JPS61285656A - 非水系の二次電池 - Google Patents

非水系の二次電池

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Publication number
JPS61285656A
JPS61285656A JP60126146A JP12614685A JPS61285656A JP S61285656 A JPS61285656 A JP S61285656A JP 60126146 A JP60126146 A JP 60126146A JP 12614685 A JP12614685 A JP 12614685A JP S61285656 A JPS61285656 A JP S61285656A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductive polymer
cyclic ester
polyacetylene
doping
secondary battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP60126146A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Yoshino
彰 吉野
Kenichi Sanechika
健一 実近
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication of JPS61285656A publication Critical patent/JPS61285656A/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
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • 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] 本発明は小型軽量の非水系二次電池に関する。
[従来の技術] 従来、高容量新型二次電池に対する社会的ニーズは非常
に大きかった。それにも拘らず鉛二次電池やニッケルカ
ドミウム二次電池に代る新型二次電池は未だ実用化され
ていない。実用化の大きな障害となっている点として負
極活物質の問題が挙げられる。即ち正極活物質について
は種々提案され、そのいくつかについてはサイクル性や
自己放電特性等の基本性能は既に実用域に近いものもあ
る。
しかし、負極活物質の場合は、リチウム金属又はその合
金が有力候補として数十年来検討されてきたにも拘らず
、未だ以下に示す問題点が解決されていない。
(a)デンドライト現象による急速な性能低下(b)低
い電流効率 (C)低いサイクル性能 そして現在ではリチウム負極の二次電池化は実質的に不
可能とされている。
又、リチウム負極に代るものとしてWO2等が一部では
提案されているが容量的には全く満足できるものではな
い。
一方、EP−38118にポリアセチレン等の共役系導
電性重合体を電極活物質として用いることが提案されて
いる。特にアルカリ金属等のカチオン種でn−ドープさ
れた導電性高分子は電位的にもリチウム負極に代る負極
活物質として大いに期待されている。しかしながら前記
EP−36118に記載の如く該n−ドープされたポリ
アセチレン等の共役系重合体は負極活物質として下記の
点において致命的欠陥を有している。即ち第一点として
安定性に欠けることが挙げられる。その結果として、 (a)繰り返し充放電サイクルによる性能劣化が著しい
こと、 (b)自己放電が余りにも大きいこと、(C)電解液溶
媒として実質的に使用し得るのがエーテル系溶媒に限ら
れていること。該エーテル系溶媒は電気化学的耐酸化性
が著しく劣り、結果として高起電力をもたらす正極活物
質との組合せが理論的に不可能であること、 (d)炭酸エステル、エステル系等の電気化学的耐酸化
性の優れた溶媒中では該n−ドープされたポリアセチレ
ンが実質的に存在し得ないこと、 等につながる。
第二点として、充放電容量不足ということが挙げられる
。即ち従来、充放電し得る電気化学的当量は、例えばポ
リアセチレンCIユニット光す、せいぜい6〜7モル%
相当でしかない。
かかる性能は本来導電性高分子電池に対して期待されて
いる高容量、軽量二次電池という観点からは、全く満足
できるレベルでない。
[本発明が解決しようとする問題点] 本発明は前述n−ドープされた導電性高分子の安定性向
上、更には電気容量の向上を実現し、小型、軽量でかつ
サイクル性、自己放電特性に優れた非水系の二次電池を
提供する為になされたものである。
[問題点を解決するための手段及び作用]本発明によれ
ば、導電性高分子からなる負極を有する非水系の二次電
池であって、該導電性高分子の表面が一般式(I) (I) で示される環状エステルとn−ドープ状態の該導電性高
分子との間の反応生成物により被覆されていることを特
徴とする非水系の二次電池が提供される。
本発明で云う導電性高分子とは、共役二重結合鎖を主鎖
とするものであって、例えば (a)ポリアセチレン、ポリメチルアセチレン等のアセ
チレン系重合体 (b)ホリフェニレン、ホリフェニレンビニレン、ポリ
ナフタレン、ポリアズレン、ポリアセン等の芳香族系重
合体 (C)ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニルキ
ノリン、ポリフェノチアジン、ポリアニリン等の複素芳
香族系重合体 等が挙げられる。
かかる導電性高分子は化学的ドーピング方法、電気化学
的ドーピング方法等の方法により、リチウムイオン、ナ
トリウムイオン、カリウムイオン、テトラアルキルアン
モニウムイオン等の陽イオンによりn−ドーピングされ
ることは公知の事実である。本発明において、一般式(
I)(I) で示される環状エステルとn−ドープされた導電性高分
子とを反応させ、該導電性高分子の表面をその反応生成
物で被覆する方法としては、(a)化学的ドーピング方
法 リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属と、
ビフェニール、ナフタレン、アントラセン等との有機金
属錯体、ブチルリチウム、エチルリチウム等の有機金属
化合物等により導電性高分子を1−ドーピングした後、
一般式(I)で示される環状エステルと反応せしめる方
法 (b)電気化学的ドーピング方法 一般式(I)で示される環状エステルの存在下、導電性
高分子を電極として電気化学的に還元、即ちn−ドーピ
ングし、一般式(I)で示される環状エステルと反応せ
しめ、該導電性高分子の表面をその反応生成物で被覆せ
しめる方法 等の方法が挙げられ、特に本発明で用いる一般式(I)
で示される環状エステルは一般に非水電解液の溶媒とし
て用いられるものであり、(b)電気化学的ドーピング
方法は特に適した方法である。
(b)法の一態様として、該導電性高分子を負極とする
非水二次電池において、その電解液溶媒の一部又は全部
を一般式(I)で示される環状エステルとすることによ
り、その初充電過程において、本発明の目的とする反応
生成物による表面被覆を行わせしめることができ、更に
好都合である。
前述の如く、本発明の一般式(I)で示される環状エス
テルは非水電解液溶媒としても優れた性能を有し、かか
る初充電過程において表面被覆せしめた後、電解液を交
換する必要もなく、そのまま用いることができるという
大きな利点をも有する。
該化合物(I)を用いるに際し、これをそのまま電解液
溶媒としても良いし、他の溶媒で溶解又は希釈して用い
ても良い。この場合核化合物CI)の含有量(電解質を
除いた重量%)は通常0.1重量%〜100重量%、更
に好ましくは10重量%〜100重量%の範囲である。
ここで用いる希釈溶媒としてはテトラヒドロフラン、ジ
メトキシエタン、ジエチルエーテル、アセトニトリル、
プロピオニトリル、スルホラン、γ−ブチロラクトン、
ベンゼン、トルエン、アニソール等が例として挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。
電解質としてはLiClO4,LiC1,LiBF4.
 LiBr。
Lid、 LiPF6. CH35O3Li、 CF3
SO3Li、 NaClO4゜NaBFn、 NaI、
 KPF6. (n−Bu)aN−0104等が例とし
て挙げられる。
次に電気化学的に表面被覆を行うに際して、その電位範
囲としてはリチウム標準電位に対し+3.O■カI”)
−0,I V、更には+2.5 Vカ1”)0.OV、
更に好ましくは+0.3vから0.Ovの範囲である。
+3.Ovを越す場合には安定化効果をもたらす電気化
学的還元反応が充分に起こり得す好ましくない。又−0
,1vを越して卑な電位範囲ではリチウムイオンの還元
反応が並行して起こり、Liデンドライトが析出してく
るので好ましくない。
前記電位範囲において通電する電気量は本発明において
重要である。即ち導電性高分子に対し一定電気量の通電
処理を行わせしめることにより、飛躍的にその安定性が
向上する。かかる過程において導電性高分子はn−ドー
プされると同時に、何らかの電気化学的安定化作用を受
けるものと推察される。かかる安定化効果がもたらされ
る通電電気量は導電性高分子の共役鎖を形成する原子当
り30〜80モル%相当の電気量、更に好ましくは35
〜70モル%相当の電気量の範囲である。
本発明で用いられる環状エステルの一例を示せば、 等が挙げられる。
かかる環状エステルとn−ドープされた導電性高分子と
の反応生成物、即ち表面被覆形成物質について下記の事
実が見出されている。
該表面被覆形成物質は導電性高分子と化学的に結合して
いるのではないこと。かかる事実は表面被覆された導電
性高分子をメタノール、エタノール等の溶剤で洗浄する
ことにより、容易に除去され、残った導電性高分子は全
く元の表面被覆する前の構造と一致することから確認さ
れている。
前述の如く本発明の被覆されたn−ドープ状態の導電性
高分子は、非常に安定化され、電気化学的にも極めて安
定な可逆性を有するようになり、非水系二次電池、固体
電解質系二次電池の負極活物質として極めて優れた性能
を発揮する。かかる二次電池を製造する場合、前記方法
により得られる本発明の被覆された導電性高分子のn型
ドープ状態又はアンドープ状態のものを負極として組立
てても良いし、又、非水系二次電池の場合には前記の電
気化学的被覆処理液を二次電池電解液として用いれば初
充電過程において電気化学的被覆処理が行われ好都合で
ある。かかる二次電池の正極活物質としては特に限定は
しないが、FeS2 、 TiS2 。
TiS3. Mn0z、 Li1−xcoo2(但し0
<x≦1)。
V2O5,MOO3,CuF+、更にはP型ポリアセチ
レン、P型ポリパラフェニレン、P型ポリピロール等の
正極活物質から任意に選択される。
又非水電解液としてはテトラヒドロフラン、ジメトキシ
エタン、スルホラン、メチルスルホラン、フロピレンカ
ーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、アセトニトリル、プロピオニトリル等で代表される
有機溶媒に、LiCl0a、 LiC1,LiBr、 
LiBFa、 LiPF6. NaGI04゜NaBF
a、 NaPF6. CH3S03に、 CF3SO3
に、 KPF6等で代表される電解質を溶解せしめたも
のが用いられる。
又、固体電解質としては特に限定しないが、LiI、 
LiI(AI!203)、 Li3N、 Na5Zr2
Si2PO+z。
K2O・5.2Fe203・0.8ZnO等が用いられ
る。
[発明の効果] 本発明の被覆されたn−ドープされた導電性高分子は極
めて安定化され、これを負極活物質として用いた二次電
池は長期充放電サイクル性、自己放電特性、電圧維持特
性等の面で従来のn型導電性高分子を用いた場合に比べ
驚異的な性能向上が見られ、実用的な新型二次電池とし
て極めて有用である。
[実施例] 以下本発明を実施例により更に詳しく説明する。
実施例1 O,13M−LiC104−γ−ブチロラクトン溶液を
電解液とし、13mgのポリアセチレンを作用極に、対
極に50mgのリチウム金属、参照極にリチウム金属か
らなる二極電気化学反応系を設定し、作用極をカソード
として5mA定電流で2.3時間通電処理を行った。こ
の時の通電電気量Q = 0.0115AHr、ドープ
量A = 42.9%相当の電気量であった。この間、
作用極ポリアセチレンの参照極に対する電位は+2.7
vから+0.04Vに変化した。
次に作用極をアノードとして5mA定電流で通電処理を
行ったところ、作用極の電位が+2.5vに達するまで
1.01時間要した。この後電解液を抜き取り、ポリア
セチレンをプロピレンカーボネート、ベンゼンの順で洗
浄した後、乾燥した。
乾燥後測定したこのポリアセチレンの赤外スペクトルを
第1図に示す。又、未処理のポリアセチレンを参照試料
として測定した差スペクトルの結果を第2図に示す、明
らかに被覆層が形成されていることが確認された。
次にこのポリアセチレンをメタノール中に浸漬し洗浄し
た後、乾燥させた。第3図にこの時の赤外スペクトルを
示す。このスペクトルは元のポリアセチレンのスペクト
ル(第4図)と一致した。
比較例1 実施例1においてγ−ブチロラクトンをテトラヒドロフ
ランに変えた以外は全く同じ操作を行った。テトラヒド
ロフランで洗浄後のポリアセチレンの赤外スペクトルを
第5図に示す。このスペクトルは元のポリアセチレンの
スペクトルと一致し、被覆層が形成されていないことが
判明した。
実施例2 実施例1においてポリアセチレンをポリチオフェンに、
又プロピレンカーボネートをδ−バレロラクトン/ベン
ゼン(75/25重量比)に変えた以外は全く同じ通電
処理を行った。
この時の通電電気量はQ = 0.0113AHr、ド
ープ量A = 42.2%相当の電気量であった。この
間作用極ポリチオフェンの参照極に対する電位は2.7
vから+〇、OIVに変化した。
次に作用極をアノードとして5mA定電流で通電処理を
行ったところ0.8時間で+2.5vに達した。実施例
1と同様の操作によりポリチオフェンを洗浄、乾燥した
ところ、重量は23mgであり77%の重量増を示して
いた。
実施例3 実施例1においてポリアセチレンをポリ−p−フェニレ
ンに、又γ−ブチロラクトンをγ−ブチロラクトン/γ
−バレロラクトン(50150重量比)に変えた以外は
全く同じ通電処理を行った。
この時の通電電気量はQ = 0.0110AHr、ド
ープ量A = 41.0%相当の電気量であった。この
間、作用極ポリアセチレンの参照極に対する電位は2.
7 V カラ0.01V ニ変化シタ。
次に作用極をアノードとして5mA定電流で通電処理を
行ったところ、0.82時間で+2.5vに達した。実
施例1と同様の洗浄、乾燥を行った後、ポリ−p−フェ
ニレンの重量は21mgであり、62%の重量増を示し
ていた。
実施例4 負極としてポリアセチレン1.3g、正極としてLiC
oO23,7gを用い、0.8M−LiBh −γブチ
ロラクトン溶液として第6図に示すペーパー型バッテリ
ーを試作した。
第6図において、lはAj)ラミネートポリエチレンよ
りなる外装フィルム、2は白金メッキされた厚さ50ル
、  5 cmX 5 amのニッケル箔よりなる正極
集電体で外装フィルム1と爆着されている。3は正極活
物質、4はポリプロピレン不織布よりなるセパレーター
、5は負極活物質、6は厚さ50μで5 cmX 5 
coのニッケル箔よりなる負極集電体である。
このバッテリーを10!IA定電流で120時間初充電
を行った。この時の通電電気量Q=1.2AHr、ドー
プ量= 44.8%相当の電気量であった。
次に50mA0mA定電流5vまで放電させた。
上記処理後、充電終止電圧4.5v、放電終止電圧2.
5Vの条件下5hAの定電流充放電テストを行った。サ
イクル結果を第7図aに示す。
比較例2 実施例2においてLiCo0z 3.7gを天然黒鉛3
゜7gに変えた以外は同じペーパー型バッテリーを試作
した。このバッテリーを最初から、充電終止電圧4.5
■、放電終止電圧2,5vの条件下5001Aの定電流
充放電テストを行った。サイクル結果を第7図すに示す
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図は赤外吸収スペクトル図を表わし、第6
図はペーパー型バッテリーの概略断面図、第7図はサイ
クルテスト結果を表わすグラフである。 第6図において、1は外装フィルム、2は正極集電体、
3は正極活物質、4はセパレーター、5は負極活物質、
6は負極集電体。 第7図においてaは実施例4の結果を、bは比較例2の
結果を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電性高分子からなる負極を有する非水系の二次
    電池であって、該導電性高分子の表面が一般式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼ (R_1、R_2は水素原子又はハロゲン原子、又はア
    ルキル基、又はアリール基を示し、nは2≦n≦5の範
    囲の整数を表わす。) で示される環状エステルとn−ドープ状態の該導電性高
    分子との間の反応生成物により被覆されていることを特
    徴とする非水系の二次電池。
JP60126146A 1985-06-12 1985-06-12 非水系の二次電池 Pending JPS61285656A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS646381A (en) * 1987-06-29 1989-01-10 Showa Denko Kk Secondary cell
JP2020047463A (ja) * 2018-09-19 2020-03-26 株式会社東芝 電極、積層体、リチウムイオン二次電池、電池パック及び車両

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS646381A (en) * 1987-06-29 1989-01-10 Showa Denko Kk Secondary cell
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