JPS59203368A - 電池 - Google Patents

電池

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JPS59203368A
JPS59203368A JP58077510A JP7751083A JPS59203368A JP S59203368 A JPS59203368 A JP S59203368A JP 58077510 A JP58077510 A JP 58077510A JP 7751083 A JP7751083 A JP 7751083A JP S59203368 A JPS59203368 A JP S59203368A
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Japan
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battery
polymer compound
electrolyte
acetylene
doping
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Riichi Shishikura
利一 獅々倉
Hiroshi Konuma
博 小沼
Hidenori Nakamura
英則 中村
Masao Kobayashi
小林 征男
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Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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    • 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

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】 本発明は主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物また
は該高分子化合物にドーパントをドープして得られる電
導性高分子化合物を少なくとも一つの電極に用いた電池
において、電解液の有機溶媒として芳香族ニトリル系化
合物を用いることを特徴とする、性能の良好な電池に関
するものである。
遷移金属化合物と有機金属化合物とからなる、いわゆる
チーグラー・ナツタ触媒を用いてアセチレンを重合して
得られるアセチレン高重合体は、その電気伝導度が半導
体領域にあることより、電気・電子素子として有用な有
機半導体材料であることはすでに知られている。また、
アセチレン高重合体の実用的成形品を製造する方法とし
ては(イ)粉末状アセチレン高重合体を加圧成形する方
法、および (ロ)特殊な重合条件下で重合と同時に膜状に成形して
、繊維状微結晶(フィブリル)構造を有し、かつ機械的
強度の大きい膜状アセチレン高重合体を得る方法(特公
昭48−32581号〕、 が知られていた。
上記(イ)の方法で得られる粉末状アセチレン高重合体
成形品をBF3、BCl3、HCl1C12、SO2、
NO2、HCN、0□、NO@の電子受容性化合物(ア
クセプター)で化学的に処理すると電気伝導度が1’a
 高3 桁上界し、逆にアンモニアやメチルアミンのよ
うな電子供与性化合物(ドナー〕で処理すると電気伝導
度が最高4桁低下することもすでに知られているC D
、J、、 Berets et al、、 Trans
 0Farady Soc、、 64,823(196
8]。
また、仲)の方法で得られる膜状アセチレン高重合体に
、■2、C7?2、Br2、ICJ、IBr、AsF5
.5bF1、PF6等の如き電子受容性化合物またはN
aK、Li  の如き電子供与性化合物を化学的にドー
プすることによってアセチレン高重合体の電気伝導度を
10−8〜1o−3rY’・on−’  の広い範囲に
わたって自由にコントロールできることもすでに知られ
ている[ J−C,S、 Chem、 Commu、、
 578 (1977)、Phys、 Rev、 Le
tt、、 39 、1098(1977)、J、 Am
、 CI〕em、 Soc、、 100.1013(1
978) 、 J、Chem、Phys、、 69 ’
、 5098(1978)  〕。このドープされた膜
状アセチレン高重合体を一次電池の正極の材料として使
用するという考えもすでに提案されている(Mo l 
e c u −1ar Metals、 NATOCo
nference 5eries。
5eaies Vl、471−489(1978)  
)。
一方、前記の化学的にドーピングする手法以外に、電気
化学的にct:a、l pp、−AsF6−1ASF4
−、CF35o3−1BF4−等の如きアニオンおよび
R′、N+(R’:アルキル基〕の如きカチオンをアセ
チレン高重合体にドープしてP型およびn型の電導性ア
セチレン高重合体を製造する方法もすでに開発されてい
る〔J。
C0S、 Chem、Commu、、  1979 5
94−、  C&EN Jan、26 、39 (19
81) 、 J、C0S、Chem。
Commu、、1981.317:]。 そして、(ロ
)の方法で得られる膜状アセチレン高重合体を用いて電
気化学的ドーピングを利用した再充電可能な電池が報告
されている( Paper Presented at
 theInternationnal Confer
ence on Low Dim−ensional 
5ynthetic Metals、 Hersing
er。
Denmark、  10−15 、 August 
1980 )。この電池は(ロ)の方法で得られる例え
ば、Q、 l j1m+の厚さのアセチレン高重合体フ
ィルム二枚をそれぞれ正・負の電極とし、ヨウ化リチウ
ムを含むテトラハイドロ7ラン溶液にこれを浸して9■
の直流電源につなぐとヨウ化リチウムが電気分解され、
正極のアセチレン高重合体フィルムはヨウ素でドープさ
れ、負極のアセチレン高重合体フィルムはリチウムでド
ープされる。この電解ドーピングが充電過程に相当する
ことになる。ドープされた二つの電@に負荷をつなげば
リチウムイオンとヨウ素イオンが反応して電力が取り出
せる。この場合、開放端電圧(■oc)は2.8V、短
絡電流密度は5mA/cm2であり、電解液に過塩素酸
リチウムのテトラハイドロ7ラン溶液を使用した場合、
開放端電圧は25v1短絡電流密度は約3mA/Cm2
であった。
この電池は、電極として軽量化および小型化が容易なア
セチレン高重合体をその電極材料として用いているので
、高エネルギー密度を有する軽量化、小型化が容易でか
つ安価な電池として注目を集めている。しかしながら、
これ等既知の文献で電解液の有機溶媒として用いられて
いるグロピレンカーボネートやテトラヒドロフランは、
その安定電位範囲が比較的狭いため、電池の充電や放電
時に分解や重合を起して電池のエネルギー密度、充・放
電効率、放電時の電圧平担性及び充・放電サイクル数を
低下させ、また、電池の自己放電率を高めるという欠点
を有しており、当該業者の間ではより安定電位範囲の広
い有機溶媒を用いた軽量化、小型化が容易でかつ安価な
電池の確立が要望されていた。
本発明者らは、上記の点に鑑みて、高エネルギー密度を
有し、充・放電効率が高く、サイクル寿命が長く、電圧
の平担性が良好で、自己放電率が小さく、軽量化、小型
化が容易で、かつ安価な電池を得るべく種々検討した結
果、本発明を完成したものである。
ffjJち、本発明は、主鎖に共役二重結合を有する高
分子化合物、甘たは該高分子化合物にドーパントをトー
プして得られる電導性高分子化合物を少なくとも一つの
電極に用いた電池において、電解液の有機溶媒として下
記の一般式で表わされる芳香族ニトリル系化合物を用い
たことを特徴とする電池に関するものである。
〔式中、R1は−(CH2)x −CN、  0  (
CH2)y−CNまたは、 が5以下のアルキル基、x、yおよび2は0または5以
下の正の整数)、R2は炭素数が5以下のアルキル基ま
たはアルコキシ基、mは3以下の正の整数、nはOまた
は3以下の正の整数である。〕本発明の芳香族二) I
Jル系化合物を電解液の有機溶媒として用いた電池は、
従来公知のプロピレンカーボネートやテトラヒドロフラ
ンを用いた電池と比較して一次電池の場合は、(1)放
電容量が大きい、(11)電圧の平担性が良好である、
011)自己放電が少ない、という利点を有し、一方、
二次電池の場合には、(1)エネルギー密度が大きい、
(11)電圧の平担性が良好である、011)自己放電
が少ない、IV)繰り返しの寿命が長い、という利点を
有する。
本発明で用いられる主鎖に共役二重結合を有する高分子
化合物の具体例としては、アセチレン高重合体〔ポリア
セチレン〕、ポリパラフェニレン、ポリメタフェニレン
、ポリ(2,5−チェニレン〕、ポリピロール、ポリイ
ミド、ポリフェニルアセチレン、ポリアクリルニトリル
の熱分解物等ヲあげることができるが必ずしもこれ等に
限定されるものではなく、主鎖に共役二重結合を有する
高分子化合物であればよい。上記の高分子化合物のうち
でも好ましいものとしては、アセチレン高重合体、ホリ
ノぐラフエニレン、ポリ(2,5−チェニレン)、ポリ
ピロールをあげることができ、特に好ましいものとして
はアセチレン高重合体をあげることができる。
本発明で好ましく用いられるアセチレン高重合体の製造
方法は特に制限はなく、いずれの方法でも用いられるが
、その具体例としては特公昭48−32581号、特公
昭−56−45365号、特開昭55−129404号
、同55−1284.19号、同55−142012号
、同56−10428号、同5G−133133号、T
rans、Farady、Soc、。
611、823 (1968) 、J、 Polyme
r Sci、、 A−1,ユ、 3419’(1969
)、  Makrcmol、Chem、、 Rapid
 Commu、、 1,621(1980)、J。
Chem、Phys、、69(1)、106(1978
)。
5ynthetic Metals、 4.81 (1
981)等の方法をあげることができる。
本発明においては、主鎖に共役二重結合を有する高分子
化合物にグラファイト、カーボンブラック、アセチレン
ブラック、金属粉および炭素繊維等のごとき導電材料を
混合してもよく、また集電体として金属網等を入れるこ
とも一向に差し支えない。
本発明では主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物ば
かりでなく該高分子化合物にドーパントをドープして得
られる電導性高分子化合物も電極として用いることがで
き、特に本発明の電池を一次電池として使用する場合に
は電導性高分子化合物を用いることが必要である。
主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物(以下、共役
高分子化合物と略称する)へのドーパントのドーピング
方法は、化学的ドーピングおよび電気化学的ドーピング
のいずれの方法を採用してもよい。
本発明において前記共役高分子化合物に化学的にドーピ
ングするドーパントとしては、従来知られている種々の
電子受容性化合物および電子供与性化合物、即ち、(1
)ヨウ素、臭素およびヨウ化臭素の如きハロゲン、(I
I)五フッ化ヒ素、五フッ化アンチモン、四フッ化ケイ
素、五塩化リン、五フ・フ化リン、塩化アルミニウム、
臭化アルミニウムおよびフッ化アルミニウムの如き金属
ハロゲン化物、(Ill)硫酸、硝酸、フルオロ硫酸、
トリフルオロメタン硫酸およびクロロ硫酸の如きプロト
ン酸、([V)三酸化イオウ、二酸化窒素、ジフルオロ
スルホニルパーオキシドの如き酸化剤、へ’lAgcJ
O*、Q’Dテトラシアノエチレン、テトラシアノキメ
ジメタン、フロラニール、2,3−ジクロル−5,6−
ジシアツパラベンゾキノン、2,3−ジブロム−5゜6
−ジシアツパラベンゾキノン等をあげることができる。
一方、共役高分子化合物に電気化学的にドーピングする
ドーパントとしては、(i l P R6−8b R6
−1A s R6−1sbcz6−の如きVa族の元素
のハロゲン化物アニオン、BF、の如きla族の元素の
ハロゲン化物アニオン、■−(R3−)、Br−1cz
−の如きハロゲンアニオン、ClO4の如き過塩素酸ア
ニオンなどの陰イオン・ドーパント(いずれもP型電導
性共役高分子化合物を与えるドーパントとして有効)お
よび(fり L i+、Na” 、Kjの如きアルカリ
金属イオン、R,N+(R:炭素数1〜20の炭化水素
基)の如き4級アンモニウムイオンなどの陽イオン・ド
ーパント(いずれもn型電導性共役高分子化合物を与え
るドーパントとして有効〕等をあげることができるが、
必ずしもこれ等に限定されるものではない。
上述の陰イオン・ドーパントおよび陽イオン・ドーパン
トを与える化合物の具体例としては 、Li PF6 
、Li SbF6、LiAsF6、LiCJO4、Na
I、NaPF6 、NaSbF6 、NaAsF、 、
NaCJO,、KI 、KPF6 、KSbF6 、K
AsF6 、KC/’04、 [(n−Bu)4 )’
−・(AsF6 )−1[(n−Bu)4〕” (PF
a)−1C(n−Bu)、N)  ・ Cj?OいLi
AJ?CJ?4、LiBF、  をあげることができる
が必ずしもこれ等に限定されるものではない。これらの
ドーパントは一種類、または二種類以上を混合して使用
してもよい。
前記以外の陰イオン・ドーパントとしてtrzHF;ア
ニオンであり、また、前記以外の陽イオン・ドーパント
としては次式(I)で表わされるビリリウムまたはピリ
ジニウム・カチオン: (式中、Xは酸素原子または窒素原子、R′は水素原子
または炭素数が1〜15のアルキル基、炭素WI 6〜
15のアリール(aryl )基、R//は ノ10ゲ
ン原子または炭素数が1〜10のアルキル基、炭素数が
6〜15のアリール(aryl )基、mはXが酸素原
子のときOであり、Xが窒素原子のとき1である。nは
0または1〜5である。〕または次式(II)もしくは
(Ill)で表わされるカルボニウム・カチオン: および R’ −C、(lit ) 1 〔上式中、R1、R2、R3は水素原子(R’、R2、
R3は同時に水素原子であることはない〕、炭素数1〜
15のアルキル基、アリル(allyl)  基、炭素
数6〜15のアリール(aryl)基または−OR’基
、但しR5は 炭素数が1〜10のアルキル基または炭
素数6〜15のアリール(aryl)基を示し、R4は
水素原子、炭素数が1〜15のアルキル基、炭素数6〜
15のアリール基である。〕 である。 上述のHF2−アニオンならびに式(1)で
表わされるピリリウム・カチオンもしくはピリジニウム
・カチオンおよび式(Illもしくは(ll[)で表わ
されるカルボニウム・力4オンは、共役高分子化合物に
多量にドープすることができ、従って、得られる電池は
放電容量が大きく高エネルギー密度のものとなる。
用いらnるHF】アニオンは通常、下記の一般式%式%
: R’、、N  −HF2(IV) M−HF               (V)R″ 〔但し、上式中R′、R“は水素原子または炭素数が1
〜15のアルキル基、炭素数6〜15のアリール(ar
yl )基、R“′は炭素数が 1〜1oのアルキル基
、炭素数6〜15のアリール(aryl)基、Xは酸素
原子または窒素原子、nは0または5以下の正の整数で
ある。MHアルカリ金属である〕で表わされる化合物(
フッ化水素塩)を支持電解質として用いて適当な有機溶
媒に溶解することによって得られる。上式側、(9)お
よび卸で表わされる化合物の具体例としてはH4,H−
HF2、B u4N リHF2、Na−HF2、K’H
F2 、Li ・HF2および上記式(1)で表わされ
るピリリウムもしくはピリジニウムカチオンは式(1)
で表わされるカチオンとCt!07、BF、T、A z
 c t::、FeC1,−1SnC1入PF6−1P
CJ’6 、SbF、−、AsF6−1CF3SO3、
HF7等のアニオンとの塩を支持電解質として用いて適
当な有機溶媒に溶解することによって得られる。そのよ
うな塩の具体例としては 等をあげることができる。
」−記式(II)または(I)で表わされるカルボニウ
ム・カチオンの具体例としては(C6H,)3C’l’
  (CH3)、C+これ嵌らのカルボニウムカチオン
は、それらと陰イオンの塩(カルボニウム塩)を支持電
解質として適当な有機溶媒に溶解することによって得ら
れる。ここで用いられる陰イオンの代表例としては、B
 F4−1AIC147、AlBr3C1−、FeCl
4−1S n C13−、PF、−1pcz、7.5b
cz6−1S b F6−1cto47、cF3so3
−等をあげることができ、また、カルボニウム塩の具体
例としては、例えば(C6H5)3C=BF、、(CH
3) s C”BF、、HCO−Aj? C4、HCO
−B F、i、C6H5CO−8nCl3 等をあげる
ことができる。
共役高分子化合物にドープされるドーパントの量は、共
役高分子化合物の繰り返し単位1モルに対して2〜40
モル%であり、好ましくは4〜30モル%、特に好まし
くは5〜20モル%である。ドープしたドーパントの量
が2モルチ以下でも40モル係以上でも放電容量の充分
大きい電池を得ることはできない。
共役高分子化合物の電気伝導度はドーピング前において
、10〜1o Ω・cm  であり、ドーパントをドー
プして得られる電導性共役高分子化合物の電気伝導度は
約10〜1o Ω・σ の範囲である。一般に、ド−プ
して得られる電導性共役高分子化合物の電気伝導度は、
−次電池の電極として用いる場合約1o Ω・crn−
1より大であることが好ましく、また、二次電池の電極
として用いる場合約10−10〜約10−’ H’−c
m−’テアラフ モ、マタ、約10 Ω・m−より大で
あってもよい。
ドープ量は電解の際に流れた電気量を測定することによ
って自由に制御することができる。一定電流下でも一定
電圧下でもまた電流および電圧の変化する条件下のいず
れの方法でドーピングを行なってもよい。1・−ピング
の際の電流値、電圧値およびドーピング時間等は、用い
る共役高分子化合物の種類、嵩さ密度、面積、ドーパン
トの種類、電解液の種類、要求される電気伝導度によっ
て異なるので一概に規定することはできない。
本発明で用いられる電池の電解液の有機溶媒は、下記の
一般式で表わされる芳香族ニトリル系化合物である。
〔式中、R1は−(CH2)x −CN、 −0−(C
H2)yR3は炭素数が5以下のアルキル基、X + 
7およびZは0または5以下の正の整@)、R2ハ炭素
数が5以下のアルキル基またはアルコキシ基、mは3以
下の正の整数、nは0または3以下の正の整数である。
〕 本発明において用いられる芳香族二) IJル系化合物
の具体例としては、ベンゾニトリル、フタロジニトリル
L+、o−)ルニトリル、p−トルニトリル、m−)ル
ニトリル、p−メトキシフェニルアセトニトリル リル、m−メトキシフェニルアセトニトリル、3、4−
ジメトキシベンゾアセトニトリル、N−(2−シアノエ
チル)−N−メチルアニリン、N−エチル−N−(2−
シアノエチル〕アニリン、N−エチル−N−(2−シア
ノエチル)−m−)ルイジン、N − n−ブチル−N
−(2−シアノエチル)アニリン、3−フェノキシプロ
ピオニトリル等をあげることができるが、これらに限定
されるものでないことは云うまでもない。これらのうち
でも好ましい芳香族二) IJル系化合物の具体例とし
てはベンゾニトリル、フタロジニトリル、0−、m−、
p−)ルニトリルおよび。−、m−、p−メトキシフェ
ニルアセトニトリルを、!に好tしい具体例としてはベ
ンゾニトリルをあげることができる。
これらの芳香族二) l)ル糸化合物は単独でも二種以
上の混合溶媒として用いても一向に差し支えない。また
芳香族二) IJル糸化合物は、他の非プロトン性有機
溶媒との混合溶媒としても使用することができる。この
際の非プロトン性有機溶媒の混合割合は、芳香族二) 
IJル系化合物の重量に対して等重量未満であることが
好ましい。
本発明で用いられる他の非プロトン性有機溶媒としては
、例えばエーテル類、ケトン類、脂肪族ニトリル類、ア
ミン類、アミド類、硫黄化合物、塩素化炭化水素類、エ
ステル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エス
テル系化合物、スルホラン系化合物等を用いることがで
きるが、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、ニト
リル類、塩素化炭「ヒ水素類、カーボネート類、スルホ
ラン系化合物が好ましい。これらの代表例としては、テ
トラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1
.4−ジオキサン、アニソーノペモノグリム、アセトニ
トリル、プロピオニトリノペ 4−メチル−2−ペンタ
ノン、ブチロニトリル、1。
2−ジクロロエタン、γーブチロラクトン、ジメトキシ
エタン、メチルフォルメイト、プロピレンカーボネート
、エチレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルスルホキシド、ジメチルチオホルムアミド、スルホ
ラン、3−メチル−スルホラン、リン酸トリメチノペ 
リン酸トリエチル、等をあげることができるが、必ずし
もこれ等に限定されるものではない。
共役高分子化合物または該高分子化合物にドーパントを
トープして得られる電導性共役高分子化合物を電池の電
極の少なくともーっとして用いる場合、電池の電解液の
支持電解質は前記の電気化学的ドーピングの際に用いた
ものと同様のものが用いられ、ドーピング条件も前記方
法に準じて行なうことができる。
本発明の電池において用いられる電解質の濃度は用いる
正極または負極の種類、充・放電条件、作動温度、電解
質の種類および有機溶媒の種類等によって異なるので一
部に規定することはできない力瓢通常は0.001〜1
0モル/eの範囲である。
本発明において、共役高分子化合物または該共役高分子
化合物にドーパントをドープして得られる電導性共役高
分子化合物は、電池の(1)正極もしくは(11)負極
または011)正・負両極の活性物質として用いること
ができる。
本発明の電解液の有機溶媒に芳香族ニトリル系化合物を
用いる電池としては、二次電池として用いることが最も
好ましく、例えば共役高分子化合物としてアセチレン高
重合体を用いた二次電池の場合、(1)の例として、ア
セチレン高重合体をCCH)xとすると、(CH)x(
正極) / L i Cl04(電解質〕/Li (負
極)、C(CHj’ ”(ClO4)o、o6〕x(正
極) / Li CIO,(電解質)/Li(負極)、
(11)の例としては、グラファイト(正極)/ (n
−Bu4N)・(C7?04)”(電解質) / (C
H)x  (負極)、011)の例としては[(CH)
→−0・024(Cj?O,)o、o2.’l]x(正
極)/(n−Bu4N)’ (C704)−(電解質)
 / C(n−Bu4N)冑、。、 (CH)−” 0
24〕X (負極〕、[(CH)′。”6(PF6)o
、oa)x  (正極) / (n−Bu4.N) ・
(PF6)−(電解質) / C(n−13u4.N)
o、o6(CH〕  〕X (負極)、C(CH)  
 (Cj?04);、oso)X (正極)/(n−B
u4N)+・(czoJ−(電解質)/[(CH)  
 ccz04 )否、o2o :) X (負極’ C
(n−Bu4N)o、o2(CH)lx (正極) /
 (n−Bu、N)+・(Cl04)−(電解質)/ 
C(n−Bu、N)o、a7(CH)  ]lx負極〕
、〔(CH)+o−o+o (I3 )T)、010 
〕x (正極)/Na1(’a電解質/ 〔(CH) 
’  (Na)o、otolx (負極)等をあげるこ
とができる。
ポリパラフェニレンの場合には前記の(CH)xの代り
に(C6HJxを、ポリ(2,5−チェニレン)の場合
には(CH)xの代りに(C,H□S)x  を、ポリ
ピロールの場合には(C4Hz N )xとして前記と
同じ型の二次電池として用いられる。
また、本発明では正、負極にそれぞれ異なった共役高分
子化合物を用いることもでき、その具体例としては(C
H)x/ L ICj’ 04 / (C6H4)x 
1(C)()X/LiC/’04/(C41(2S)X
l(C,5H4)X/LiCj?04/ (C4,H2
S )x等をあげることができる。
本発明の効果を最大限に発揮できる電池のタイプとして
はCJll)の正・負両極の活物質に共役°高分子化合
物または電導性共役高分子化合物を用いたものをあげる
ことができる。
また、−次電池の例としては、電導性共役高分子化合物
を正極活物質として用い、ポーリンク゛の電気陰性度が
1.6を越えない金属を負極活物質として用いたものを
あげることができる。負極活物質として用いられる金属
としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、ア
ルミニウム、マク゛ネシウム等をあげることができる。
中でもリチウムおよびアルミニウムが好ましい。これら
の金属は一般のリチウム電池のそれと同様にシート状と
して用いてもよいし、またはそのシートを二・ンケルま
たはステンレスの網に圧着したものでもよい。
本発明において必要ならばポリエチレン、ポ1ノプロピ
レンのごとき合成樹脂製の多孔質膜や天然繊維紙を隔膜
として用いても一部に差し支えない。
また、本発明において用いられる共役高分子化合物の一
部は、酸素によって徐々に酸化反応をうけ、電池の性能
が低下するので、電池は密閉式にして実質的に無酸素の
状態であることが必要である。
本発明の電解液の有機溶媒に芳香族二) リ/l/系化
合物を用いた共役高分子化合物!iたは該高分子化合物
にドーパントをドープして得られる電導性共役高分子化
合物を少なくとも一つの電極として用いた電池は、高エ
ネルギー密度を有し、充・放電効率が高く、サイクル寿
命が長く、自己放電率が小さく、放電時の電圧、の平担
性が良好である。
また、本発明の電池は、軽量、小型で、かつ高いエネル
ギー密度を有するからポータプル機器、電気自動車、ガ
ソリン自動車および電力貯蔵用バッテリーとして最適で
ある。
以下に、実施例および比較例をあげて本発明をさらに詳
細に説明する。
実施例 1 〔膜状アセチレン高重合体の製造〕 窒素雰囲気下で内容積5ooyのガラス製反応容器に1
7℃乙のチタニウムテトラブトキザイドを加え、30m
7!のアニソールに溶がし、次いで27℃乙のトリエチ
ルアルミニウムを攪拌しながら加えて触媒溶液を調製し
た。
この反応容器を液体窒素で冷却して、系中の窒素ガスを
真空ポンプで排気した。次いで、この反応容器を一78
℃に冷却し、触媒溶液を静止したままで、1気圧の圧力
の精製アセチレンガスを吹き込んだ。
直ち(C1触媒溶液表面で重合が起り、膜状のアセチレ
ン高重合体が生成した。アセチレン導入後、30分で反
応容器系内のアセチレンガスを排気して重合を停止した
。窒素雰囲気下で触媒溶液を注射器で除去した後、−7
8℃に保ったまま精製トルエン100 m、6で5回繰
り返し洗浄した。トルエンで膨潤した膜状アセチレン高
重合体は、フィブリルが密に絡み合った均一な膜状膨潤
物であった。
次いでこの膨潤物を真空乾燥して金属光沢を有する赤紫
色の厚さ100μmで、シス含量98係の膜状アセチレ
ン高重合体を得た。また、この膜状アセチレン高重合体
の嵩さ密度は0.30.97ccであり、その電気伝導
度(直流四端子法)は20℃で3.2X10  Ω・錦
 であった。
〔電池実験〕
前記の方法で得られた膜厚が100μmで嵩さ密度が0
.30 g /ccの膜状アセチレン高重合体より、幅
が0.5 crnで長さが20口の小片2枚を切り出し
、2枚を別々の白金線に機械的に圧着して固定してそれ
ぞれ正極および負極とした。(Bu、N)+(PF6)
−濃度が05モル、lのベンゾニトリル溶液を電解液と
して用い、一定電流下(1omIVcm2〕で30分間
充電を行ない 〔ドーピング量 8モル係に相当する電
気量〕、充電終了後、直ちに一定電流(1,OmA /
Cm2)  で放電を行ない電圧が1vになったところ
で再度前記と同じ条件で充電を行なうという充・放電の
繰り返し試験を250回行なったところ、25050回
目電時の電圧特性は初期2〜3回目のものとほとんど同
じであった。
使用した活物質I KS’に対するエネルギー密度は1
52w−hr/Kgであり、充0放電効率は95チであ
った。また放電時に電圧が1.0■に低下するまでに放
電された電気量の全放電電気Nに対する割合は92%で
あった。
また、充電した状態で48時間放置したところその自己
放電率は5%であった。さらに、充・放電効率が50%
に低下するまでの繰り返し回数は308回を記録した。
比軟例 1 〔電池実験〕 実施例1において、電解液の有機溶媒として用いたベン
ゾニトリルの代りにテトラハイドロフランを用いた以外
は実施例1と全く同じ方法で充・放電の繰り返し実験を
行なったところ、繰り返し回数が41回目で充電が不可
能となった。実験後、膜状アセチレン高重合体を取り出
してみると膜は破壊されており、その一部を元素分析、
赤外分光法により解析したところ大幅な劣化を受けてい
た。
また、電解液は褐色に着色していた。
また、活物質I Kgに対するエネルギー密度は133
 w=h r/に4f  で、充・放電効率は83%で
あった。さらに、放電時に電圧が1.0■に低下するま
でに放電された電気量の全放電電気量に対する割合は6
6q6であった。また、充電した状態で48時間放置し
たところその自己放電率は28チであった。さらに充・
放電効率が50係に低下するまでの繰返し回数は91回
であった。
実施例 2 窒素ガスで完全に置換した17?のガラス製反応器に、
ステンレス・スチールの100メツシユの網を入れ、次
いで重合溶媒と”して常法に従って精製したトルエン1
00mA、触媒としてテトラブトキシチタニウム441
ミリモルおよびトリエチルアルミニウム11.01ミリ
モルを順次に室温で仕込んで触媒溶液を調製した。触媒
溶液は均一溶液であった。次いで、反応器を液体窒素で
冷却して系中の窒素ガスを真空ポンプで排気した。−7
8℃に反応器を冷却し、触媒溶液を静置した状態で1気
圧の圧力の精製アセチレンガスを吹き込んだ。
アセチレンガスの圧力を1気圧に保ったままで10時間
重合反応をそのまま継続した。系は赤紫色を呈した寒天
状であった。重合終了後、未反応のアセチレンガスを除
去し、糸の温度を一78℃に保ったまま200mJの精
製トルエンで4回繰り返し洗浄し、トルエンで膨潤した
膜厚が約05cmのステンレスOスチールの網を含むシ
ー) 状JFlアセチレン高重合体を得た。この膨潤ア
セチレン高重合体は、300〜500Aの径の繊維状微
結晶(フィブリル)が規則的に絡み合った膨潤物であり
、粉末状や塊状のポリマーは生成していなかった。
このステンレス働スチールの網を含むシート状膨潤アセ
チレン高重合体をクロムメッキしたフェロ板にはさみ、
室温で100Kp/cm2の圧力で予備プレスし、次い
で15ton/cm2の圧力で高圧プレスして赤褐色の
金属光沢を持った均一で可撓性のある膜厚280μmの
複合体を得た。この複合体を5時間室温で真空乾燥した
。この複合体は43重量係のステンレス・スチールの網
を含有していた。
〔電池実験〕
前記の方法で得られた複合体から直径20fIIjII
の円板2枚を切りぬき正極活物質、負極活物質として電
池を構成した。
第1図は本発明の一具体例である二次電池の特性測定用
電池セルの断面概略図であり1は負極用膜、4は直径2
0瓢の円形のカーボン繊維よりなるフェルト、5は正極
、6は円形の断面を有するテフロン製容器、7は正極用
白金リード線を示す。
前記正極を容器6の下部の四部に入れ、更にフェルト4
を容器6の四部に入れて正極と重ね、電解液を含浸させ
た後、隔膜3を介して負極2を載置し、容器6を締めつ
けて電池を作製した。電解液としては蒸溜脱水ベンゾニ
トリルに溶解したBu4NOBF4の1モル/l溶液を
用いた。
このようにして作製した電池を用いて、アルゴン雰囲気
中で一定電流下(1,OmA/crn2)  で3時間
充電を行ない(ドーピング量6モル%に相当する電気M
)、充電終了後、直ちに一定電流(1,0mA/cm2
)  で放電を行ない電圧が1vになったところで再度
前記と同じ条件で充電を行なう充・放電の繰り返し試験
を行なったところ、充・放電電流効率が50%に低下す
るまでに充・放電の繰り返し回数は520回を記録した
この繰り返し実験での繰り返し回数5回目の放電時間と
電圧の関係は第2図の曲線(a)のようになった。
また繰返し回数5回目のエネルギー密度は、157 w
−hr/ Ki?で充放電効率は990%であった。
比較例 2 実施例2の電池の電解液の有機溶媒として用いたベンゾ
ニトリルの代りにプロピレンカーボネートを用いた以外
は実施例2と全く同様の方′法で電池の充放電の繰り返
し実験を行なった。繰り返し回数5回目の放電時間と電
圧の関係は第2図の曲線(b)のようになり充・放電電
流効率が50チに低下するまでの充・放電の繰返し回数
は108回であった。
また繰返し回数5回目のエネルギー密度は、141w 
=h r /に9で充・放電効率は92.0%であった
実施例 3 Bull、 Chem、Soc、’ Japan、、 
51 、 2091(1978)  に記載されている
方法で製造したポリ(パラフェニレン)を1ton/口
2の圧力で0.5m×20cmの幅に成形したものを正
極及び負極とした以外は実施例1と全く同じ方法で〔電
池実験〕を行なった結果、充・放電の繰り返し試験19
9回まで第1回目の放電時の電圧特性とほとんど同じで
あった。この電池のエネルギー密度は147W−hr/
に9であり、充・放電効率は82%であった。また、載
置したままで48時間放電したところその自己放電率は
。8%であった。
比較例 3 実施例3で電池の電解液の溶媒として用いたペンツニト
リルの代わりにプロピレンカーボネートを用いた以外は
実施例3と全く同じ方法で〔電池実験〕を行なった。そ
の結果光・放電の繰り返しは60回目でストップした。
また、この電池のエネルギー密度は125 ’w−h 
r7””で、充・放電効率は67%であった。さらに、
充電したままで48時間放置したところその自己放電率
は33%であった。
実施例 4 J−Polym、 Sci、、 Polym、Lett
、Bd、 18 。
9(1980)  に記載されている方法で製造したポ
リ(2,5−チェニレン〕を1ton/cm2の圧力で
0.5 cm X 2. Ocmの幅に成形したものを
正極及び負極とした以外は実施例1と全く同じ方法で〔
電池実験〕を行なった結果、充・放電の繰り返し試験2
11回まで第1回目の放電時の電圧特性とほとんど同じ
であった。この電池のエネルギー密度は126 W −
hr/Kyであり、充・放電効率は76飴であった。ま
た、充電したままで48時間放置したところその自己放
電率は11係であった。
比較例 4 実施例4で電池の電解液の溶媒として用いたベンゾニト
リルの代わりにプロピレンカーボネートを用いた以外は
実施例4と全く同じ方法で〔電池実験〕を行なった。そ
の結果光・放電の繰り返しは53回目でストップした。
また、この電池のエネルギー密度は95w=hr/に?
  で、充・放電効率は52%であった。さら(、充電
したままで48時間放置したところその自己放電率は2
9%であった。
実施例 5〜9 実施例1の〔電池実験〕で電解液の溶媒として用いたベ
ンゾニトリルの代わりに表に示す芳香族ニトリル系化合
物を用いた以外は実施例1と全く同様の方法で電池実験
を行ない、表に示す結果を得た。
注) * 重量部 1)充・放電効率が50%に低下するまでの繰り返し回
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一具体例である二次電池の特性測定用
電池セルの断面概略図、第2図は本発明の実施例2およ
び比較例2′VLおける電池の放電時間と電圧の関係を
示した図である。 1・・・・・・負極用白金リート線 2・・・・−・負極 3・・・・・・隔膜 4 ・・・・・・フ エル ト 5・・・・・・正極 6・・・・・・テフロン製容器 7・・・・・・正極用白金リード線。 特許出願人  昭り電工株式会社 株式会社日立製作所 代理人 弁理士菊地精−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物または該高分
    子化合物にドーパントをトープして得られる電導性高分
    子化合物を少くとも一つの電極に用いた電池において、
    電解液の有機溶媒として下記の一般式で表わされる芳香
    族ニトリル系化合物を用いたことを特徴とする電池。 (R2)n 〔式中、R,は−(CH2)X ’ CN、 −0(C
    H2)y−炭素数が5以下のアルキル基、x、yおよび
    2はOまたは5以下の正の整数)、R2は炭素数が5以
    下のアルキル基またはアルコキシ基、mは3以下の正の
    整数、nはOまたは3以下の正の整数である。〕
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