JPS58212075A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPS58212075A
JPS58212075A JP57095313A JP9531382A JPS58212075A JP S58212075 A JPS58212075 A JP S58212075A JP 57095313 A JP57095313 A JP 57095313A JP 9531382 A JP9531382 A JP 9531382A JP S58212075 A JPS58212075 A JP S58212075A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
lithium
polyacetylene
dmso
charge
Prior art date
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Pending
Application number
JP57095313A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Toyoguchi
豊口 「よし」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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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP57095313A priority Critical patent/JPS58212075A/ja
Publication of JPS58212075A publication Critical patent/JPS58212075A/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
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/137Electrodes based on electro-active polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • 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)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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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、合成金属の名で知られる高分子物質を電極材
料に用いた二次電池に関する。
最近、高分子重合体にある種の物質をドープすると電気
伝導性が向上し、ついには金属電導を示すようなものが
知られており、このような高分子物質は合成金属と呼ば
れている。その代表例としてポリアセチレンやポリフェ
ニレンがある。
ポリアセチレン      ポリフェニレンこれらは、
品分P主鎖の炭素原子のπ電子が共役二重結合により主
鎖の間で非局在化しており、ある種の物質をドープする
ことにより高導電率を示すようになる。
この種の合成金属を′電極材料に用いた新しいタイゾニ
次電池が、例えば特開昭56−136469号公報に記
載されている。合成金属を正極に用いた賜金の充電放電
反応は、合成金属の電!!I液中の陰イオンの取り込み
(ドープ)による充電反応と、直・イオンの放出(アン
ドープ)による放電反応であり、負極に用いた場合は陽
イオンの取り込みによる充電反応と陽イオンの放出によ
る放電反応である1゜ 合成3属としてポリアセチレン(OH)n 、電解液と
して過塩素酸リチウムを例えばプロピレンカーホネート
に溶解した溶液を用いた場合の充放電反応を以Fに示す
11モ極 敢゛屯 負極 (OH)1 + nX6 +nX Llこのように合成
金属は、正極又は負極として機能するので、他の負極又
は正極と組み合わせることは勿論、合成金属同志の組み
合わせでも二次電池を構成することができる、 この種の合成金属としては、上記の他、ポリ硫化フェニ
レン、ポリピロール、あるいは水素原子ノ若干がハロゲ
ン原子、アルキル基、フェニル基。
アルキルフェニル基、ハロフェニル基などで置換された
ポリアセチレンなどが知られている、一方、合成金属を
負極として用いる場合、と7Lと組み合わせる電解液と
しては、過塩素酸リチウム(Li(JOa)、硼フッ化
!J f ウA (LiBF4)、六フッ化リン酸リチ
ウム’(LiPF6・)渣どのリチウム塩を溶質とし、
ゾロピレンカーボネートやテトラヒドロフランを溶媒と
した有機電解液が知られている。
このような系での負極の反応機構は(2)式で示さ;/
1.−’Cいるように、合成金属中へのリチウムイオン
のトープ(充電過程)、ア′ンドープ(放電過程)であ
るとされている、従って、イ」機電解液の溶媒のfり[
1は、単にリチウム塩を溶解させているのみであり、充
放電にはあまり関すせず、したがって溶媒の違いによる
負極の特性の違いはないものと考えられて来た。
本発明の目的は、リチウム塩を溶質とし、合成、沙1属
&負極に用いた場合の負極の充放電特性を改良すること
、特に充放電容量を向上することである1 合成金属中・\リチウムをドープ(充電過程)しだ時、
その生成物は、例えばポリアセチレンの場Gr (CH
Lzz)nであると考えられており、この結合I[; 
傅として、合成金属の高分子が負に荷電し、リチウノ、
イオンとイオン結合する、すなわち、((CHx−”)
 (Li+)x)とな:ると考えられている。そしてl
c、市が進行してゆくにつれて、合成金属内部(IJ 
fラムイオンが拡散してゆくと考えられている。
本発明者らは、このリチウムイオ/の拡散はリチウムイ
オンのイオン半径を大きくすることにより、合成金属中
の負に荷電している部分、ポリアセチレンの場合には(
OH” )とリチウムイオンとの距離が大となり、静電
引力が小さくなって、合F戊金属中のリチウムイオンの
拡散が容易になると考えた。しかしイオン半径の大きさ
を変えることは容易ではないので、本発明者らは、リチ
ウムイオンに強く溶媒和する溶媒を用いることにより、
見掛は上のリチウムイオン半径を大きくすることができ
るものと考えだ。これに基づけば、有機亀111!i8
液中にリチウムイオンと強く溶媒和する溶媒を加えるこ
とにより、合成金属にトープ(充電過程)する場合にも
、リチウムイオンのみが合成金属中に入るのではなく、
リチウムイオンの周りの強く溶媒和した溶媒分子を伴っ
て合成金属中に入り−Cいき、見掛は上のイオン半径が
大きくなることにより、静電引力が減少し、合成金属中
の拡散が容易となる。そして合成金属を用いた負極にお
いて、充電容量、放電容址が増加すると考えられる。
本発明者らは、以上に基づき種々の溶媒を検討した結果
、ジメチルスルフォキンドを溶媒に用いることにより、
合成金属負極の電極特性が向−トすることを見出しだ。
Jソ、ド、本発明を実施例によってさらに詳しく説明[
る。
[実施例1〕 合成金属として3ポリアセチレンを用いた例であ入ささ
2nX2CrIL、厚さ0.17AJ のポリアセテレ
ノフィルム1を第1図に示すように白金ペースト2を用
いて、集電体であるニッケル板3に接着してI電極を構
成した。対極には、ポリアセチレンのlu極挙動を見る
ためにニッケルネットに圧着したリチウム板を用い、照
合電極にも対極と同じ構成のリチウム板を用いた。
この電池構成では、ポリアセチレンはリチウムズ・1極
に対して正極となるが、後述するポリアセチレノ電極の
充放電挙動より明らかなように、その【L位はリチウム
に近い。そのため、適当な正極活物質、例えば二硫化チ
タン(TiS2)とポリアセチレンとを組み合わせるこ
とにより、ポリアセチレンは負極となる。この例のよう
にリチウムを対極としても、TiS2 を対極としても
、ポリアセチレンの充放電反応は先の12り式に示して
いるように変わらない。ここでは合成金属の電極挙動を
みるために、便宜ヒ対極にリチウムを用いたものである
電解液には、プロピレンカーボ*−)(PC)。
テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルスルフォキン
ド(DMSO)の各有機溶媒に1モル/eの過塩素酸リ
チウムを溶解したものを用いた。溶媒にPCを用いた電
池をム、THFを用いた電池をB 、 DMSOを用い
た電池をCとする。
これらの電池について、20℃において以ドのような充
放電試験をしだ。まず第1サイクルで、ポリアセチレン
電極を0.2V(対リチウム照合電極、以下同じンにな
るまで充電した後、ト2.ov1:1□、、□1 になるまで0.12mムで放電した。第2サイクル以降
は、+〇、2V になるまで211ムで充電した後、+
 2.() Vになるまで2mムで放電し、この充放電
をくり返した。第2図は、第10サイクルでの各電池の
ポリアセチレン電極の充放電特性を示す。
第2図より、DMSOを電解液の溶媒としだ場合、ポリ
アセチレン電極の充電容i、放電容量が、匠東の溶媒P
C,Tj(Fを用いた電池のポリアセチレン市極より向
−卜していることがわかる。
し実施例2〕 合成金属として、ポリフェニレンを用いた例である。
ポリフェニレンの粉末o、1gを真空加熱下で大きさ2
CIrL×2cInに圧縮成形した後、第1図と同様の
構成の電極を作った。対極、照合電極は、実施例1と同
じである。有機電解液の溶質としてLiBF4を用イ、
コれを各溶媒PC,THF、DMSOに1−E:に/ 
1.6解させた。PCを用いた電池をり、THFを用い
たものをE、DMS0を用いた電池をFとする。
ポリフェニレ/の電極ゆ充放電特性をみるだめ11 に、ポリフェニレン電極の電位は、実施例1と同じよう
にリチウム照合電極に対して測定した。充放電試験の条
件や、仕方は、実施例1と同じである1゜ 第3図は、第10サイクルでのポリフェニレン電極の充
放電特性を示す 第3図より溶媒にDMSOを用いるこ
とによりポリフェニレンの充電容量。
放心6祉が増大していることがわかる。
〔実施例3〕 実施例1と同じ構成で、ポリアセチレン電極。
リチウム対極、リチウム照合電極を用いた。有機電解液
の溶質にはLiPF6を用い、PCとDMSOの混合溶
媒に1モル/l溶解させた。実施例1と同様にしてポリ
アセチレン電極の充放電試験を行った。第4図は、第1
0サイクルでの充電容量を実線で、放電容量を破線で、
pcとDMSO混合溶媒中のDMSOの体積分率に対し
てプ0.7)しだものである。第4図よりDMSOの体
積分率が0・1以−トにおいてポリアセチレン電極の充
電容量:。
放電容量がともに増加し、体積分率が。、4〜o6・で
最大となり、0.8以上では徐々に低下することがb 
か不。これは、DMSOを溶媒和したリチウムイオンの
ポリアセチレン中へのドープでは、ポリアセチレン中の
拡散は容易になっても、DMSO分トの体積がかさばっ
ているために、q体化学的にみて1・−プされるリチウ
ムイオンの量が限定さ7【るだめであると考えられる。
混合溶媒にすることによ−〕で、ポリアセチレン中ヘド
ープされるリチウノ・イオンの形態は、DMSOを溶媒
和したり−1−ラムイオンの他に、溶媒和されていない
リチウノ、イオンも入ることとなり、全体としてのリチ
ウムイオンの献が増太し、これにより充電容置、放rb
)打破が増J<シたものと推定される。
ポリアセチレンの代りにポリフェニレンを用いても、D
MSOを用いた混合溶媒を有機電解液に使月1すること
により、DMSO単独を溶媒に用いた場合よりも充放電
容量の増加が見られた。PCとDMSOの混合溶媒の場
合には、DMSOの体積分率で04〜Q、6で充放電容
量は最大となり、THFとDMSOの混合溶媒ではDM
S Oの体積分!くが0−16〜0.3で充放電容量は
最大となった。
ポリフェニレンで充放電容量が最大となる時のDMSO
と他の溶媒との混合比率は、DMSOと池の溶媒の種類
により異なる。これは、溶媒の種類によりリチウムイオ
ンとの溶媒能力が異なるためである。
以上のように、充放電によりリチウムイオンを取り込み
、放出する合成金属を負極とし、リチウム塩を溶解した
有機電解液を用いる電池において、電解液中にDMSO
を含有させることにより、負極の充放電容量を増大させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例に用いた電極の縦断面図、第2図は各種
溶媒を用いた有機電解液中でのポリアセチレン電極の充
放電曲線を示す図、第3図は同じくポリフェニレン電極
の充放電曲線を示す図、第4図はpcとDMSOの混合
溶媒を用いた電解液中でのポリアセチレン電極の充放電
容量と混合溶媒中のDMSOの体積分率との関係を示す
図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 充放電により可逆的にリチウムイオンを取り込み、放出
    する合成金属よりなる負極と、リチウム塩を溶解した有
    機電解液とを有し、前記電解液がジメチルスルフオキシ
    ドを含有することを特徴とする二次電池。
JP57095313A 1982-06-02 1982-06-02 二次電池 Pending JPS58212075A (ja)

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