JPS5949155A - Primary battery having polythiadil cathode and alkaline metal anode - Google Patents

Primary battery having polythiadil cathode and alkaline metal anode

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JPS5949155A
JPS5949155A JP14908783A JP14908783A JPS5949155A JP S5949155 A JPS5949155 A JP S5949155A JP 14908783 A JP14908783 A JP 14908783A JP 14908783 A JP14908783 A JP 14908783A JP S5949155 A JPS5949155 A JP S5949155A
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JP
Japan
Prior art keywords
lithium
primary battery
cathode
polythiazyl
battery according
Prior art date
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Pending
Application number
JP14908783A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロ−レンス・ウエイン・シヤツクレツト
レイ・ヘンリ−・ボ−マン
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Allied Corp
Original Assignee
Allied Chemical Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/12

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  • Primary 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 硫黄窒化物ポリマーまたはポリ(硫黄窒化物)あるいは
(SN)xとしても知られているポリチアジルは、かな
り高い導電性(すなわちドーパントの不存下での導電性
)をもともとそなえた公知の無機、f IJママ−料で
ある。その導電性を改良する種々の方法(たとえばハロ
ゲンへの暴露)が知られている。K、Kanetoによ
る”5olid 、5tat、eGommuni ca
 tions” 、第40巻、第889頁(1981)
には、ポリチアジルが分解することなくナトリウム金属
と共に錯体となりつることが示されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Polythiazyl, also known as sulfur nitride polymer or poly(sulfur nitride) or (SN) It is a known inorganic f IJ mother material. Various methods are known to improve its conductivity (eg, exposure to halogens). “5olid, 5tat, eGommuni ca” by K. Kaneto
tions”, vol. 40, p. 889 (1981)
showed that polythiazyl can form a complex with sodium metal without decomposition.

R、J 、 Novak等は1982年5月10日カナ
ダのモン) IJオールで開かれた電気化学学会での談
話で、ポリチアジルはテトラアルキルアンモニウム塩を
含有1−る溶液中で還元分解しうろことを指摘した。
R. J. Novak et al., in a talk at the Electrochemistry Society meeting held on May 10, 1982 at IJ All, Canada, stated that polythiazyl is a scale that reductively decomposes in a solution containing a tetraalkylammonium salt. pointed out.

同様な観察は”Elcstrocllimica Ac
t、a−第25巻、第435〜4ろ9頁(1980)で
C,Bernard等も行なった。彼らはテトラアルキ
ル−ムまたはアルカリ金属塩のいずれかのアセトニトリ
ル溶液中における陰極電位−この(SN)xの表面分解
を観察しているに一→−ぎなかつプこ。
A similar observation is made by “Elcstrocllimica Ac
C. Bernard et al. t, a-vol. 25, pp. 435-4, 9 (1980). They observed the surface decomposition of (SN)x at cathodic potential in acetonitrile solutions of either tetraalkyl or alkali metal salts.

電池、特に二次電池、に共役t,lこ主鎖乞有するポリ
マーカソードおよびリチウムアノ− F欠イ吏うことが
提案された。特にMHeD1+lrmit1( 1 9
 8 2 )の米国特許第4,621,114号ヶ参照
。こσ)特許ではアセチレンポリマー類につ(・−(主
に述lくて(・るが、他の共役ポリマー類につ(・ても
調べて℃・る(第44,’.58〜63行参照)。、1
? +1チアジルのような共役した主鎖を有1−る無機
re lマー類に関する記載はない。
It has been proposed for batteries, especially secondary batteries, to use a polymer cathode with a conjugated t, l backbone and a lithium ano-F deficient one. Especially MHeD1+lrmit1 (1 9
See U.S. Pat. No. 4,621,114 (82). The patent mainly discusses acetylene polymers (・-(・ru), but also examines other conjugated polymers (・°C・ru (44th, '.58-63). (see line)., 1
? There is no mention of inorganic rel-mers having a conjugated backbone such as +1 thiadyl.

高エネルギーおよび高電力密度の一次電池を、ポリチア
ジルまたはノ・ロゲン化yl”4リチアジルカソードお
よびリチウム、ナトリウムまたは合金アノードな使って
つくることができることを見出した。
It has been discovered that high energy and high power density primary cells can be made using polythiazyl or chloride yl''4 lithiazyl cathodes and lithium, sodium or alloy anodes.

従って、本発明は、 (α) ポリチアジルおよびノ・ロゲン処理1−た,f
 +)チアジル類よりなる群から選択した無機++’e
リマーカソ−F; (51  リチウム、リチウム合金類、ナトリウムおよ
びナトリウム合金類よりなる群から選択したアノード;
および (C)極性有機溶媒に溶解したアルカリ金属塩よりなる
電解質; よりなる−次電池に関する。
Therefore, the present invention provides (α) polythiazyl and norogen treatment 1-ta,f
+) Inorganic ++'e selected from the group consisting of thiadyls
Remarker Casso-F; (51 Anode selected from the group consisting of lithium, lithium alloys, sodium and sodium alloys;
and (C) an electrolyte comprising an alkali metal salt dissolved in a polar organic solvent;

本発明の電池は一次電池であり、再充電することができ
ない。−次電池の放電の間に、無機ポリマーカソードは
、以下に詳述するよ5に分解1−る。
The battery of the present invention is a primary battery and cannot be recharged. - During discharge of the cell, the inorganic polymer cathode decomposes 1-5 as detailed below.

本発明のカソードには、ヤリチアジルまたは・・ロゲン
処理したポリチアジルのいずれかの無機ポリマー、材料
がある。ハロゲン処理したポリチアジル類の中で、塩素
および臭素処理した(ドープした)ポリチアジル類が好
ましく、臭素処理したポリチアジルが最も好ましい。こ
のような材料は時には゛・・ロゲン化パまたは゛°臭素
化パとも呼ばれる。
The cathode of the present invention includes an inorganic polymeric material, either yalithiazyl or...logen-treated polythiazyl. Among the halogen-treated polythiazils, chlorine- and bromine-treated (doped) polythiazils are preferred, and bromine-treated polythiazils are most preferred. Such materials are sometimes also referred to as ``rogenated'' or ``brominated'' materials.

臭素でドープするのがより適している。ポリチアジルが
ハロゲン処理されている場合、放電プロ七スには、まず
初めに・・ロゲンが陰極から分離する(たとえば還元ま
たは置換または脱力1fによって)反応そしてポリチア
ジル主鎖が分角T11″る第二の段階が含まれる。無機
ポリマー類の分子量は限定的ではなく、不融性で不溶性
の導電性月別を形成するのに十分な分子量であるのが好
ましい。無機ポリマー材料の製法はG.B.Sl,re
el.等の’ Mol−ecu.J.arMeta.J
−s” 、第501〜326頁で明らかにされているよ
うに周知である。
Doping with bromine is more suitable. If the polythiazyl is halogenated, the discharge process involves first a reaction in which the halogen is separated from the cathode (e.g. by reduction or substitution or decompression 1f) and a second reaction in which the polythiazyl backbone is separated from the cathode by an arc T11''. The molecular weight of the inorganic polymers is not critical, but is preferably a molecular weight sufficient to form an infusible, insoluble conductive layer.Processes for the preparation of inorganic polymeric materials are described by G.B. Sl,re
el. 'Mol-ecu. J. arMeta. J
-s”, pages 501-326.

硫黄対窒素の比が1対1である組成が、電池の内部抵抗
を最低にするという観点から、好ましいが、この比が1
:1である必′皮はない。この内部抵抗が低いといつこ
とは、式(SN)xの1対1組成物が、ポリマーのーX
1(のみに(S=N)単位を含む他の組成物に較べて、
導電1ヒ1“が高くなっていることに帰因する。
A composition in which the ratio of sulfur to nitrogen is 1:1 is preferred from the standpoint of minimizing the internal resistance of the battery;
: There is no necessity for it to be 1. This low internal resistance means that a one-to-one composition of formula (SN)
1 (compared to other compositions containing only (S=N) units,
This is due to the fact that the conductivity is high.

無機月利の物理的形態も限定的ではなく、プ・レストは
レット、単結晶および薄いフィルムを含めた種々の形態
が考えられる。電池をつくる際に、無機材料の他に別の
材料、たとえば結合剤、も存在させうる。適当な別の材
料の一つは炭素粉末である。
The physical form of the inorganic crystal is also not limited, and various forms are possible including pre-ret, single crystal, and thin film. In addition to the inorganic materials, other materials may also be present in making the battery, such as binders. One other suitable material is carbon powder.

本発明の電池のアノードはリチウムまたはリチウム合金
またはナトリウムまたはすトリウム合金である。リチウ
ム/アルミニウムおよびリチウム/ホウ素合金が中でも
好ましい制別であるが、最も好ましいアノード材料はリ
チウム自体である。
The anode of the battery of the invention is lithium or a lithium alloy or a sodium or strium alloy. The most preferred anode material is lithium itself, although lithium/aluminum and lithium/boron alloys are the preferred species.

やはり物理的形態は限定されないが、リチウム箔、プレ
ートまたはロンドが特に適している。
Again, the physical form is not limited, but lithium foils, plates or ronds are particularly suitable.

本発明の電池の電解質は、極性有機溶媒に溶解した無機
アルカリ金属塩よりなる。塩の陽イオン・はアノードに
相応して普通リチウムまたはナトリウムであり、従って
リチウムが好ましい。リチウムまたはナトリウム以外の
アルカリ金属塩を少なくとも初めに存在させることも考
えられる。適当な塩には、陰イオンがハロゲン化物、ハ
ロゲン化物を含む錯体陰イオン(たとえば、テトラフル
オロホウ酸塩、ヘキザフルオロ砒酸塩、ヘギザフルオロ
リン酸塩およびトリフルオロメタンスルホン酸塩)また
は酸素を含む錯体陰イオン(たとえば過塩素酸塩)およ
びホウ化テトラフェニルのような他の錯体陰イオンであ
るものをあげることができる。特に好ましい塩はハロゲ
ン化リチウム、特に塩化リチウムまたは臭化リチウムで
ある。ハロゲン処理したポリチアジルを使用する場合、
電解質中の陰イオンは無機71″:リフ−中のハロゲン
ドーパントに相当し5る。
The electrolyte of the battery of the invention consists of an inorganic alkali metal salt dissolved in a polar organic solvent. The cation of the salt is usually lithium or sodium, depending on the anode, with lithium being preferred. It is also conceivable that an alkali metal salt other than lithium or sodium is present at least initially. Suitable salts include those in which the anion is a halide, a complex anion containing a halide (e.g., tetrafluoroborate, hexafluoroarsenate, hexafluorophosphate and trifluoromethanesulfonate) or a complex anion containing oxygen. Mention may be made of anions such as perchlorate and other complex anions such as tetraphenyl boride. Particularly preferred salts are lithium halides, especially lithium chloride or lithium bromide. When using halogenated polythiazyl,
The anion in the electrolyte corresponds to the halogen dopant in the inorganic 71'':rif.

電解質中に使用する不活性極性有機溶媒は、従来からリ
チウム塩を溶’19Tr Tるのに使用されてきたどの
ようなものでもよい3、好まI7い種類はエステル類(
たとえばプロピレンカーボネート)、脂肪族エーテル類
(たとえばジメトキシエタン)および環状エーテル類(
たとえばテトラヒドロフラン)である。特に好ましい溶
媒はプロ上0レンカーボネートおよびジメトキシエタン
である。これらの溶媒の混合物も使用しつる。塩をポリ
エチレンオキシドに分散させたような固体電解質を使用
することも考えられる。
The inert polar organic solvent used in the electrolyte may be any of those conventionally used to dissolve lithium salts, preferably esters (
(e.g. propylene carbonate), aliphatic ethers (e.g. dimethoxyethane) and cyclic ethers (e.g.
For example, tetrahydrofuran). Particularly preferred solvents are hydrogen carbonate and dimethoxyethane. Mixtures of these solvents may also be used. It is also conceivable to use solid electrolytes such as salts dispersed in polyethylene oxide.

無機ポリマーに対して存在させるリチ?ムの量は、少な
くとも無機ポリマーが還元分解1−ろのに必要な量であ
る。無機yN+)マーがハロゲン処理されたものである
のならば、追加リチウムは脱ハロゲン化および分解を行
なう(電気化学的手段で直接あるいは間接的に)必要が
ある。一般に、無機ポリマーカソードの無機ポリマーの
各−84N4−に対して少なくとも一個のリチウムが必
要であり、そして無機ポリマー中の各ハロゲン原子に対
して少なくとも一個のリチウムが必要とされる。リチウ
ム合金の場合、一般にリチウムのみを数える。
Lithium to be present for inorganic polymers? The amount of the inorganic polymer is at least the amount necessary for reductive decomposition of the inorganic polymer. If the inorganic yN+)mer is halogenated, the additional lithium must be dehalogenated and decomposed (directly or indirectly by electrochemical means). Generally, at least one lithium is required for each -84N4- of the inorganic polymer of the inorganic polymer cathode, and at least one lithium is required for each halogen atom in the inorganic polymer. For lithium alloys, generally only lithium is counted.

この最小値の200〜400チまたはそれ以上の過剰量
が考えられる。
Excesses of 200 to 400 inches or more of this minimum are contemplated.

リチウム塩の濃度および量は限定されないが、一般にカ
ソードおよびアノードの両方を湿らせるのに十分な溶媒
および電解質の導電率を少なくとも約2×103s/C
IrLのレベル[するのに十分な電解質中の塩と限定す
る。カソードとアノードとの間の分離は十分に行なって
(使用するのならば十分なセパレーターを入れる)有意
な自己放電を防止すべきであるA3、長い保存寿命は必
ずしも必要ではないであろう。たとえば、乾電池を使用
直前に電解質溶液で満だ1−ことが考えられる。
The concentration and amount of lithium salt is not limited, but generally provides a conductivity of at least about 2 x 103 s/C of the solvent and electrolyte sufficient to wet both the cathode and anode.
Levels of IrL [limited by enough salt in the electrolyte to A3: Separation between the cathode and anode should be sufficient (including sufficient separators if used) to prevent significant self-discharge; long shelf life may not necessarily be necessary. For example, it is conceivable that a dry cell battery may be filled with an electrolyte solution immediately before use.

次の二つの実施例は本発明?説明書I−るものである。Are the following two examples the invention? This is the instruction manual.

実施例1 不活性雰囲気下、粉末状の゛臭素化“(’5N)X、平
均組成力ゝ(SN Bro、:>35)xσ)化合物(
SN Bro、 25)Xと(SN Bro、4 )X
との混合物で電池を2くった。
Example 1 Under an inert atmosphere, a powdered "brominated"('5N)
SN Bro, 25)X and (SN Bro, 4)X
Two batteries were made with the mixture.

この粉末は5 % Sbawi ngan B、1ac
k (ガルフ オイル ケミカル社のアセチレンブラッ
ク)と混合し、投レットにプレスした。このべ°レット
を、リチウムアノードおよびLiBrで飽和させたプロ
ピレンカーボネート(PC)の電解質を有する′電池内
にカソードとして用いた1、この電池の放電曲線(荷電
対電圧)は二つのプラト〜を示した。′54〜6.2V
の上部のプラトー(臭素化試料の特性であることを後に
示で)は、(SN BrO,335))(47)!ノt
i−量に対し47.5 A417kgの客用を丞した。
This powder contains 5% Sbawingan B, 1ac
(acetylene black from Gulf Oil Chemical Co.) and pressed into pellets. When this pellet was used as a cathode in a cell with a lithium anode and an electrolyte of propylene carbonate (PC) saturated with LiBr, the discharge curve (charge versus voltage) of this cell showed two plateaus. Ta. '54~6.2V
The upper plateau (shown later to be characteristic of brominated samples) is (SN BrO, 335)) (47)! Not
47.5 A 417 kg customer use was increased compared to the i-amount.

27〜2.4■の低部のアラ)−’((SN)X自体の
還元に相当すると思われる)は、(SN)xのみの重量
に対し15.0Ah/kgの容量を示した。固体(SN
)xカッ〜ドは放電の間溶解することが観察された。
The lower Ara)-' (which seems to correspond to the reduction of (SN)X itself) of 27 to 2.4■ showed a capacity of 15.0 Ah/kg based on the weight of (SN)x alone. Solid (SN
) was observed to dissolve during discharge.

実施−例2 カソードとしての(SN)x単結晶の小片、リチウムア
ノードおよびPC中にL j、 B rを加えたものか
らなる電解質で電池をつくった。ただ一つの放電プラト
ーが2.9V〜2.6■に見られた。電池の不完全放電
は(SN)x結晶の重量に対し139 Ah/kgを示
した。(注二四個のSN単位当りの一つの電子の放電は
144 A11/に9であった。)特許出願人  アラ
イド・コーポレーション1゛1 代理人 弁理士 湯 浅 恭 三□ (外4名)
EXAMPLE 2 A cell was made with a small piece of (SN)x single crystal as the cathode, a lithium anode and an electrolyte consisting of Lj, Br in PC. A single discharge plateau was seen between 2.9V and 2.6V. The incomplete discharge of the cell was 139 Ah/kg based on the weight of (SN)x crystal. (Note: The discharge of one electron per 24 SN units was 9 in 144 A11/.) Patent applicant Allied Corporation 1゛1 Agent Patent attorney Kyo Yu Asa 3□ (4 others)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (I)(α) ポリチアジルおよびハ、ロゲン処理した
ポリチアジル類よりなる群から選択した無機ポリマーを
含むカソード; (h)  リチウム、リチウム合金類、ナトリウムおよ
びナトリウム合金類よりなる群から選択したアノード;
および (C)極性有機溶媒に溶解したアルカリ金属塩よりなる
電解質; よりなる−次電池。 (2)前記無機ポリマーがポリチアジルである、特許請
求の範囲第(11項に記載の一次電池。 (3)前記無機ポリマーが臭素化ポリチアジルである、
特許請求の範囲第(1)項に記載の一次電池。 (4)前記アノードがリチウムである、特許請求の範囲
第(1)項または第(2)項または第(3)項のいずれ
かに記載の一次電池。 (5)前記アルカリ金属がリチウム塩である、特許請求
の範囲第(4)項に記載の一次電池。 (6)前記不活性有機溶媒がプロピレンカーボネートで
ある、特許請求の範囲第(1)項または第(2)項また
は第(3)項のいずれかに記載の一次電池、。
[Scope of Claims] (I) (α) A cathode comprising an inorganic polymer selected from the group consisting of polythiazyl and (c) halogen-treated polythiazils; (h) the group consisting of lithium, lithium alloys, sodium and sodium alloys; Anode selected from;
and (C) an electrolyte comprising an alkali metal salt dissolved in a polar organic solvent; (2) The primary battery according to claim 11, wherein the inorganic polymer is polythiazyl. (3) The inorganic polymer is brominated polythiazyl.
A primary battery according to claim (1). (4) The primary battery according to any one of claims (1), (2), and (3), wherein the anode is lithium. (5) The primary battery according to claim (4), wherein the alkali metal is a lithium salt. (6) The primary battery according to any one of claims (1), (2), and (3), wherein the inert organic solvent is propylene carbonate.
JP14908783A 1982-08-16 1983-08-15 Primary battery having polythiadil cathode and alkaline metal anode Pending JPS5949155A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0356352A (en) * 1988-03-12 1991-03-11 Meinan Mach Works Inc Automatic setting and piling device for veneer
JP2003308839A (en) * 2002-04-15 2003-10-31 Nec Corp Radical battery

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