JPS62181334A - 繊維状アニリン類ポリマの合成法 - Google Patents

繊維状アニリン類ポリマの合成法

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JPS62181334A
JPS62181334A JP61023033A JP2303386A JPS62181334A JP S62181334 A JPS62181334 A JP S62181334A JP 61023033 A JP61023033 A JP 61023033A JP 2303386 A JP2303386 A JP 2303386A JP S62181334 A JPS62181334 A JP S62181334A
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Japan
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aniline
polyaniline
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battery
aqueous solution
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JP61023033A
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English (en)
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Atsuko Toyama
遠山 厚子
Kazunori Fujita
一紀 藤田
Hiroyuki Sugimoto
博幸 杉本
Noboru Ebato
江波戸 昇
Shinpei Matsuda
松田 臣平
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Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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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
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (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〕 本発明はアニリン又はアニリン誘導体のポリマの合成法
に係り、特に電池の電極材料に好適な繊維状アニリン類
のポリマの合成法に関する。
(従来の技術〕 アニリン及びアニリンSi ’11体のポリマは、その
モノマーの酸性水溶液を電解酸化または化学酸化するこ
とにより合成できることが知られている。その中の一つ
ポリアニリンについては、J、EIectroanal
、Chem、、161.399(1984)に電解酸化
法、Electrochimica、Acta、13.
1451 (1968)に化学酸化法が記載しである。
本発明者らは、これらの方法に従いポリアニリンを合成
し、それを電池の電極として用いることを検討していた
しかし、電解酸化して得られたポリアニリンと化学酸化
して得られたポリアニリンでは電池性能が異なり、電解
酸化して得られたポリアニリンの方が電極容量も大きく
、また長寿命であった。本発明者らは種々検討し、この
電池性能の相違はポリアニリンの形態の違いによるとい
うことを見い出した。ポリアニリンは、アニリン酸性溶
液を電解酸化した場合、第1図に走査型電子顕微鏡写真
を示すが、フィブリル状(繊維状)であり、化学酸化し
た場合、第2図の走査型電子顕微鏡写真のように粒子状
である。すなわち、フィブリル構造をもつポリアニリン
は、電池の電極材料としては好適であり、その性能、特
にエネルギー密度に影響するイオンのドーピング率は大
きく、また充放電サイクル寿命も長いということが判明
した。
しかし、電解酸化では生成ポリアニリン量は消費電力に
左右され、化学酸化のものよりコストが高く、また、工
業的応用を計るには問題が多い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、アニリン又はアニリン誘導体のポリマ
、特に電池の電極材料に好適なポリマの合成にお1)で
、上記欠点を有する電解酸化法によらず、低コストの化
学酸化により合成する方法を提供するところにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、工業的にコストが安い化学酸化によって
、しかも電解酸化の場合と同様に電池性能が良好なアニ
リン系ポリマを合成する方法を検討し、電解酸化で得ら
れるポリマと同じようにフィブリル状で、電池の電極材
料として好適なポリマの化学酸化による合成法を見い出
した。それは、アニリン系モノマーの酸性溶液を酸化剤
で化学酸化させる際、反応系全体を加温して合成する方
法であり、これにより化学酸化でもフィブリル状のポリ
マが合成できる。この場合、加温はアニリン系モノマー
の酸性溶液が常温(20℃)以上になればよく、特に4
0℃付近が望ましい。
本発明で使用するアニリン誘導体とし−ては、N−メチ
ルアニリン、2−メチルアニリン、2−アミノアニリン
、O−ジフェニルアニリン、0−クロロアニリン等があ
る。
本発明で用いられるアニリン系モノマー酸性?容ン夜は
、llBF4. HCl14.、 H(1,H2SO4
などの酸とアニリン系モノマーの混合溶液であり、溶液
のpHはpH3以下である。また、過硫酸アンモニウム
、三塩化鉄、過酸化水素水、キノン等の酸化剤を少なく
とも一種用いる。酸化剤は、アニリンの2〜4当量使用
し、一度にアニリン系モノマーの酸性溶液に加えてもよ
いが、水溶液とし徐々にアニリン系モノマーの酸性溶液
に加えてもかまわない。いずれの場合も、アニリン系モ
ノマーの酸性溶液は反応終了まで加温され続けなければ
ならない。
特に合成時の加温効果はポリアニリンにて顕著であり、
40℃に加温し、反応温度を一定に保ったときは電解酸
化反応で合成したときのようにフィブリル状のポリアニ
リンが生成する。
以下、本発明の詳細な説明する。
(実施例1) 0.2Mのアニリンを含む1.0M llBF4水溶液
中に、0.1Mの過硫酸アンモニウム((NH4) z
szOe)溶液を温度40℃に保ちながら1.5時間添
加してポリアニリンを合成した。このポリアニリンを水
洗し、80℃で真空乾燥して微粉化した。ポリアニリン
の走査型電子顕微鏡写真を第3図に示すが、フィブリル
構造(繊維状)である。フィブリルの直径は約2300
オングストロームであった。
(実施例2) 0.2Mのアニリンを含む1.0M llBF4水溶液
中に、0、1Mの過硫酸アンモニウム((NIIa)z
szoa)溶液を温度60℃に保ちながら1.5時間添
加してポリアニリンを合成した。このポリアニリンを水
洗し、80℃で真空乾燥して微粉化した。ポリアニリン
の走査型電子顕微鏡写真は第3図と同様にフィブリル状
であったが、その直径は細く、1800オングストロー
ムであった。
(実施例3) 0.2Mのアニリンを含む0.5M H2SO4水溶液
中で実施例1と同様の条件で化学酸化を行い、同様の後
処理でポリアニリンの粉末を得た。このポリアニリンの
走査型電子顕微鏡写真による形態は第3図に示すものと
同様でフィブリル状であり、その直径は約3000オン
グストロームであった。
(実施例4) 0.2Mのθ−メチルアニリンを含む1.0M llB
F4水溶液中に、O1団の過硫酸アンモニウム((Nl
+、、)2SzOo)溶液を温度40℃に保ちながら1
.5時間添加してポリメチルアニリンを合成した。この
ポリメチルアニリンを水洗し、80℃で真空乾燥して微
粉化した。このポリマの走査型電子顕微鏡写真は第3図
に示すものと同様でフィブリル状であり、その直径は約
3200オングストロームであった・ (実施例5) 0.2Mのアニリンを含む1.OM llBF4水?容
?夜にアニリンと当量の三塩化鉄(FeCl :I)の
溶液を温度40’Cに保ちながら添加して、ポリアニリ
ンを合成した。これを水洗し、80″Cで真空乾燥して
微粉化した。ポリアニリンの走査型電子顕微鏡写真は第
4図に示すような細いフィブリル状であり、その直径は
約1500オングストロームであった。
(実施例6) 0.2Mのアニリンを含む1.0M llBF4水溶液
中に、アニリンと当量の過酸化水素水(11□0□)と
アニリンの3X10−3当量の三塩化鉄(FeCj! 
3)の混合溶液を温度50℃に保ちながら1.0時間添
加してポリアニリンを合成した。これを水洗し、80℃
で真空乾燥して微粉化した。このポリマの走査型電子顕
微鏡写真は第4図と同様に細いフィブリル状であった。
その直径は約1300オングストロームであった。
(実施例7) 0.2MのP−アミノジフェニルアミン((Σ)N I
I◎Ni+□)を含む1.OM llBF4水溶液中に
、P、アミノジフェニルアミンと当量の過硫酸アンモニ
ウム((NI+4) zszOa)の水溶液を温度40
°Cに保ちながら2.0時間添加してポリアニリンを合
成した。これを水洗し、80℃で真空乾燥して微粉化し
た。このポリマを走査型電子顕微鏡写真で観察すると、
配向性の良い、細いフィブリル状であり、その直径は約
1500オングストロームであった。
(比較例1) 0.2Mのアニリンを含む1.0M llBF4水溶液
中に0.1?lの過硫酸アンモニウム溶液を温度0℃に
保ちながら1.5時間添加し、ポリアニリンを合成した
。このポリアニリンを水洗し、80℃で真空乾燥して微
粉化した。ポリアニリンの形態は第2図の走査型電子顕
微鏡写真に示すように微粒子状であった。
(比較例2) 0.2Mのアニリンを含む1.OM HBF4水溶液に
0.1Mの過硫酸アンモニウム溶液を温度18℃に保ち
ながら1.5時間添加し、ポリアニリンを合成し、比較
例1と同様の後処理でポリアニリン粉末を得た。このポ
リアニリンの走査型電子顕微鏡写真は第2図に示すもの
と同じ粒子状であった。
(使用例1) 実施例Iで合成した繊維状ポリアニリンにアセチレンブ
ラック10重量パーセント添加して混合し、10mgを
300kg/cI11の圧力で直径911のベレットに
成形し、これを正極に、50[,1−50AN  (原
子パーセント)の合金を負極に、l mol/ lのL
iBF4を溶解した炭酸プロピレンとジメトキシエタン
(1:18坩比)を電解液に用い、電極間のセパレータ
にポリプロピレンを用いて電流を構成した。この電池を
いったん放電した後、電流密度11II八/cI11で
充電したときのポリアニリンへのBF4−のドーピング
率は(対アニリンユニット)は65モルパーセントを得
た。またこの電池でドーピング率30モルパーセントと
し電流密度1mA/C4で充電し、同じ電流密度で電池
電圧がivになるまで放電する充放電サイクル試験を行
ない、500回サイクルでもクーロン効率(充電と放電
 ゛の電気量の比)は98%以上であった。本電池の充
電終了後の開路電圧は3.6■であった。
(使用例2) 実施例5で合成した繊維状ポリアニリンを使用例1と同
様の操作でベレットとし、使用例1と同様に電池を構成
した。この電池をいったん放電した後、電流密度1mA
/cnlで充電したときのポリアニリンへのOF、−の
ドーピング率(対アニリンユニット)は53モルパーセ
エントを得た。
またこの電池でドーピング率30モルパーセントとし電
流密度1 mA/cイで充電し、同じ電流密度で電池電
圧がIVになるまで放電する充放電サイクル試験を行い
、500サイクルでもクーロン効率は98%以上であっ
た。本電池の充電終了後の開路電圧は3,6■であった
(比較例3) 比較例1で合成した粒子状ポリアニリンを使用例1と同
様の操作でペレットとし、使用例1と同様に電池を構成
した。この電池をいったん放電した後、電流密度1mA
/cnlで放電したときのポリアニリンへのBP、−の
ドーピング率(対アニリンユニット)は32モルパーセ
ントを得た。またこの電池でドーピング率30モルパー
セントとして電流密度1mA/cJで充電し、同じ電流
密度で電池電圧が1■になるまで放電する充放電サイク
ル試験を行ない、180回以降よりクーロン効率が低下
しはじめた。
(発明の効果〕 本発明によれば、化学酸化反応であっても、電解酸化反
応で得られるボニアニリン及びアニリン誘導体のポリマ
と同等の形態を持ち電池性能のすぐれたポリマの合成が
可能であるので、合成設備及びコストの面で電解反応に
比べ筒略化でき、かつ経済的な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は電解合成で得られたポリアニリンの操作型電子
顕微鏡写真、第2図は、低温で化学合成して得られたポ
リアニリンの電子顕微鏡写真、第3.4図は加温して化
学合成して得られたポリアニリンの電子顕微鏡写真であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、アニリン又はアニリン誘導体の酸性水溶液を酸化剤
    によって化学酸化しポリマを合成する方法において、合
    成時に常温以上の温度に加温することを特徴とする繊維
    状アニリン類ポリマの合成法。 2、加温する温度が40℃以上であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の繊維状アニリン類ポリマの
    合成法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0295676A2 (de) * 1987-06-19 1988-12-21 BASF Aktiengesellschaft Durch oxidative Polymerisation erhältliche Polymere
JP2000239361A (ja) * 1998-07-06 2000-09-05 Showa Denko Kk 導電性重合体、固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法
JP2009239296A (ja) * 1998-07-06 2009-10-15 Showa Denko Kk 固体電解コンデンサ及びそれらの製造方法

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