JPS6142863A - ポリアセチレン電極を用いた二次電池 - Google Patents

ポリアセチレン電極を用いた二次電池

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JPS6142863A
JPS6142863A JP59162111A JP16211184A JPS6142863A JP S6142863 A JPS6142863 A JP S6142863A JP 59162111 A JP59162111 A JP 59162111A JP 16211184 A JP16211184 A JP 16211184A JP S6142863 A JPS6142863 A JP S6142863A
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JP
Japan
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polyacetylene
electrode
secondary battery
diameter
battery
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Pending
Application number
JP59162111A
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English (en)
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Kazunori Fujita
一紀 藤田
Shinpei Matsuda
松田 臣平
Shigeoki Nishimura
西村 成興
Hiroyuki Sugimoto
博幸 杉本
Masao Kobayashi
小林 征男
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Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/137Electrodes based on electro-active polymers
    • 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
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はポリアセチレンを電極活物質とする効率のよい
長寿命の二次電池に関する。
〔発明の背景〕
主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物の代表例でお
るポリアセチレンは、電気化学的にCtO4−# PF
6− # AsF6− 、 BP4″″などのアニオン
を、またアルカリ金属やオニウム塩の一種である( C
4H41)4N  などのカチオンをドーピングシ、p
型及びn型導電性ボリア七チレンを作ることが知られて
いる( J−C,S、Chem、Comm−(1979
)pp 595〜595、 C&IN、  26  、
 3 9  (1981))。 また・ドーピングされ
たポリアセチレンはアニオン及びカチオンを電気化学的
にアンド−ピングすることができ、との反応を利用した
充放電可能な電池が報告されている( J、C,S、C
hsm、Comm、 (1981)pp317〜319
〕。このようなポリアセチレンを電極活物質とする二次
電池は、軽量で且つエネルギー密度が大きく、出力密度
も大きいという特徴をもつ。
電極として使用されるポリアセチレンには■ フィルム
状に合成したもの[J、Polymer Sci、。
12.11(1974))、、 ■ 特殊な重合条件下で重合時に膜状に成形され、繊維
状微結晶(フィピリル)構造を有する機械的強度の大き
い膜状アセチレン高重合体〔特公昭48−32581号
〕、 ■ 粉末状アセチレン高重合体を加圧成形したもの、 がある。これらのポリアセチレンの微細構造、物性には
差があシ、電極活物質としての性能に相違がある。
ポリアセチレンを電極活物質とする二次電池の系には次
のものが挙げられる。■正極及び負極にポリアセチレン
を用い、イオンのドーピングが充電、アンド−ピングが
放電であるような電池。@正極にポリアセチレン、負極
にリチウムなどのアルカリ金属を用い、正極へのイオン
のドーピングと負極のリチウムの析出が充電であるよう
な電池。
後者の電池では充電時にリチウムの樹枝状析出があり、
電極の短絡を引きおこすという欠点があるので、前者の
電池が実用的である。しかし■の電池においては、電池
の寿命すなわち充放電サイクル数が短かく、満足するも
のに至りていない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電極活物質としてポリアセチレンを用
いた、且つ電池寿命の長い、二次電池を提供することK
ある。
〔発明の概要〕
本発明者は実験研究の結果、二次電池の電極として多孔
質ポリアセチレンの構造、物性、特に、ポリアセチレン
のフィビリル形状、細孔径、細孔容積が電池寿命に大き
く影響を及ぼすことを見出し、直径1μm〜5μmのロ
ッド状繊維の周辺に直−径200〜500オングストロ
ームのフィビリル状の微細繊維のからみ合っている構造
のポリアセチレンを電極活物質とした二電池は寿命が優
れていることを見出した。このポリアセチレン電極は、
細孔容積が2.6〜2.9ζC/gであシ、細孔径が3
500オングストロ一ム以上の細孔容積が全細孔容積の
約50%あシ、細孔も小さい径のものから  I大きな
径のものまで分布していることが細孔分布測定結果から
れかった。
このような微細構造、物性のホlJアセチL/ン電極が
何故充放電サイクル数の向上に寄与するかは明らかでは
ないが、このポリアセチレン電極と電解液の濡れ性に関
係があるものと推定できる。すなわち、電解液によるプ
リアセチレン表面の濡れが向上し、実質的な電気化学反
応表面積が増大しているものと考えられる。
〔発明の実施例〕
実施例1 羽根型の機械式攪拌機を備えた内容積1tのI2ス製オ
ートクレーブに、窒素雰囲気下で、トルエン5001d
、ナト2ブトキシチタニウム0.2コ(0,59rrm
oL )及びトリエチルアルミニウム2ゴ(14,6m
mot)からなる触媒ヲ仕込ミ、7−1r、 、f V
 7ガスを導入し、アセチレン分圧1.6ψ瞥、重合温
度30℃で1時間攪拌しながら重合を行りた。アセチレ
ンガスの導入と同時に赤紫色で短繊維状アセチレン重合
体が生成し始めた。重合終了後、生成した短繊維状アセ
チレン高重合体をガラスフィルターの上に載せ、約1t
のトルエン溶媒を用いて良く洗浄して触媒を除去した。
触媒除去を行った後の短繊維状アセチレン高重合体は5
2重量%のトルエンを含有していた。この短繊維アセチ
レン高重合体を300 kg7cmの圧力でプレスし、
その後、真空下で脱気した。
仁のようKして得られた短繊維状アセチレン高重合体よ
シなる厚さ200μmの多孔質フィルムの走査製電子顕
微鏡写真を第1図に、また、その細孔径に対応する細孔
容積の分布状況の実測結果を第2図に示す。但し第2図
は累積分布曲線として示したもので、すなわち、横軸に
とった細孔径の値以上の細孔径を有する全細孔の合計容
積を縦軸にとったものである。このアセチレン高重合体
は、径が1〜5μmのロッド状繊維と、そのロッド状繊
維のobにからみ合っている径が200〜500オング
ストロームのフィビリルとからなりている。
このフィルムの比表面積を測定した結果x33m/gあ
シ、全細孔容積は2.5 cc/9で、第2図かられか
るように、細孔径3500オングストロ一ム以上の細孔
容積は全細孔容積の約50チであった。また第2図の曲
線の微分曲線である第3図Aの曲線かられかるように、
小さな細孔から大きな細孔まで分布していることが認め
られた。
このフィルムを夫々直径91IIIに打ち抜いて正極及
び負極活物質に用い、(02H5)4NBF4を1 m
ot/lの0度でアセトニトリル溶媒に溶かしたものを
電解液に用いて電池を構成した。両極の七パレータにポ
リプロピレン不織布を、電極集電+Kは白金網を使用し
た。充電は電流密度2 mA/cya2で、ドーピング
率(−CH−ユニット当シのビー/4ントイオンのモル
%)が2motq6になるように行い、放電は充電と同
じ電流密度で電池電圧がIVKなるまで行った。本電池
の開路電圧は2vであシ、クーロン効率が50%に下る
までの充放電サイクル数は596回であった。充放電サ
イクル524回までクーロン効率は90チ以上を保った
実施例2 実施例1のアセチレン高重合体フィルムを正極活物質に
、炭素繊維紙(E715、クレハ化学製)を負極活物質
に、白金網を正極の集電子に、SUS 304エキス/
4’ンドメタルを負極の集電子に、ポリプロピレン不織
布を両極のモノ4レータに、LM LI BF4の炭酸
グロビレン溶液を電解液に用いて電池を構成した。電池
の充放電サイクルテストでは、電流密度2咽ん2でドー
ピング率が2 mot%になるように充電を行い、放電
は充電と同じ電流密度で電池電圧が2■になるまで行っ
た。本電池の開路電圧は3.2vであシ、クーロン効率
が50チになるまでの充放電サイクル数は683回で、
充放電サイクル数545回までクーロン効率は90%以
上を保つ九。
実施例3 アセチレン高6重合体のフィルム(実施例1と同様の方
法で作ったもの。ロッド状繊維の直径は1〜5μm)で
あって比表面積が109m2/g、細孔容積が2.9 
ca/9で、細孔径4000オングストロ一ム以上の細
孔容積が全細孔容積の約50%のものを電極活物質に用
いて、実施例1と同様の電池を構成した。第4図は該ア
セチレン高重合体フィルムの走査電子顕微鏡写真を示す
。充電は電流密度2 mA10n2で、ドーピング率が
2 motチになるように行い、放電は充電と同じ電流
密度で電池電圧が1■になるまで行った。本電池の開路
電圧は2vであシ、クーロン効率が50%に下るま゛で
の充放電サイクル数は587回でありた。充放電サイク
ル504回までクーロン効率は90チの性能を示した。
実施例4 実施例3のアセチレン高重合体のフィルムを正極活物質
とし、負極活物質には直径9mの炭素繊維紙(E715
・″パ化学製)′!″用″″1実−例2と同様の電池を
構成した。電池の充放電サイクルテストは実施例2と同
様の条件で行った。本電池の開路電圧は3.2vであり
、クーロン効率が50チになるまでの充放電サイクル数
は668回で、充放電サイクル数532回までクーロン
効率は90%以上を保った。
実施例5 実施例1で合成、成形したアセチレン高重合体フィルム
を正極活物質とし、負極には直径9rrnaの炭素繊維
紙(E715、クルハ化学社製)を活物質として電池を
構成した。電解液にはLM LiBF4のスルホラン溶
液を、負極の集電子にはSUS 304のエキスバンド
メタルを、正極のそれには白金網を用いた。電池の充電
は電流密度1 m)v’cy’でドーピング率が2 m
ot%になるように行ない、放電は充電と同じ電流密度
で電池電圧が2vになるまで行った。本電池の開路電圧
は3.2vでオシ、クーロン効率が50%になるまでの
充放電サイクル数は657回でありた。充放電サイクル
604回までクーロン効率は90チの性能を示した。
本発明と対比するため−・)次に比較例を記載する。
比較例1  。
窒素雰囲気で内容積500ゴのガラス製反応容器に1.
7dのチタニウムテトラグトヲサイドを加え、30ゴの
トルエンに溶かし、次いで2.7 !!Lt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FI1
4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、次いでこの反応容器を一
78℃に冷却し、触媒溶液を静止させたままでl ’K
110n2の圧力で精製アセチレンガスを吹き込んだ。
すると、直ちに、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49分
で重合を停止した・韻素゛4囲気下で触媒浴液を除去し
た後、−78℃に保ったまま精製トルエン100ゴで5
回縁シ返し洗浄した。この膜状のアセチレン高重合体を
真空乾燥し、金属光沢を有する赤紫色の厚さ85μmの
且りシス型ポリアセ・チレン含[98%の膜状アセチレ
ン高重合体を得た。この膜の比表面積全測定した結果6
0 m 19あシ、細孔容積は1.9νeeであった。
細孔容積の50%は細孔径1800オングストローム以
下の細孔のものであった。第3図Bの曲線はこの膜につ
き実測した細孔径と細孔容積の微分1III線を示して
いるが、細孔径の分布は狭いことがわかる。
この膜を直径9嘔に打ち抜いて正極及び負極に用い、実
施例1で示したと同様(電池を構成した。
充放電サイクルテストも実施例1と同じ条件で行った。
本電池の開路電圧は2vでおりたが、クーロン効率が5
051になるまでの充放電サイクル数は250回でおっ
た。
比較例2 比較例1で合成したアセチレン高重合体膜を正極に用い
、負極には直径9mの炭素繊維紙(E715、クレハ化
学製)、電解液にはIM LiBF4の炭酸プロピレン
溶液を用い電池を構成し念。電極の集電子は実施例2の
それと同一である。電池の充放電サイクルテストでは、
電流密度2 r−t7art’で正極のドーピング率が
2 rnoL %になるように充電を行い、放電も充電
と同じ電流密度で、電池電圧が2vになるまで行った。
本電池の開路電圧は3.2vであシフ−ロン効率が50
 %IICなるまでの充放電サイクル数は280回であ
りた。
〔発明の効果〕
以上の如く本発明に係るポリアセチレン電極を用いた二
次電池は、従来のポリアセチレン電極を用いた二次電池
よシも電池寿命を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1に係るポリアセチレン電極の
走査型電子顕微鏡写真、第2図は同実施例に係るポリア
セチレン電極の細孔分布、第3図は同実施例および比較
例1のポリアセチレン電極の細孔分布の微分曲線、第4
図は本発明の実施例3に係るポリアセチレン電極の走査
型電子顕微鏡写真である。 第 j1ンi ―−−(ty、ltf’ −r−j 第2図 第3図 譲田Aイ五(オレグストローム) RX  4 1’、;’、r<!。 −,5)l□   − 手続補正書彷幻 昭和t2年ノλ月λ仝日 特許庁長官志賀 学 殿    22 】、事件の表示              ゛i昭和
り?手持 許願第11p21/1号λ 発明の名称 氏 名(名称)  鬼’r&/Thネ二 8立、覧作戸
1(に紬・1) 4、代理人 住 所  東京都千代田区丸の内2丁目6番2号丸の内
へ重洲ビル3305、 補正命令の日付 昭fo r7年 rt月 x7a −−→ 補     正    書 本願明細書中下記事項を補正いたします。 記 1、@13頁2〜3行目、7行目に 「ポリアセチレン電極の」とあるをそれぞれ「ポリアセ
チレン電極の繊維の形状を示す」と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、正極と負極との間に電解質を含み、正極および負極
    または少くとも一方の電極に多孔質ポリアセチレン電極
    を用いた二次電池において、該多孔質ポリアセチレン電
    極は、直径1ないし5μmのロッド状ポリアセチレン繊
    維の周りに直径200ないし600オングストロームの
    フィビリル状ポリアセチレン微細繊維がからみ合ったも
    のからなることを特徴とする二次電池。 2、上記多孔質ポリアセチレン電極の細孔容積は2.6
    ないし2.9cc/gであり、細孔径が3500オング
    ストローム以上の細孔容積が全細孔容積の約50%であ
    る特許請求の範囲第1項記載の二次電池。
JP59162111A 1984-08-01 1984-08-01 ポリアセチレン電極を用いた二次電池 Pending JPS6142863A (ja)

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Cited By (2)

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