JPS6028170A - 充電可能な電池 - Google Patents

充電可能な電池

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Publication number
JPS6028170A
JPS6028170A JP58136407A JP13640783A JPS6028170A JP S6028170 A JPS6028170 A JP S6028170A JP 58136407 A JP58136407 A JP 58136407A JP 13640783 A JP13640783 A JP 13640783A JP S6028170 A JPS6028170 A JP S6028170A
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JP
Japan
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activated carbon
electrode
carbon fiber
surface area
specific surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP58136407A
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English (en)
Inventor
Keigo Momose
百瀬 敬吾
Hayashi Hayakawa
早川 林
Nobuharu Koshiba
信晴 小柴
Atsushi Nishino
敦 西野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP58136407A priority Critical patent/JPS6028170A/ja
Publication of JPS6028170A publication Critical patent/JPS6028170A/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
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • 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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Secondary 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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、移動用直流電源、バックアップ用電源などに
用いる充電可能な電池に関する。
従来例の構成とその問題点 従来、リチウムを負極の活物質とした高エネルギー密度
の電池、いわゆるリチウム電池としては正極にフッ化炭
素とカーボンブラックとの混合体、あるいは二酸化マン
ガンとカーボンブラック及び結着剤との混合体を用い、
負極にリチウム金属、電解液に過塩酸リチウムまたはホ
ウフッ化リチウムヲ溶かしたプロピレンカーボネー1−
やγ−ヅチロラクトン、又はこれらと1,2ジメ1〜キ
シ工タンζ以下DMEと呼ぶ)との混合溶液が用いられ
ている。しかしこの系の場合は一次電池としてであり、
充電は現段階ではできない状態である。
一方、充電可能な直流電源電池どしては、活性炭素繊維
をjF、負極に用い、過塩素酸アンモニウムを溶かした
プロピレンカーボネー1−を電解液として用いた電池、
あるいは活性炭素繊維を正(jスとし、負極にリチウム
金属、電解液に過塩素酸リチウムを溶かしたプロピレン
カーホネー1−とDMEとの混合液を用いたものが発表
されている。
これらは、電気二重層における電荷チャージを主にした
ものであるが、電池としての電気容量あるいは充放電ザ
イクルヲ↑命が必ずしも充分ではなく、そのもののもつ
電気抵抗が高いことなどから内部抵抗も高い。
その理由としては、用いる活性炭素繊維の材質の選定が
十分ではないからである。
従来検討されている活性JPN繊維のBET法による比
表面積は最高でも1500m’/ ! でそれ以下が多
く検利されていた。
また、灰分も非常に大きく、カーボンブラックなどに比
較して純度が低いもので、さらに表面積も均一ではなく
バラツキが大きい。
特性に著しく影響を与える活性炭素繊維の細孔半径の選
定も適切ではなかった。
これらのことから、活性炭素繊維と負極活物質を組み合
わせた電池の内部抵抗や電気容量、あるいは充放電サイ
クル寿命などの特性を向上させることが困%Eであり、
活性炭素繊維の使用方法が重要なポイントとなっていた
発明の目的 本発明は電気二重層を利用してなる電極と、充放電可能
な活物質からなる電極とを用いることにより、充電可能
な電池の電気容量が大きくし、しかも充放電サイクル寿
命を向上させることを目的としたものである。
発明の構成 本発明は上記の目的を達成するだめ、活性炭素繊維の改
良探索を行なったところ、つぎの活性炭素繊維が本電池
系においてすぐれた効果を見い出した。
電極にフェノール系樹脂繊維よシ得られた/1′!li
性炭素繊卸:を主体として採用したものである。
ここでの活性炭素繊維は、細孔′−1〈径が小さく、B
ET法による比表面積が500〜2500 m / 9
 と大きくできるものである。
フェノ−/I/系樹脂繊維は純度が16<、BET法に
よる比表面積も大きいとともに均一性にすぐれ3ので、
これより得た活性炭素繊細[は同じように純度が高く、
比表面積も大きく、シート状にしても比表面積の均一な
ものができる。
たとえば、本発明における活性炭素繊維の特徴を従来の
活性炭素繊維と比較すると第1表の如くになる。
第 1 表 これから明らかなように、本発明の活性炭素繊維は従来
よシも比表面積がはるかに人きく、しかも任意に選択す
ることができる。また純度も灰分よりみてはるかにすぐ
れている。
この活性炭素繊維は結着剤と混合してシート状に成型す
ることができるが、結着剤を含ます織布は布状の方が便
利である。
まだ、この繊維を電極のうち正極として用いる場合、集
電体をラミネートするかあるいは一体化して用いるが、
集電体椙利としてはアルミニウ、ζ2チタンなどのラス
、スクリーン、)々ンチンクメ〃ルを用いるとよい。
さらによい手段としては、活性炭木繊維の片m1に均一
に集電体が強固に01’ Mするように金属粉本の溶射
などがすぐれている。
こうすることにより、集電効果が向上するはかりでなく
、活性炭素繊維の願力なり、1)強材ともなり、充放電
ザイクル寿命の向上が期1コJ″′Cきる。
さらに正極の活性炭素繊維においては、負極活物質が変
化しても基本的には何ら変化がなく、電解液の種類によ
シ集電体の材質を変更したり、材質の細孔半径あるいは
表面積を少し変更する程度で応用が可能な物である。
まだ、第1の電極の活物質としては、iin常2次電池
で用いるものはすべて可能であり、たとえば正極として
用いる場合にはマンガン、鉛、ニッケルなどの酸化物や
水酸化物、負極として用いる場合にはリチウム、アルミ
ニウム、マグネシウム。
ナ1−リウム、鉄などがよい。以下、詳細は実施例で説
明する。
実施例の説明 (実施例1) 繊維化したフェノール樹脂を約1000’Cにて不活性
雰囲気(N2ガヌ)中にて熱処理し、BET法による比
表面積2300 m / 9の活性炭素繊維を得た。こ
れを加工して厚さ0.5mmの不織布とし、直径14π
2Hの円形に拐ち抜いた。
そして、同じ大きさのチクンラヌ板と重ねて正(硬とし
、厚さα5 mm 、大きさ1271171のリチウム
金属を負極とし、セパレークとしてポリプロピレンの不
織布、電解液としてプロピレンカーボネー1−とDME
とを容積比1:1で混合し、この混合液に過塩素酸リチ
ウムを1モル/4の濃度で添加したものを準備した。
これらの材料を用い、図に示すようなリチウム電池を作
った。その大きさは直径20m1l 、厚さ1.6mm
である。
まず、ポリプロピレンからなる絶縁」Nロリング1金、
負極端子を兼ねたヌテンレヌ鋼製封口板2と組み合わせ
、その開口部を」二側に静置する。そして、月日板2の
中にリチウム金属からなる負極3を入れ、次に皿状セパ
レータ4を入れて前述した電解液を注液する。その後集
電体5を有するペレット状正極6をセパレーク4」二に
載せ、クロムを2o重量部含有し、ニッケルを含まない
ステンレス鋼からなる正極ケー77を月ロリング1の外
側に〃ツブリングし、ケース開口部を内側へかしめて月
日する。
このようにしてえられた電池をAとする。
さらに正極として、セパレークよりえた活性炭素繊維布
(比表面積1500 n? / f/ ) 及びとの集
電体として片面にチタンラス板を密着させたものを用い
、他は実施例1と同じ条件で電池を(’?+lt成した
これをBとする。
また、BET法による比表面積が160o、rr7 y
の活性炭粉末を80重量部用意し、これとフッ素樹脂の
水性デイスパージヨン(固形分比約60%)を固形分で
20重量部とを混練し、2本のロールでシート成型した
後、厚さ0.27’lff+のチタンのラス板に転写し
た。そして150′Cで2時間乾燥した後厚さ0.57
I711にそろえ、直径14ffl#Iのペレッ・トに
打ち抜いた。このときのペレノ1−重量はそれぞれ10
0m9であった。
このようにしてえられたベレットを正極とし、厚さ0.
57#I+ 、大きさ12F’+71のリチウム金属を
負極とし、セパレークとしてポリプロピレンの不織布。
電解液としてプロビレンカーボネ−1−とDMEとを容
積比1:1で混合し、との混合液に過塩素酸リチウムを
1モ/v/4 の濃度添加したものを桑備した。
これらの利料を用い、Aと同じ大きさの電池を作った。
この電池をCとする。
これらA−Cの電池を用い、各電池の内部抵抗(IR)
と放電持続時間を測定した。なお、放電条件は0.17
71Aで10時間、充電条件は0.1 mAで10時間
、3.5v定電圧力ツトを1ザイクルとし、その初期と
300ザイクル終了後とで0.1@Aで定電流放電を行
ない、終止電圧2.07才での放電持続時間を比較した
。その結果を第2表に示しだ。
第 2 表 第2表から明らかなように、フェノール樹脂より得た活
性炭素繊維を正極として用いたAと、セルロースより得
だ活性炭素繊維を正極としたBと、粉末活性法から得ら
れた正5Qとを比較すると、活性炭素繊維のものは、い
ずれも粉末処決に比11唆して、内部抵抗が低く、かつ
、放電界111:も大きい。
その上、放電サイクル後の劣化も著しく少なくなること
がわかった。
(実施例2) 次に、リチウム以外の活物質を用いた実施例について述
べる。
水酸化物の応用例として、水酸化工・ノケルを用いた場
合には、多孔性焼結ニッケル基板に水酸化ニッケルを含
浸した薄板焼結ニッケ)v極板を作り、封1−1板内に
収納する。
一方の電極は、前記実施例1で述べた活性炭素繊維を主
体とし、その集電体にニッケルネットを使用し、電]V
のケースには鉄に二、グルメツギを施したケースを用い
た。セパレータとしてポリアミ+’系合成繊維からなる
不織布を使用した。電解液は水酸化カリウム3o%溶液
を用いた。このような(黄成で実施例1で示した直径2
0yrrm 、厚さ1.6#J屑の電池りを作った。
この電池を充電条件は0.1mA、10時間で1.5v
カットとじ、放電条件は0.1 mA、カリ・ト電圧は
0.5Vで10時間を1ザイクルとし、充放電試験を1
00ザイクル行なった後、0.171+、Aで定電流放
電を行ない終止電圧0.5■才での放電持続時間を測定
口、その結果を初JtJ3と比111変して第3表に示
した。
第 3 表 前述したリチウムに比較し、電圧は2■とカフ)電圧は
低いが、充放電サイクルか十分可能であることを確認し
た。なお内部抵抗は水酸化カリウム30%溶液を用いる
ので、低いことも判明した。
水酸化物としてはニッケル以外に力l−ミニウノ・にも
適用が可能である。
(実施例3) 次に第1の電極を金属酸化物として、マンガン酸化物を
用いる例について述べる。
電解二酸化マンガンであるγ−二酸化マンガンを350
°Cで熱処理をしてβ型二酸化マンガンに変態させた二
酸化マンガンに黒鉛を混合したのち加圧成型してベレッ
1−を作り、このベレットを前述した封口板内に圧着成
型する。第2の電極は実施例1で述べた活性炭素繊維を
使用し集電体も同様のチタンのラス板を用いてケースに
収納する。
セパレータと電解液及びゲーヌ利相も実施例1で述べた
同様とし、電池Eを試作した。この電池Eを実施例2と
同一条件で充電特性評価した。なおこの時の充電時のカ
ット電圧i1.5V、放電時のカッ1−電圧は0.5v
として充放電ザイクル試験は100ザイクルした。その
時の初期特性と100ザイクル後の放電時間とを第4表
に示した。
第4表 このように金属酸化物としてマンガン酸化物を用いても
充放電ザイクル特性に優れていることを確認した。壕だ
、マンガン酸化物の他、鉛、銀の酸化物も適用が可能で
ある。
一方、第2の電極を表す活性炭素繊維の比表面積の影響
は、BET法で600m/!末八であるとへ表面積が小
さいために、電池容量が甑めて小となり好しくない。ま
た、2600m2/ Yよし大きいと電気導電性が悪く
々す、内部抵抗が高くなる。まだ活性炭素繊維の高比重
が小さくなるために、表面積は大となっても電池充填量
が少なくなり、かえって電池容量が小となることが判り
、最適範囲は500〜2500m”/Vであった。個々
の電池系の最適条件は、電池の形状、電解質の種類、活
物質の種類にもよって変ってくるが、本発明による充電
可能な電池にiM用しうる正極としては、前記比表面積
の最適1面間を超えるものではない。
寸だ、活性炭素繊維の細孔半径の影判・ば、前述した比
表面積と同様に電池特性に著しく影響をおよぼすことが
判明した。
すなわち、10八未満の細孔半径のものを用いる可能な
電池の断面図である。
1・・・・・・絶縁封口リング、2・・印・利口板、3
・・・・・・リチウム金属からなる負極、4・・・・・
・セパレータ、6・・・・・正極集電体、6・・・・・
・正極、7・・・・・・正極ケース。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名7

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)再充電可能な活物質からなる第1の電極と、電解
    液とは反応せずに電気二重層を形成する第2の電極とか
    ら構成される電池であって、第2の電極として細孔半径
    1Q〜50人、BET法による比表面積が600〜25
    00n12/fの活性炭素繊維を用いることを特徴とす
    る充電可能な電池。
  2. (2) 第1 (7) !極の活物質が、リチウム、ア
    ルミニウム、マグネシウム、鉄、ナトリウム、ニッケル
    。 銀、亜鉛、カドミウム+ Kl 、マンガンがら外る金
    属あるいはそれらの金属酸化物またはそれらの水酸化物
    からなる群より選ばれた少なくとも(種である特許請求
    の範囲第1項記載の充電可能な電池。
JP58136407A 1983-07-25 1983-07-25 充電可能な電池 Pending JPS6028170A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58136407A JPS6028170A (ja) 1983-07-25 1983-07-25 充電可能な電池

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JP58136407A JPS6028170A (ja) 1983-07-25 1983-07-25 充電可能な電池

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JPS6028170A true JPS6028170A (ja) 1985-02-13

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ID=15174438

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JP58136407A Pending JPS6028170A (ja) 1983-07-25 1983-07-25 充電可能な電池

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JP (1) JPS6028170A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165047A2 (en) * 1984-06-12 1985-12-18 Mitsubishi Chemical Corporation Pseudo graphite electrode material obtained by pyrolysis
US6528212B1 (en) * 1999-09-13 2003-03-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165047A2 (en) * 1984-06-12 1985-12-18 Mitsubishi Chemical Corporation Pseudo graphite electrode material obtained by pyrolysis
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