた
め集電体として、ニッケルなどの金属を用いた場合には
、電圧が高くなるにつれて溶解が起こり、充電効率の低
下や、充電して貯蔵した時に自己放電が生じる。従って
電池の電圧が高くなっても集電体の溶解が起こらないよ
う゛にするために、従来は白金や金が用いられるのであ
る。これにより、充電効率や貯蔵性は改良された。しか
し、これらの金属が高価であるとともに、貯蔵性が改良
されてはいるが十分でなく、充電して貯蔵する時に自己
放電が起こるという問題があった。
本発明者らはその原因を調べた結果、この自己放電は、
充電により電池の電圧が4v以上に高くなると、集1体
の白金や金の表面で電解質に使われている溶媒、例えば
プロピレンカーボネートの分解を生じることによるもの
であることを見出した。すなわち溶媒のアノード酸化が
起こるのである。白金や金は、金属自体の溶解には不活
性ではあるが、触媒活性は強いとされている金属であり
、この触媒活性のために溶媒の分解が起こり、自己放電
につながるものと考えられる。
フッ化炭素や二酸化マンガンを正極にし、負極にリチウ
ムを用いた有機電解質−次電池において、正極集電体に
炭素を用いることが知られている。
これらの電池の開路電圧は3.2〜3.5vである。
これらの電池において炭素を集電体に用いる理由は、金
属集電体を用いることにより、金属の不働態化による内
部抵抗の上昇や、金属の溶解による自己放電を少なくす
るためである。
ポリアセチレンを正極とする有機′電解質二次電池では
、電池の電圧が4.2v以上となるため、溶媒の集電体
表面での酸化分解に対して、触媒的に不活性なものを集
電体とする必要がある。炭素は従来の一次電池で明らか
にされているように、溶解や不働態化はしない材料であ
る。そこで各種の炭素について溶媒の酸化分解に対する
触媒活性を白金及び金と比較した。
炭素については黒鉛、コークスを焼成して黒鉛化した人
造黒鉛、アセチレンブラック及び活性炭を用い、前二者
については粉末をプレス成形したもの、後二者について
は、炭素粉末10重量部に結着剤としてポリ四フッ化エ
チレン1重量部を混合しプレス成形したものを用いた。
また、白金及び金は板を用いた。
これら各試料を見掛は表面積1 crAの電極とし、1
.0モル/2の過塩素酸リチウムを溶解したプロピレン
カーボネート中において、リチウムを照合電極及び対極
に用い、20℃の温度でリチウム照合電極に対して4.
2vで電解した。電解開始から24時間後の電流値を第
1表に示す。電流値の大きいものほど溶媒分解の触媒活
性が大きい。
以  下  余へ・ 白 第   1   表 なお”002は(002)面の格子定数を表し、黒鉛の
それは3.354人である。
以上より、炭素をポリアセチレン正極の集電体に用いる
ことにより、有機溶媒の分解が少なく、不働態化や溶解
の起こらない、自己放電の少ない二次電池を構成できる
ことが推定できる。
しかし、炭素は白金や金のように延展性に富む材料では
ないため、白金や金のようにポリアセチレンを挾んで、
圧着することによりリードを取ることは困難であった。
そこで第2〜3図のようにポリアセチレンのフィルム又
は板3の一部に穴4を開け、その穴を通してポリアセチ
レンの両面より炭素を配し、加圧圧着して、リード5を
構成するのがよい。黒鉛や、石油コークスを黒鉛化した
もののように加圧成形しやすいものはそのまま、アセチ
レンブラックや活性炭のように加圧成形しにぐいものに
は、結着剤を加えて成形することができる。
ムを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。
負極には大きさ4×4crn1厚さ1謹のリチウムを用
い、ニッケルネットをリチウムの上に圧着してリードと
した。正極には大きさ4X4trn、厚さ0.1鴫のポ
リアチレンフィルムを用いた。正極の集電方法として従
来の白金線、金線を用いて、フィルムを挾み加圧圧着し
た極板をそれぞれA、Bとする。本発明の黒鉛9人造黒
鉛(do。2=3.358人)。
人造黒鉛(do02−3.366八)を用い、これらを
ポリアセチレンフィルムに開けた穴の両面に配して加圧
圧着して得た極板をそれぞれC,D、Eとする。さらに
、アセチレンブラック10重量部にポリ四フッ化エチレ
ン1重量部を加え混合したも四 の、活性炭10重量部にポリフッ化エチレン1重八 置部を加え混合したものを用いて、黒鉛の場合と同様に
加圧圧着して得た極板をそれぞれF、Gとする。
A−Gの正極板を用いて第4図に示す電池を構成した。
図中6は負極板、7は正極板、8はポリプロピレン製不
織布を用いたセパレータ、9は電解質、10は電槽であ
る。各電池の充放電試験は全て20℃で行った。最初各
電池を0.6smAで24時間充電した後、ただちに0
.44mAで24時間放電した。この時点を甲点とする
。放電が終了した後直ちにo、 44mAで24時間充
電した。充電が終了した時点を乙点とする。乙点の充電
が終了した後、充電も放tもせずに24時間電池を放置
した。放電後0.44mAで放電し、電池の端子電圧が
2.Ovになるまでの放電時間を求めたつこの時間を第
2サイクルの放電時間とする。第6図は、従来例の白金
線を使った電池A1本発明の人造黒鉛を使った電池Eの
充放電曲線を示す。これより争点の電池電圧はEの方が
Aより高く、まだ第2サイクルの放電時間はEの方がA
より長く良好であることがわかる。第1サイクルと第2
サイクルの放電時間を比較すると、Aでは自己放電が犬
であることがわかる。
第2表は、第2サイクルでの各電池の放電時間を示す。
従来例の白金線や金線を用いたA、Bでは、本発明の電
池C,D、E、F、Gに比べ放電時間が短く、自己放電
が犬であり、本発明の炭素、を集電体に用いた電池では
相当に改良されていることがわかる。また炭素の間にも
差が生じており、コークスを黒鉛化した人造黒鉛〉アセ
チレンブラック〉活性炭の順で電池特性は良好であるこ
とがわかった。これは炭素間にも溶媒の酸化分解の触媒
活性の差があることを示しており、第1表の結果、すな
わち電解電流が小さいもの程良いという一結果とも一致
している。
炭素材料として、人造黒鉛や黒鉛は結晶性炭素であり、
アセチレンブラックや活性炭は非品性炭素であることよ
シ、結晶性炭素を用いる方が良好な結果が得られた。し
かし結晶性炭素の間では、X線回折の結果、黒鉛の(0
02)面の格子定数d0゜2が、3.3154人である
のに対し、人造黒鉛のdo。2が3.368人、3.3
65人であり、完全な黒鉛構造をもつものより若干結晶
性の低いものが良いことがわかった。
以上は、電解質に1.0モル/βの過塩素リチウA (
LiClO4)を溶解したプロピレンヵーホネート(P
C)の場合であるが、1.0モル/Lのポウフッ化リチ
ウム(L I BH3)を溶解したγ−ブチロラクトン
(γ−BL)を電解質に使用した場合においても、第2
サイクルの放電時間は、L I CQ04P Cの場合
と異なるが、電池の充放電特性に与える集電体の影響と
して良いものの順は、LiCn0− P Cを用いた場
合と同様人造黒鉛(do。2−3 、365 A ) 
)人造黒鉛(do。2=3.358人)〉黒鉛(do。
2=3.354人)〉アセチレンブラック〉活性炭〉金
〉白金であった。
以上示したように、従来の白金や金をポリアセチレンの
集電体に使う代りに、炭素を用いることにより、電池の
自己放電が少なくなり、充放電特性が改良されるととも
に、廉価なものとなる。
ポリフェニレンを正極に使用した場合にも、ポリアセチ
レンの場合と同様に、電池を充電し貯蔵した際に、集電
体の触媒活性によるPCやγ−BLなどの有機電解質の
溶媒の酸化分解が起こる〃ε正極集電体として炭素を用
いることにより、電池の貯蔵性は白金や金を用いた場合
に比べ改良でき、人造黒鉛〉黒鉛〉アセチレンブラック
〉活性炭の順で貯蔵性−は向上した。
さらに本発明者らは、ポリアセチレンや、ポリフェニレ
ンの他に、ポリジアセチレン、ポリジフロロアセチレン
、ポリモノフロロアセチレンのような、炭素と水素、炭
素と水素とフッ素、炭素とフッ素からなり、主鎖の炭素
のπ電子が、その炭素に結合している炭素のπ電子と共
役して非局在化している高分子も、ポリアセチレンやポ
リフェニレンと同様な機構で、有機電解質二次電池の正
極に使えることを見出した。これらの高分子の場合にも
、ポリアセチレンの場合と同様に白金や金を集電体とす
る代りに炭素を集電体とすることにより電池め貯蔵性を
改良できることがわかった。
上記の例では有機電解質を用いたが、本発明の正極は水
溶液系電解質を用いる場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の集電体を用いた正極の縦断面図、第2図
は本発明の実施例による正極に用いる高分子フィルムの
正面図、第3図は集電体の取付状態を示す縦断面図、第
4図は電池の縦断面略図、第6図は電池の充放電特性の
比較を示す。 3・・・・・・高分子、4・・・・・・穴、6・・・・
・・集電体。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水素及びフッ素よりなる群から選んだ少なくとも
    1つと炭素とからなり、主鎖の炭素のπ電子がその炭素
    に結合している2つの炭素のπ電子と共役し非局在化し
    ている高分子と、年の集電体としての炭素からなる二次
    電池用正極。
  2. (2)前記高分子が、ポリアセチレン、ポリフェニレン
    、ポリジアセチレン、ポリ、ジフロロアセチレン及びモ
    ノフロロアセチレンよりなる群から選択したものである
    特許請求の範囲第1項記載の二次電池用正極。
  3. (3)前記集電体が、人造黒鉛、黒鉛、アセチレンブラ
    ック及び活性炭よりなる群から選択したものである特許
    請求の範囲第1項記載の二次電池用正極。
JP56213447A 1981-12-25 1981-12-25 二次電池用正極 Pending JPS58112271A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63259965A (ja) * 1987-04-16 1988-10-27 Ricoh Co Ltd 電池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56136419A (en) * 1980-03-27 1981-10-24 Hokushin Electric Works Switchable switch unit for recording meter

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