JPS58192266A - 電気エネルギ−の蓄積要素 - Google Patents

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】 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の蓄積
要素に関する。ヨーロソ・ξ特許出願第００３６１１８
号明細書から可逆的に電気化学的にドープした共役ポリ
マーとくにドープしたポリアセチレンからなる電極を有
し、その電解液がイオン化可能化合物を含み、その２種
のイオンのそれぞれが電極のドープ剤として役立つ２次
電池が公知である。電極材料としてボリアセチレンを使
用するためその製造が比較的高価であり、ドープしてい
ない状態で低い電導度しか有しないのが欠点である。さ
らに水および酸素に対して比較的不安定なので、ポリア
セチレンの取扱いおよびこの要素の所要のカプセル化１
−ｉ比較的高価である。

これに反し特許請求の範囲第１項記載の特徴を有する本
発明による蓄積要素は電極材料として使用する黒鉛が一
般的に入手容易であり、ポリアセチレンよりはるかに安
価である利点をイｆする。黒鉛はドープしていない状態
で高い電導度を有し、これから製造した２次電池は内部
抵抗が低いので、高電流を取出すことができる。

最後に黒鉛は酸素および水に対して安定なので、蓄積要
素製造の際酸素の遮断に注意する必要はなく、水の遮断
には場合により重重れる高い電池電圧を達成するために
必要な程度に注意すればよい。その結果黒鉛は大きい劣
化安定性を有するので、それから製造した蓄積要素に長
い寿命を期待することができる。

特許請求の範囲第２〜８項記載の手段にょって特許請求
の範囲第１項記載の蓄積要素の有利な形成および改善が
可能である。黒鉛が出発状態ですでにたとえばＦｅＣｌ
２でドープしてあればとくに有利である。というのはこ
のような黒鉛は電解液に含捷れる導電塩のイオンに対す
る高い蓄積能力を有し、イオン吸収の際の黒鉛の体積変
化が片しく小さく、それゆえ蓄積要素の構造が簡単にな
るからである。セル電圧が約３．０■より高い場合、蓄
積要素はとくに２次電池として適し、３．ＯＶより低い
場合は直流フンデンサとして適し、その際電極の表面積
に応じてＩＦより高い容址を有し、たとえば計算機の電
流停止の際の記憶消去を避けることができる。

次に本発明を図面により説明する。

第１図の実施例には導電塩に使用する溶剤に対し安定な
プラスチックたとえばポリプロビレ　　　　（ンからな
るケーシング１が示され、その壁に２つのシート電極３
と接触する２つの金属板２が支持される。金属板２の代
りに電流導出のためｌ（素繊維才たは炭素繊維織物を使
用することができろ。たとえば負極として役立つこれら
２つ、つシート電極と中心にある正極として役立つシー
ト電極牛の間に２つの繊維フリース５がアリ、このフリ
ースｉｄセ・ξレータとしても電解液蓄ｆｄ　？５どし
ても役立ち、１〜２　ｍｍの厚さを有し、電極３および
牛として使用する黒船シートはたとえば重数の膨張黒船
から製造され、Ｏ，１〜０５間の厚さを有する。電解液
としてはテトラゾチルアンモニウムノミ−クロレート（
ＴＢＡＰ　）の０５モルプロピレンカーゼネート（ｐｃ
）溶液が使用され、この液はほぼ完全に繊維フリース５
に固定される。黒鉛の層状格子平面の間ヘイ牙ン（また
は分子）を組込む際の黒鉛の前記公知の体積拡大により
普通はこの電極の崩壊が生ずるけれど、これは要素を充
電の前に、最初の充電過程でこの電極崩壊を防ぐ機械的
圧力が形成されるように構成することによって避けられ
る。しかし充電過程の間にこの圧力にさらされない電極
のすべての表面部分をイオン組込前にシートで被覆して
保護することに注意しなければならない。とくにたとえ
ばシート電極牛が繊維フリース５の上縁から突出する位
置が問題であり、それゆえとくに電極牛のこの位置を保
護シート６によって蔽わなければならない。充電の際発
生する圧力のためケーシング１がこの圧力に降伏しない
ように十分剛性でなければならないことはもちろんであ
る。さらに発生するこの圧力により電極３と電流導出体
として使用する金属板２の満足な接触が促進される。

第２図には電極としてシートの代りに黒鉛粉末を使用す
る実施例が示される。この実施例もプラスチックケーシ
ング１および接触体としての金属板２を有する。活性電
極は厚さ２〜５　ｍｍの黒船粉末・ξツク７からなり、
この黒鉛粉末は透過性材料たとえばフィルタ紙の袋捷た
は′ポケットに収容することができる。２つの黒船粉末
パック７は同様セ・ξレータとしても電解液蓄積器とし
ても役立つ繊維フリース５によってＲいに分離される。

片側の電極材料としてすでにＦｅＣｌ２で前ドープした
黒船を使用すれば、この黒鉛粉末・ξツク７の体積は蓄
積要素充電の際少ししか変化しないので、この方法で最
初の充てん過程の際の圧力形成を制御することができる
。電解液としてはこの場合もテトラゾチルアン　−モニ
ウムノξ−クロレートの０５モルプロピレンカーゼネー
ト溶液を使用することができる。

実質的には化成であるこのような蓄積要素の最初の充電
過程は約２〜５ｍＡ／ｉの低電流で開始し、この条件を
長時間維持し、さらに充電電圧を段階的に３ｖから３．
５ｖを介して牛■および４．５Ｖへ上昇するのが有利な
ことが明らかになった。

第１図実施例を２次電池として使用する場合、活性電極
の重量０．３６８　ｇおよび活性電極表面積１８Ｘ２７
ｍｍで充電後の無負荷電圧は牛■、短絡電流は２７Ｑｍ
Ａ、内部抵抗は１５オームである。容量は牛２Ａ８　、
エネルギー含量は８ＱＷｓ　　であり、これから電極材
料１ｇ当りのエネルギー含量約２Ｌ５Ｗｓ／ｇが得られ
る。

この実施例を溶剤としてプロピレンカーゼネートの代り
にγ−ブチルラクトンで変化すると、電極材料１ｇ当り
２３　Ｑ　Ｗｅ　のエネルギー含量が得られる。

第３図には電ＦＥＵと電気量Ｑの関係を示す充電特性曲
線が示される。蓄積要素の電圧が捷ず吸収電気量に比例
して上昇し、約３０■の電圧に達することが示される。

この点から蓄積要素の電圧は電気量増大とともにごく少
ししか上昇しない。すなわち蓄積要素はセル電圧３０Ｖ
まで公知の式Ｑ＝Ｃ−Ｕに相当する容量挙動を示し、そ
の際ＩＦ以上の容量は非常に高いので、多くの場合たと
えばマイクロコンピュータの予備電圧源として使用する
ことができる。この場合所要電圧を達成するため場合に
より多数のセルを直列に接続しなければならない。もち
ろんこのコンデンサは直流にしか使用できない。という
のは充電はイオン輸送によって実現されるの　　　　虹
で、イオンはすでに交流電圧の比較的低い周波数でもは
や黒船格子へ組込才ｔず、したがってこのようなコンデ
ンサの容量は交流電圧の周波数増大とともに非常に急速
に低下するからである。約３．ＯＶを超える電圧で蓄積
要素は電池挙動を示し、すなわち電気量の蓄積はごく僅
かに上昇する電圧のもとに行われ、この範囲での放電は
約３．ＯＶまでの充電の際よりはるかに遅く降下する電
圧のもとに行われる。

一般５に蓄積要素は平らな電極およびセパレータノ代す
に、コンデンサのように巻いた構造部材からなることも
できる。それによって比較的小さい空間に大きい電極面
積を収容することができＡ０電解液の溶剤としては電解
液の十分に昌い電導度を可能にするすべての溶剤を使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による蓄積要素の２つの実
施例の縦断面図、第３図はその充電特性曲線図である。 １・・・ケーシング、２・・・金属板、３．牛・・・シ
ート電極、５・・・繊維フリース、７・・・黒鉛粉末・
ξツクＦｌ（３，１ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも２つの電極および１つのイオン化可能物
   質を含む電解液を有する電気エネルギー蓄積要素におい
   て、電極が黒鉛からなり、イオン化可能物質が黒船格子
   の層の間に蓄積しうるイオンを形成することを特徴とす
   る電気エネルギーの蓄積要素。 ２　黒船が出発状態でドープされている特許請求の範囲
   第１項記載の要素。 、３．黒船がＦｅＣｌ２でド−ゾされている特許請求の
   範囲第２項記載の要素。 ４、　黒船がシートとして含まれている特許請求の範囲
   第１項〜第３項の１つに記載の要素。 ５　電極が高度に黒鉛化した炭素繊維からなる特許請求
   の範囲第１項〜第３項の１つに記載の要素。 ６　電解液が１価のイオンを有する導電塩および極性溶
   剤からなる特許請求の範囲第１項記載の要素。 ７　導電塩がリチウム、カリウム、ナトリウムもしくは
   テトラアルキルアンモニウムの塩化物もしくは過塩素酸
   塩からなり、溶剤がプロピレンカーゼネート、ブチルラ
   クトン捷たけジメチルホルムアミドからなる特許請求の
   範囲第６項記載の要素。 ８　導電塩が溶剤中に０５モル／ｌ溶液ないし飽和の濃
   度で存在する特許請求の範囲第６項２　　捷た（ｄ第７
   項記載の要素。