JPS5951465A - 改良した電解質を有する共役ポリマ−電池 - Google Patents
改良した電解質を有する共役ポリマ−電池Info
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- 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。
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、共役ポリマー陰!(カソード)およびリチウ
ムまたは共役ポリマー陽極(アノード)を含む電池に関
し、特にそのような電池の電解質中のアルカリ金属塩の
ための溶媒に関する。
ムまたは共役ポリマー陽極(アノード)を含む電池に関
し、特にそのような電池の電解質中のアルカリ金属塩の
ための溶媒に関する。
有機溶媒中にアルカリ金属塩、特にリチウム塩を含む電
池は周知である。リチウム電極を有する一次電池では、
一般的な溶媒は直鎖状および坤状エーテル類およびプロ
ピレンカーボネートである。
池は周知である。リチウム電極を有する一次電池では、
一般的な溶媒は直鎖状および坤状エーテル類およびプロ
ピレンカーボネートである。
これらの溶媒、並びにアセトニトリルおよび塩化メチレ
ンは、MacDiαrmi d 等の米国特許第4,
321,114号(1982年6月23日)、第7欄、
36〜38行に記載の1)チウム/共役ポリマーおよび
共役ポリマー/共役ポリマー電池および電解法に有用で
あると述べられている。
ンは、MacDiαrmi d 等の米国特許第4,
321,114号(1982年6月23日)、第7欄、
36〜38行に記載の1)チウム/共役ポリマーおよび
共役ポリマー/共役ポリマー電池および電解法に有用で
あると述べられている。
スルホランはリチウム塩の溶液からのリチウムのめつき
および特定のリチウム電池に有用であると言われてきた
。スルホランの利点は高度に酸化された電極に対して安
定であることである。しかしながら、スルホランは高粘
度であり、1)チウム塩に対する溶解度が比較的小さく
そして単独では導電率が比較的低いことが知られている
。リチウム電池におけるスルホランに関する詳しい記述
は以下に見られる:西ト8イツ特許公報明細書第602
4151号(1981年1月8日)(LL/TjS2電
池中のz 電池−テル);米国特許第4.167、45
8号(スルホラン/ジクロロメタン中のLt:BF4か
らの電着) : A、 Brennt、r J。
および特定のリチウム電池に有用であると言われてきた
。スルホランの利点は高度に酸化された電極に対して安
定であることである。しかしながら、スルホランは高粘
度であり、1)チウム塩に対する溶解度が比較的小さく
そして単独では導電率が比較的低いことが知られている
。リチウム電池におけるスルホランに関する詳しい記述
は以下に見られる:西ト8イツ特許公報明細書第602
4151号(1981年1月8日)(LL/TjS2電
池中のz 電池−テル);米国特許第4.167、45
8号(スルホラン/ジクロロメタン中のLt:BF4か
らの電着) : A、 Brennt、r J。
Etectrochem、Soc、 461〜462頁
C1971年3月);およびS、 P、 S、 Yen
等のAh、?tract A72、 ”Electr
ockemical DomairL of the
Crornponents of Arnbieni
TemptγatureSaconcLary Li
thium Batteries” (EC3Abs
tracts の179〜180頁、デンバー、198
1年)。Yen等の論文では、スルホラン中のL t
As F 6は、テトラヒドロフラン中またはメチルテ
トラヒト90フラン中のL Z As F 6よりも広
い範囲の電圧にわたって安定であり、そしてまたリチウ
ムのストリッピング/めつき効率を改pする、というこ
とを報告している。このような研究はL L /T t
S 2二次電池の開発の一部であった。
C1971年3月);およびS、 P、 S、 Yen
等のAh、?tract A72、 ”Electr
ockemical DomairL of the
Crornponents of Arnbieni
TemptγatureSaconcLary Li
thium Batteries” (EC3Abs
tracts の179〜180頁、デンバー、198
1年)。Yen等の論文では、スルホラン中のL t
As F 6は、テトラヒドロフラン中またはメチルテ
トラヒト90フラン中のL Z As F 6よりも広
い範囲の電圧にわたって安定であり、そしてまたリチウ
ムのストリッピング/めつき効率を改pする、というこ
とを報告している。このような研究はL L /T t
S 2二次電池の開発の一部であった。
スルホランおよびそのメチル置換誘導体は、約6.6〜
4.8■(リチウムに対して)の電圧に酸化される共役
した主鎖を持つポリマーカンードを有する、そしてリチ
ウムアノード9または約0.9〜1.4V(リチウムに
対して)の電圧に還元される共役した主鎖を持つポリマ
ーアノードのいずれかを有する電池に使用するのに適し
た、安定性とその他の特性との独特の組合せを有してい
ることを°発見した。
4.8■(リチウムに対して)の電圧に酸化される共役
した主鎖を持つポリマーカンードを有する、そしてリチ
ウムアノード9または約0.9〜1.4V(リチウムに
対して)の電圧に還元される共役した主鎖を持つポリマ
ーアノードのいずれかを有する電池に使用するのに適し
た、安定性とその他の特性との独特の組合せを有してい
ることを°発見した。
従って、本発明は、
(α) アルカリ金属またはテトラアルキルアンモニウ
ムの混入によって約0.9〜1.4ボルト(リチウムに
対して)に還元することができる、共役した主鎖を有す
るポリマーを含む、ポリマーアノード9; (hl 陰イオンの混入によって約6.6〜4.8ボ
ルトに酸化することができる共役した主鎖を有スルポリ
マーを含む、ポリマー−hソートゝ;(C) スルホ
ラン、6−メチルスルホランおよび2.4−ジメチルス
ルホランよりなる群から選択した少なくとも一種の化合
物を含む溶媒;および (d)溶媒に溶解した、上記ポリマーアノード8に混入
して1.4ボルトまたはこれ以下にすることができるア
ルカリ金属またはテトラアルキルアンモニウム陽イオン
を有し、そして上記ポリマーカンードをト9−プして6
.6ボルトまたはそれ以上(リチウムに対して)にする
ことができる陰イオンを有する、アルカリ金属またはテ
トラアルキルアンモニウム塩: よりなる電池に関するものである。
ムの混入によって約0.9〜1.4ボルト(リチウムに
対して)に還元することができる、共役した主鎖を有す
るポリマーを含む、ポリマーアノード9; (hl 陰イオンの混入によって約6.6〜4.8ボ
ルトに酸化することができる共役した主鎖を有スルポリ
マーを含む、ポリマー−hソートゝ;(C) スルホ
ラン、6−メチルスルホランおよび2.4−ジメチルス
ルホランよりなる群から選択した少なくとも一種の化合
物を含む溶媒;および (d)溶媒に溶解した、上記ポリマーアノード8に混入
して1.4ボルトまたはこれ以下にすることができるア
ルカリ金属またはテトラアルキルアンモニウム陽イオン
を有し、そして上記ポリマーカンードをト9−プして6
.6ボルトまたはそれ以上(リチウムに対して)にする
ことができる陰イオンを有する、アルカリ金属またはテ
トラアルキルアンモニウム塩: よりなる電池に関するものである。
本発明はまた、
(α) リチウム金属よりなるアノード9;(bl
陰イオンの混入で約6.6〜4.8ボルト(リチウムに
対して)に酸化しうる共役した主鎖を有するポリマーを
含むポリマーカンード;(C)) スルホラン、6−
メチルスルホランおよび2,4−ジメチルスルホランよ
りなる群から選択した少なくとも一種の化合物を含む溶
媒;および (dl 上記溶媒に溶解した、上記ポリマー陰極に混
入しうる陰イオンを有するリチウム塩よりなる電池を含
むものである。
陰イオンの混入で約6.6〜4.8ボルト(リチウムに
対して)に酸化しうる共役した主鎖を有するポリマーを
含むポリマーカンード;(C)) スルホラン、6−
メチルスルホランおよび2,4−ジメチルスルホランよ
りなる群から選択した少なくとも一種の化合物を含む溶
媒;および (dl 上記溶媒に溶解した、上記ポリマー陰極に混
入しうる陰イオンを有するリチウム塩よりなる電池を含
むものである。
本発明の電池はカソードとしての、そしである場合には
またアノードとしての、共役ポリマーを含む。適当な共
役ポリマーには、米国特許第4,321,114号に記
載のもの(ポリアセチレン #6 I+フェニレン、ポ
リ(フェニレンスルフィト)、ホlJ(フェニレンビニ
レン)、ポリビロール等)をあげることができる。他の
研究者はポリ−2,5−チェニレンを使用した。主鎖に
沿って共役している(二重結合または芳香族結合のいず
れか)他のポリマーも同様に有用である。
またアノードとしての、共役ポリマーを含む。適当な共
役ポリマーには、米国特許第4,321,114号に記
載のもの(ポリアセチレン #6 I+フェニレン、ポ
リ(フェニレンスルフィト)、ホlJ(フェニレンビニ
レン)、ポリビロール等)をあげることができる。他の
研究者はポリ−2,5−チェニレンを使用した。主鎖に
沿って共役している(二重結合または芳香族結合のいず
れか)他のポリマーも同様に有用である。
本発明で使用するようなポリフェニレンカソードは、4
.0〜4.8ボルト、好ましくは4.6〜4.6ボルト
の荷電電圧(リチウムに対して)を有する。
.0〜4.8ボルト、好ましくは4.6〜4.6ボルト
の荷電電圧(リチウムに対して)を有する。
このような荷電電圧は平衡値を表わし、そしてより高い
加電圧(たとえば5ボルト)を、ポリマーの一部がこれ
によって4.8ボルトより高く荷電されても、使用しう
る。実施例2は、スルホランが4.6ボルトの平衡電圧
および5.0ボルトの荷電電圧で安定であることを示し
ている。精製が適当であると、本発明の溶媒系は、4.
0〜4.8ボルトの範囲(リチウムに対して)の少なく
ともある値に酸化されたポリフェニレンの存在下で安定
であると予期される。
加電圧(たとえば5ボルト)を、ポリマーの一部がこれ
によって4.8ボルトより高く荷電されても、使用しう
る。実施例2は、スルホランが4.6ボルトの平衡電圧
および5.0ボルトの荷電電圧で安定であることを示し
ている。精製が適当であると、本発明の溶媒系は、4.
0〜4.8ボルトの範囲(リチウムに対して)の少なく
ともある値に酸化されたポリフェニレンの存在下で安定
であると予期される。
本発明では、溶媒の劣化を引き起こさない大きな過電圧
を有する、3.2〜6.8ボルト(リチウムに対して)
にドープしたポリアセチレンヵソードを企図する。対照
的に、テトラヒドロフランは約6.6ボルトで重合し、
プロピレンカーボネートは4ボルト付近のより高い電圧
で酸化する。従って、本発明の電池はこれらの溶媒より
も高く荷電したポリアセチレンカソード8を有しうるも
のであり、並びにより高い過電圧でより速く荷電しうる
ものである。
を有する、3.2〜6.8ボルト(リチウムに対して)
にドープしたポリアセチレンヵソードを企図する。対照
的に、テトラヒドロフランは約6.6ボルトで重合し、
プロピレンカーボネートは4ボルト付近のより高い電圧
で酸化する。従って、本発明の電池はこれらの溶媒より
も高く荷電したポリアセチレンカソード8を有しうるも
のであり、並びにより高い過電圧でより速く荷電しうる
ものである。
本発明の溶媒はまた、ポリアセチレンアノードに混入し
て0.9〜1.9ボルト(リチウムに対して)の荷電レ
ベルにするアルカリ金属またはテトラアルキルアンモニ
ウム陽イオンを有するポリアセチレンアノード9に対し
ても安定である。ポリアセチレンはエーテル溶媒、たと
えばテトラヒドロフラン、中でさらにまた(たとえば0
.7ボルトにまで)還元することができるが、そのよう
な溶媒は本発明の電池に使用するには酸化安定度が不十
分である。
て0.9〜1.9ボルト(リチウムに対して)の荷電レ
ベルにするアルカリ金属またはテトラアルキルアンモニ
ウム陽イオンを有するポリアセチレンアノード9に対し
ても安定である。ポリアセチレンはエーテル溶媒、たと
えばテトラヒドロフラン、中でさらにまた(たとえば0
.7ボルトにまで)還元することができるが、そのよう
な溶媒は本発明の電池に使用するには酸化安定度が不十
分である。
酸化ポリアセチレンカソードの他に、表示した電圧を有
するのならば、酸化ポリフェニレンカソードおよび還元
ポリアセチレンアノード9、他の酸化および還元導電性
ポリマーを、本発明の電池に使用しうる。
するのならば、酸化ポリフェニレンカソードおよび還元
ポリアセチレンアノード9、他の酸化および還元導電性
ポリマーを、本発明の電池に使用しうる。
好ましい組合せは以下の通りであるニ
アノード カソードゝ
1)ポリアセチレン ポリアセチレン2)ポリアセチ
レン ポリフエニレン6)リチウム ポリア
セチレン4)リチウム ポリフェニレン本発明
で使用する溶媒は、スルホラン、6−メチルスルホラン
および2.4−:)メチルスルホランのうちの少なくと
も一種である。特にアルキルエーテル類およびポリエー
テル類、たとえばエチレングリコールのジエチルエーテ
ル、ジメチルエーテルおよびジエチレングリレコールの
ジメチルエーテルを含めた他の成分を存在させてもよい
。アノード8がリチウムの場合、ジクロロメタン(塩化
メチレン)は好ましい追加成分である。テトラヒドロフ
ランおよびメチルテトラヒドロフランも存在させるが、
多くの本発明の電池では分解するであろう。スルホラン
は所望の酸化および還元安定性を有するので、他の成分
または成分混合物は粘度の低下、湿潤性、導電性または
塩溶音度の増加、あるいはこれらのファクターのいくつ
かの組合せのために使用される。
レン ポリフエニレン6)リチウム ポリア
セチレン4)リチウム ポリフェニレン本発明
で使用する溶媒は、スルホラン、6−メチルスルホラン
および2.4−:)メチルスルホランのうちの少なくと
も一種である。特にアルキルエーテル類およびポリエー
テル類、たとえばエチレングリコールのジエチルエーテ
ル、ジメチルエーテルおよびジエチレングリレコールの
ジメチルエーテルを含めた他の成分を存在させてもよい
。アノード8がリチウムの場合、ジクロロメタン(塩化
メチレン)は好ましい追加成分である。テトラヒドロフ
ランおよびメチルテトラヒドロフランも存在させるが、
多くの本発明の電池では分解するであろう。スルホラン
は所望の酸化および還元安定性を有するので、他の成分
または成分混合物は粘度の低下、湿潤性、導電性または
塩溶音度の増加、あるいはこれらのファクターのいくつ
かの組合せのために使用される。
使用する塩はアルカリ金属塩またはテトラアルキルアン
モニウムのいずれかであり、これらは米国特許第4,3
21,114号およびヨーロッパ%FF出願第3611
8(1981)(ともにMacDLarmid等)に記
載されている。リチウム塩、たとえば過塩素酸塩、テト
ラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロ砒酸塩、ヘキサフ
ルオロリン酸塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩
が好ましい。相当するナトリウムおよびカリウム塩も使
用しうる。テトラアルキルアンモニウム塩、たとえばテ
トラブチルアンモニウム過塩素酸塩、テトラフルオロホ
ウ酸塩、ヘキサフルオロ砒酸塩、ヘキサフルオロリン酸
塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩、並びに相当
するテトラプロピルアンモニウムおよびテトラエチルア
ンモニウム塩も同様に使用しうる。
モニウムのいずれかであり、これらは米国特許第4,3
21,114号およびヨーロッパ%FF出願第3611
8(1981)(ともにMacDLarmid等)に記
載されている。リチウム塩、たとえば過塩素酸塩、テト
ラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロ砒酸塩、ヘキサフ
ルオロリン酸塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩
が好ましい。相当するナトリウムおよびカリウム塩も使
用しうる。テトラアルキルアンモニウム塩、たとえばテ
トラブチルアンモニウム過塩素酸塩、テトラフルオロホ
ウ酸塩、ヘキサフルオロ砒酸塩、ヘキサフルオロリン酸
塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩、並びに相当
するテトラプロピルアンモニウムおよびテトラエチルア
ンモニウム塩も同様に使用しうる。
MacDiarmid等の文献ニアルヨウニ、カソード
の荷電プロセスは工程; B F −+ (CH) x →(CH) 、M” B
F 4− + e −で示される陰イオン(たとえば
テトラフルオロホウ酸塩)の混合によるポリマー(たと
えばポリアセチレン)の酸化である。陰イオンの混入(
しばしばドーピングと呼ばれる。しかしこの言葉は強酸
化体での化学処理に用いる方が適している)の程度で貯
蔵電荷が決まる。陰イオンの混入が増すにつれ、ポリマ
ーはより導電性となりそして陰極の電圧は高くなる。こ
のようなポリアセチレンカソードの平衡電圧はリチウム
に対して約3ボルト(ト8−ピンクの開始)から約3.
6ボルト(6%ドープしたポリアセチレンに対して)〜
約6.8ボルト(ポリアセチレンの電気化学的ド−ピン
グによって得られると考えられる最高の平衡電圧である
。
の荷電プロセスは工程; B F −+ (CH) x →(CH) 、M” B
F 4− + e −で示される陰イオン(たとえば
テトラフルオロホウ酸塩)の混合によるポリマー(たと
えばポリアセチレン)の酸化である。陰イオンの混入(
しばしばドーピングと呼ばれる。しかしこの言葉は強酸
化体での化学処理に用いる方が適している)の程度で貯
蔵電荷が決まる。陰イオンの混入が増すにつれ、ポリマ
ーはより導電性となりそして陰極の電圧は高くなる。こ
のようなポリアセチレンカソードの平衡電圧はリチウム
に対して約3ボルト(ト8−ピンクの開始)から約3.
6ボルト(6%ドープしたポリアセチレンに対して)〜
約6.8ボルト(ポリアセチレンの電気化学的ド−ピン
グによって得られると考えられる最高の平衡電圧である
。
ポリアセチレンのドーピングレはルは式[((1()A
、−’:lユおよび[(CH)M、2.”]、 中の
xを指し、一般的ニハ百分率(6%ドーピングレはルは
100個の炭素原子に対して6個の陰イオンまたは陽イ
オンな使用している)で表わす。ポリフェニレン陰イオ
ンでは、相当する範囲は4.0から4.6〜4.8ボル
ト(上限は主に理論的なものである)である。実施例2
および5から、スルホランおよびメチルスルホランは、
ポリアセチレンカソード9の観察電圧範囲を通じておよ
びポリフェニレンの観察最高電圧に対して安定であるこ
とがわかる。ポリフェニレンまたはスルホランまたは不
純物の何が4.8ボルトで分解するのかは不明である。
、−’:lユおよび[(CH)M、2.”]、 中の
xを指し、一般的ニハ百分率(6%ドーピングレはルは
100個の炭素原子に対して6個の陰イオンまたは陽イ
オンな使用している)で表わす。ポリフェニレン陰イオ
ンでは、相当する範囲は4.0から4.6〜4.8ボル
ト(上限は主に理論的なものである)である。実施例2
および5から、スルホランおよびメチルスルホランは、
ポリアセチレンカソード9の観察電圧範囲を通じておよ
びポリフェニレンの観察最高電圧に対して安定であるこ
とがわかる。ポリフェニレンまたはスルホランまたは不
純物の何が4.8ボルトで分解するのかは不明である。
プレートおよびラセン状セルを含めて、カソード、アノ
ードおよび溶媒を適当な集電装置(ポリマー中のグラフ
ァイトまたは、カーボンブラックのような薬剤を含む)
、セパレーター、充電装置等を種々の組合せで配置する
。
ードおよび溶媒を適当な集電装置(ポリマー中のグラフ
ァイトまたは、カーボンブラックのような薬剤を含む)
、セパレーター、充電装置等を種々の組合せで配置する
。
実施例
実施例1
リチウム−アルミニウム合金アノード9、部分的に酸化
されたポリ(p−フェニレン)電極およびスルホラン(
TMS)中に1モルのLt:BF4 を加えたものか
らなる電解質よりなる電池をガラス容器中につくった。
されたポリ(p−フェニレン)電極およびスルホラン(
TMS)中に1モルのLt:BF4 を加えたものか
らなる電解質よりなる電池をガラス容器中につくった。
ポリマー電極は粉末ポリフェニレン(25重量%)およ
びアセチレンブラック(15重量%)の混合物をプレス
してつくった。
びアセチレンブラック(15重量%)の混合物をプレス
してつくった。
〔C6H4〕ユ かも〔(C6H4)(BF4)。、1
□耳へのポリマー組成に相当するレベルへの初めの30
時間の充電および放電の後、電池を平均クーロン効率9
3%で〔C6H5〕ユ と〔(C6H4)(BF4)
。、o6〕ユ との間を3回サイクルさせた。放電中
の開回路電圧は4.1〜3.7ボルトであった。4.7
ボルト(L i/L i +に対して5■に相当する)
の高い荷電電圧を用いたが、スルホランの劣化は生じな
かった。
□耳へのポリマー組成に相当するレベルへの初めの30
時間の充電および放電の後、電池を平均クーロン効率9
3%で〔C6H5〕ユ と〔(C6H4)(BF4)
。、o6〕ユ との間を3回サイクルさせた。放電中
の開回路電圧は4.1〜3.7ボルトであった。4.7
ボルト(L i/L i +に対して5■に相当する)
の高い荷電電圧を用いたが、スルホランの劣化は生じな
かった。
これに対し、プロピレンカーボネート中にLiPF6
の入ったものからなる電解質を用いた同様な電池を、
90%のクーロン効率で〔C6H4〕。
の入ったものからなる電解質を用いた同様な電池を、
90%のクーロン効率で〔C6H4〕。
と[(C6H4) (PH6’)。、。3〕ユ との間
をサイクルさせたが、スルホラン含有電池、〔(C6H
4)(PF6)。、。7〕ユが示すものに匹敵する組成
までのサイクルに対しわずか60〜70%のクーロン効
率を示しただけであった。
をサイクルさせたが、スルホラン含有電池、〔(C6H
4)(PF6)。、。7〕ユが示すものに匹敵する組成
までのサイクルに対しわずか60〜70%のクーロン効
率を示しただけであった。
実施例2
実施例1と同様な電池を、リチウムアノードゝおよびT
MS中に1モルのL * A’ H6を含む電解質を用
いてつくった。この電池を90%クーロン効率で11%
ト9−ピンダレベルまでおよび80%効率で20%トゝ
−ビンダレベルまでサイクルさせた(4.7ボルトの荷
電電圧に達した)。約20%ドーピングレはルでのこの
カソード9の平衡電圧はリチウムに対して4.6ボルト
であった。
MS中に1モルのL * A’ H6を含む電解質を用
いてつくった。この電池を90%クーロン効率で11%
ト9−ピンダレベルまでおよび80%効率で20%トゝ
−ビンダレベルまでサイクルさせた(4.7ボルトの荷
電電圧に達した)。約20%ドーピングレはルでのこの
カソード9の平衡電圧はリチウムに対して4.6ボルト
であった。
これらの試験の間、電池は、測定可能な容量損失なしで
、62回の強い放電サイクルを行なった。
、62回の強い放電サイクルを行なった。
実施例6
密封ガラス容器中に、11チウムアノード、ポリアセチ
レンカソード9およびスルホラン中に1モルのLiBF
4 を加えたものからなる電解質で電池をつくった。
レンカソード9およびスルホラン中に1モルのLiBF
4 を加えたものからなる電解質で電池をつくった。
ポリアセチレンはフィルム(厚み0.015cIrL)
の形であった。初めにリード線がショートし、このため
ポリアセチレンの部分還元(リチウムドーピング)が生
じた。この時点で電池は約0.8V(7)開回路電圧ケ
示した。次に電池を約14時間の間にわたった充電し、
その間リチウムアノーパントを除去し、部分還元ポリマ
ーを酸化し、そしてその中間状態(リチウムに対して1
.9V付近における)に戻した。従って、還元したポリ
マーは、リチウムに対して0.8〜1.9vの電圧範囲
を通して少なくとも短期間スルホラン電解質中で安定で
あった。このことは、スルホラン中のL & BF 4
が、部分還元ポリアセチレンをアノードとして用い
る電池内の電解質として、使用できることを示している
。次に電池をさらに充電すると、中間ポリアセチレンの
部分酸化(BF4−ドーピング)が3.2付近の電位で
始まった。電圧は酸化の程度(ドーピングレベル)と共
に高くなり、6%ド−ピングで3.75Vの電位、すな
わち実験式0H(BF ) となるのが観察され
た。
の形であった。初めにリード線がショートし、このため
ポリアセチレンの部分還元(リチウムドーピング)が生
じた。この時点で電池は約0.8V(7)開回路電圧ケ
示した。次に電池を約14時間の間にわたった充電し、
その間リチウムアノーパントを除去し、部分還元ポリマ
ーを酸化し、そしてその中間状態(リチウムに対して1
.9V付近における)に戻した。従って、還元したポリ
マーは、リチウムに対して0.8〜1.9vの電圧範囲
を通して少なくとも短期間スルホラン電解質中で安定で
あった。このことは、スルホラン中のL & BF 4
が、部分還元ポリアセチレンをアノードとして用い
る電池内の電解質として、使用できることを示している
。次に電池をさらに充電すると、中間ポリアセチレンの
部分酸化(BF4−ドーピング)が3.2付近の電位で
始まった。電圧は酸化の程度(ドーピングレベル)と共
に高くなり、6%ド−ピングで3.75Vの電位、すな
わち実験式0H(BF ) となるのが観察され
た。
4 0.06
実施例4
ポリアセチレンカソードを有する電池を実施例3と同様
にしてつくった。電池を2.4ボルト(放電した)と、
3.4vからはじめて0.1vごと高くして4.Ovに
まで連続的に高くした電圧との間を繰返してサイクルさ
せた。クーロン効率は各サイクルの間75%付近に保た
れた。電解質が分解した様子はなかった。この初めのな
らし処置の後、電池を2.4■と6.9■の間を5回サ
イクルさせた。
にしてつくった。電池を2.4ボルト(放電した)と、
3.4vからはじめて0.1vごと高くして4.Ovに
まで連続的に高くした電圧との間を繰返してサイクルさ
せた。クーロン効率は各サイクルの間75%付近に保た
れた。電解質が分解した様子はなかった。この初めのな
らし処置の後、電池を2.4■と6.9■の間を5回サ
イクルさせた。
これらの5回のサイクルの各々は89%のほぼ一定のク
ーロン効率を保った。
ーロン効率を保った。
実施例5
有機溶媒中の7Pリフエニレンカソート9の安定性を試
験するために、アクセプダ−であるトゝ−プした( A
gF s )ポリフェニレンはレットの電導率を約2
5℃にて種々の精製した有機溶媒中における時間の関数
として調べた。結果(S/m で表わした)を表1に示
す。
験するために、アクセプダ−であるトゝ−プした( A
gF s )ポリフェニレンはレットの電導率を約2
5℃にて種々の精製した有機溶媒中における時間の関数
として調べた。結果(S/m で表わした)を表1に示
す。
表1
日数AN 2,4−DMS Glyme 3−M5
PCS なし075.852.428.41
62504555.6129.344.70.4661
6.434.452.43 12.8 30.4
0.06 34.6 0.9 21.5 51.87
3.615.60.007220.210.150.6
152.312,0 12.40.015.1463
01.19.3 6.2 3.838.<S600.
57.7 2.0 1.135AN=アセトニトリル 2.4−DMS=2.4−ジメチルスルホランCrly
me−エチレンクリコールのジメチルエーテル3−M5
=3−メチルスルホラン pc−プロピレンカーボネート S−スルホラン−65〜4o℃で得たデータスルホラン
、6−メチルスルホランおよび2,4−ジメチルスルホ
ランがアセトニトリル以外の他の試験溶媒(プロピレン
カーボネートを参照)よりもはるかにすぐれていること
がわかる。アセトニトリルは、還元ポリマーおよびリチ
ウム金属アノードに対して比較的不安定であるという欠
点を有する。
PCS なし075.852.428.41
62504555.6129.344.70.4661
6.434.452.43 12.8 30.4
0.06 34.6 0.9 21.5 51.87
3.615.60.007220.210.150.6
152.312,0 12.40.015.1463
01.19.3 6.2 3.838.<S600.
57.7 2.0 1.135AN=アセトニトリル 2.4−DMS=2.4−ジメチルスルホランCrly
me−エチレンクリコールのジメチルエーテル3−M5
=3−メチルスルホラン pc−プロピレンカーボネート S−スルホラン−65〜4o℃で得たデータスルホラン
、6−メチルスルホランおよび2,4−ジメチルスルホ
ランがアセトニトリル以外の他の試験溶媒(プロピレン
カーボネートを参照)よりもはるかにすぐれていること
がわかる。アセトニトリルは、還元ポリマーおよびリチ
ウム金属アノードに対して比較的不安定であるという欠
点を有する。
実施例6
不織ガラススペーサーで隔てられた厚み0.008m(
7)シス−ポリアセチレンフィルム7 / −)’ (
PA−)およびカソードゝ(PA”)で電池をつくった
。電極を、グリッド9として働いてポリマーから電流を
集める白金メツシュで包んだ。電解質はスルホラン中に
1モルのLL CIO4を加えたものからなっていた。
7)シス−ポリアセチレンフィルム7 / −)’ (
PA−)およびカソードゝ(PA”)で電池をつくった
。電極を、グリッド9として働いてポリマーから電流を
集める白金メツシュで包んだ。電解質はスルホラン中に
1モルのLL CIO4を加えたものからなっていた。
これらの構成分を、アノードおよびカソード9の個々の
電位を測定するリチウム対照電極と共に、密封ガラス容
器に配置した。電極は初めに、ポリマーをシスからトラ
ンスへ異性化するために、リチウム対照に対して独立し
てサイクルさせた。アノードはLi/L−に対して1,
2vに放電し、カソードはLL/L−に対して3.8v
に帯電した。次に両電極はLi/L−に対して2.5v
に戻った(非ドープPAの特性)。
電位を測定するリチウム対照電極と共に、密封ガラス容
器に配置した。電極は初めに、ポリマーをシスからトラ
ンスへ異性化するために、リチウム対照に対して独立し
てサイクルさせた。アノードはLi/L−に対して1,
2vに放電し、カソードはLL/L−に対して3.8v
に帯電した。次に両電極はLi/L−に対して2.5v
に戻った(非ドープPAの特性)。
先のこの時点から、電池は、電流がポリマーアノード9
とカソードとの間を通ることによってサイクルし、それ
以上の電流はリチウム対照電極を通らなかった。全てが
ポリマーの電池を2.7v〜1.5vでサイクルさせた
。この範囲を越えて通過した電荷は6%の各電極におけ
るト9−ピングレベル変化に相当する。80〜85%の
クーロン効率が、悪化の様子もなく(すなわち、容量ま
たは効率の損失なしに)、6サイクルの間この範囲にわ
たって保たれた。ポリマーアノード9対カソードの電圧
は2.70Vと1.50 Vの間で変化するが、Li/
L−に対して測定したカソードの電圧は3.81V〜3
.35 Vの間で(アノードは1.10 V〜1.85
V )変化した。1.5vの固定端子電圧での電池の
放電で50%の貯蔵容量となり、これは10mA/cI
rL2の平均電流密度で回収された。・ξルス放電の最
高電流密度は測定した内部抵抗27mA/cnL2
から見積った。
とカソードとの間を通ることによってサイクルし、それ
以上の電流はリチウム対照電極を通らなかった。全てが
ポリマーの電池を2.7v〜1.5vでサイクルさせた
。この範囲を越えて通過した電荷は6%の各電極におけ
るト9−ピングレベル変化に相当する。80〜85%の
クーロン効率が、悪化の様子もなく(すなわち、容量ま
たは効率の損失なしに)、6サイクルの間この範囲にわ
たって保たれた。ポリマーアノード9対カソードの電圧
は2.70Vと1.50 Vの間で変化するが、Li/
L−に対して測定したカソードの電圧は3.81V〜3
.35 Vの間で(アノードは1.10 V〜1.85
V )変化した。1.5vの固定端子電圧での電池の
放電で50%の貯蔵容量となり、これは10mA/cI
rL2の平均電流密度で回収された。・ξルス放電の最
高電流密度は測定した内部抵抗27mA/cnL2
から見積った。
この系におけるジメトキシエタン(DME)の電気化学
的安定性を試験するために、電解質をDMEで0.5モ
ルに希釈し、電池をさらに2回サイクルさせた。容量お
よび効率にはDMEの添加による影響がなかった。それ
故、ジメトキシエタンは粘度を低下させるのに使用しう
る有用な添加剤である。
的安定性を試験するために、電解質をDMEで0.5モ
ルに希釈し、電池をさらに2回サイクルさせた。容量お
よび効率にはDMEの添加による影響がなかった。それ
故、ジメトキシエタンは粘度を低下させるのに使用しう
る有用な添加剤である。
実施例7
リチウムアノーr1部分酸化ポリアセチレンカッ−□ド
(厚み0.008cIrL)およびスルホラン中に1モ
ルのLzAyF6 を加えたもの(70容量%)と塩
化メチレン(30%)の電解質で実施例6のようにして
電池をつくった。初充電で徐々に6.85■にした後、
この電池を、3.80Vの充電電圧および2.5■の放
電電圧を用いろことによってすばやくサイクルさせた。
(厚み0.008cIrL)およびスルホラン中に1モ
ルのLzAyF6 を加えたもの(70容量%)と塩
化メチレン(30%)の電解質で実施例6のようにして
電池をつくった。初充電で徐々に6.85■にした後、
この電池を、3.80Vの充電電圧および2.5■の放
電電圧を用いろことによってすばやくサイクルさせた。
ろサイクルのクーロン効率は平均85%であった。これ
らのサイクル各々を通してのトゝ−ピンダレベルに見ら
れる変化は5%であった。放電の間、貯蔵電荷の初めの
50%は平均速度57.5 mA/cm2(電池内に使
用したPAの幾何学的領域に関して)で取出された。こ
の放電速度は実施例4に記載の電池に見られるものの6
倍以上である。塩化メチレンの添加で速度をはやめるこ
とかできろ。
らのサイクル各々を通してのトゝ−ピンダレベルに見ら
れる変化は5%であった。放電の間、貯蔵電荷の初めの
50%は平均速度57.5 mA/cm2(電池内に使
用したPAの幾何学的領域に関して)で取出された。こ
の放電速度は実施例4に記載の電池に見られるものの6
倍以上である。塩化メチレンの添加で速度をはやめるこ
とかできろ。
実施例8
リチウムアノード、部分還元ポリアセチレンカソードゝ
、PA”−1および6−メチルスルホラン中に1モルの
L t G I O4を加えたもの(3Mg −TME
)で実施例乙に記載のようにして電池をつくった。
、PA”−1および6−メチルスルホラン中に1モルの
L t G I O4を加えたもの(3Mg −TME
)で実施例乙に記載のようにして電池をつくった。
この電池を十分に充電したとき、約1.9■の開回路電
圧を示した。電池を放電するに従って、ポリアセチレン
は還元されろ(リチウムでトゝ−プされる)。L z
ClO4を含む3Mg −TMS 中のリチウムでド
−プされたポリアセチレンの安定な範囲を測定するため
に、電池をLi/Li” に対してより低い電位に連
続的にサイクルさせた(すなわち、より高いリチウムド
ーピングレベルに連続的に)。
圧を示した。電池を放電するに従って、ポリアセチレン
は還元されろ(リチウムでトゝ−プされる)。L z
ClO4を含む3Mg −TMS 中のリチウムでド
−プされたポリアセチレンの安定な範囲を測定するため
に、電池をLi/Li” に対してより低い電位に連
続的にサイクルさせた(すなわち、より高いリチウムド
ーピングレベルに連続的に)。
クーロン効率はLj/L−に対して0.9■に低下する
まで80%付近に留まった。0.8■およびこれ以下で
は、電池の効率は急に低下した。従って、全てのポリマ
ー電池における還元ポリマーアノード8は、Li/Li
+ に対して0゜9■に低下するまで安定であると考え
られる。この電解質で全てのポリアセチレン電池は2.
9■に充電するであろう。
まで80%付近に留まった。0.8■およびこれ以下で
は、電池の効率は急に低下した。従って、全てのポリマ
ー電池における還元ポリマーアノード8は、Li/Li
+ に対して0゜9■に低下するまで安定であると考え
られる。この電解質で全てのポリアセチレン電池は2.
9■に充電するであろう。
実施例9
ポリアセチレンアノードおよびカソードを有する電池を
、スルホラン中に1モルの(テトラブチルアンモニウム
テトラフルオロホウ酸塩)を加えた電解質で、実施例
乙のようにしてつくった。
、スルホラン中に1モルの(テトラブチルアンモニウム
テトラフルオロホウ酸塩)を加えた電解質で、実施例
乙のようにしてつくった。
電池の初めの充電は0.1■ごとに2.6vにした。
15分待った後、二つのポリアセチレン電極とリチウム
に対照電極との間で測定した電圧は次の通すテアツt、
::Li ニ対+ルpA+3.88V、 PA−に対す
るPA 2,52VおよびLi に対するPA−1、
36V。この時点における電池の内部抵抗は67オーム
であった。電池はその後1段階で1.5■と2.5■と
の間をサイクルさせた。6回のサイクルの間、電池は9
1%クーロン効率を示した。
に対照電極との間で測定した電圧は次の通すテアツt、
::Li ニ対+ルpA+3.88V、 PA−に対す
るPA 2,52VおよびLi に対するPA−1、
36V。この時点における電池の内部抵抗は67オーム
であった。電池はその後1段階で1.5■と2.5■と
の間をサイクルさせた。6回のサイクルの間、電池は9
1%クーロン効率を示した。
実施例10
スルホランの代わりにプロピレンカーボネートを使って
、正確に実施例9通りにして電池をつくった。初めの充
電は0.IVごとに行なった。電池の内部抵抗はLi
に対するPA+ 3.7iVおよびLi に対するPA
−1,34Vの適用電位で最小(70オーム)に達した
。さらに充電すると、内部抵抗は1,000オーム付近
に突然増加した。充電を終えて15分そのままにした後
、ポリマー電[i、はLLIc対f るPA” 3.
71 VおよびLLK対するPA−1,44Vの電位を
示した。さらに調べたところ、陽極(PA″″)の機能
低下は高い電池抵抗によることがわかった。これらの結
果は、還元ポリアセチレンがプロピレンカーボネート中
にお−いて1.4V以下では安定でないことを、意味し
ている。
、正確に実施例9通りにして電池をつくった。初めの充
電は0.IVごとに行なった。電池の内部抵抗はLi
に対するPA+ 3.7iVおよびLi に対するPA
−1,34Vの適用電位で最小(70オーム)に達した
。さらに充電すると、内部抵抗は1,000オーム付近
に突然増加した。充電を終えて15分そのままにした後
、ポリマー電[i、はLLIc対f るPA” 3.
71 VおよびLLK対するPA−1,44Vの電位を
示した。さらに調べたところ、陽極(PA″″)の機能
低下は高い電池抵抗によることがわかった。これらの結
果は、還元ポリアセチレンがプロピレンカーボネート中
にお−いて1.4V以下では安定でないことを、意味し
ている。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1) (a) アルカリ金属またはテトラアルキ
ルアンモニウムの混入によって約0.9〜1.4ボルト
(リチウムに対して)に還元することができる、共役主
鎖を有するポリマーを含む、ポリマーアノード; (h) 陰イオンの混入によって約6.3〜4.8ボ
ルトに酸化することができる共役主鎖を有するポリマー
を含む、ポリマーカソード9;(C)スルホラン、3−
メチルスルホランおよび2,4−ジメチルスルホランよ
りなる群から選択した少なくとも一種の化合物を含むb
媒;および (d) 溶媒に溶解したアルカリ金属塩またはテトラ
アルキンアンモニウム塩であって、前記ポリマーアノー
ド9に混入して1.4ボルトまたはこれ以下にすること
ができるアルカリ金属またはテトラアルキルアンモニウ
ム陽イオンおよび上記ポリマーカソード中にトゝ−プし
て6.6ボルトまたはこれ以上(リチウムに対して)に
することができる陰イオンを有する、アルカリ金属塩ま
たはテトラアルキルアンモニウム塩;よりなる電池。 (2)前記ポリマーカソードがポリフェニレンよりなる
、特許請求の範囲第(1)項に記載の電池。 (3)前記ポリマーカソードがポリ(p−フェニレン)
よりなる、特許請求の範囲第(2)項に記載の電池。 (4)前記ポリマーアノ−Pがポリアセチレンよりなる
、特許請求の範囲第(3)項に記載の電池。 (5)上記溶媒がスルホランおよび3−メチルスルホラ
ンの混合物よりなる、特許請求の範囲第(1)項または
第(3)項または第(4)項のいずれかに記載の電池。 (6)前記ポリマーカソードがポリアセチレンよりなり
、そして前記ポリマーアノードがポリアセチレンよりな
る、特許請求の範囲第(1)項に記載の電池。 (7)前記溶媒が前記のような少なくとも一種の化合物
およびアルキルエーテルまたはポリエーテルよりなる、
特許請求の範囲第(6)項に記載の電池。 (8)前記溶媒がスルホランおよびアルキレングリコー
ルのジアルキルエーテルよりなる、特許請求の範囲第(
力項に記載の電池。 (9)前記溶媒がエチレングリコールのジメチルエーテ
ルよりなる、特許請求の範囲第(8)項に記載の電池。 (10)上記アルカリ金属塩が過塩素酸リチウムである
、特許請求の範囲第(1)項または(6)項のいずれか
に記載の電池。 (団 上記アルカリ金属塩がテトラフルオロホウ酸塩で
ある、特許請求の範囲第(1)項または第(3)項また
は第(6)項のいずれかに記載の電池。 (121(al リチウム金属よりなるアノード;I
h)陰イオンの混入で約6.3〜4.8ボルト(リチウ
ムに対して)に酸化することができる(3) 共役主鎖を有するポリマーを含むポリマーカソード; (C1スルホラン、6−メチルスルホランオヨび2,4
−ジメチルスルホランよりなる群から選択した少なくと
も一種の化合物を含む溶媒;および (dl 前記溶媒に溶解した、前記ポリマーカソード
へ混入することができる陰イオンを有するリチウム塩; よりなる電池。 (13)前記ポリマーカソード5がポリフェニレンより
なる、特許請求の範囲第(1つ項記載の電池。 04)前記ポリマーカソードがポリ(P−フェニレン)
よりなる、特許請求の範囲第(13)項記載の電池。 (I5)前記ポリマーカソード9がポリアセチレンより
なる、特許請求の範囲第(12)項記載の電池。 (16)前記溶媒がスルホランおよびジクロロメタンよ
りなる、特許請求の範囲第(12)項または第α(イ)
項または第(15)項のいずれかに記載の電池。 (4) (17)前記リチウム塩がテトラフルオロホウ酸リチウ
ムである特許請求の範囲第(161項記載の電池。 (181前記リチウム塩がテトラフルオロホウ酸1)チ
ウム、過塩素酸リチウムおよびヘキサフルオロ砒酸リチ
ウムよりなる群から選択したものである。 特許請求の範囲1: (121項記載の電池。 0! 上記溶媒がスルホランおよびアルキルエーテルま
たはポリエーテルよりなる、特許請求の範囲第(121
項または第(14)項または第(1勺項のいずれかに記
載の電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US40837682A | 1982-08-16 | 1982-08-16 | |
US408376 | 1982-08-16 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5951465A true JPS5951465A (ja) | 1984-03-24 |
Family
ID=23616043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58149519A Pending JPS5951465A (ja) | 1982-08-16 | 1983-08-16 | 改良した電解質を有する共役ポリマ−電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5951465A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS567362A (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-26 | Union Carbide Corp | Organic electrolyte for rechargeable battery |
JPS56136469A (en) * | 1980-03-11 | 1981-10-24 | University Patents Inc | Secondary cell and method of charging same |
-
1983
- 1983-08-16 JP JP58149519A patent/JPS5951465A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS567362A (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-26 | Union Carbide Corp | Organic electrolyte for rechargeable battery |
JPS56136469A (en) * | 1980-03-11 | 1981-10-24 | University Patents Inc | Secondary cell and method of charging same |
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