JPS6243066A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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Publication number
JPS6243066A
JPS6243066A JP60181511A JP18151185A JPS6243066A JP S6243066 A JPS6243066 A JP S6243066A JP 60181511 A JP60181511 A JP 60181511A JP 18151185 A JP18151185 A JP 18151185A JP S6243066 A JPS6243066 A JP S6243066A
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JP
Japan
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polyaniline
secondary battery
positive electrode
battery
aniline
Prior art date
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Pending
Application number
JP60181511A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Fujita
一紀 藤田
Hiroyuki Sugimoto
博幸 杉本
Atsuko Toyama
遠山 厚子
Noboru Ebato
江波戸 昇
Shinpei Matsuda
松田 臣平
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.)
Hitachi Ltd
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Showa Denko KK, Hitachi Ltd filed Critical Showa Denko KK
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Priority to EP86105230A priority patent/EP0198484A3/en
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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)
  • 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、二次電池、特に正極、負極及び電解質を含み
、正極の電極活物質に導電性ポリマーを用いてなる二次
電池に関するものである。
〔発明の背景〕
導電性ポリマーを電極活物質に使用する電池は、高エネ
ルギー密度あるいは高出方密度がとれる電池で、かつ充
電が可能なものとして注目されている。導電性ポリマー
の代表的なものは1例えばポリアセチレンであり、電気
化学的にCaO2−。
PF、−、BF4−やAsF@−等の陰イオンが、また
Li0や(C4H,)、N”などの陽イオンがドーピン
グされ、p型及びn型導電性ポリアセチレンとなり、こ
の反応を利用して電池をつくることが報告されている(
例えば特開昭56−136469号公報)。
その他ポリピロール(第25回電池討論会、講演要旨集
、(1984) p 256) 、ポリチオフェン(特
開昭58−212067号公報)やポリフェニルキノリ
ン(特表昭59−500033号公報)を電極活物質に
使う充電可能な二次電池が提案されている。これらの品
ではいづれも電解液は非水溶媒系を使用している。いず
れの電池においても未だ二次電池としてのサイクル寿命
は短かく、また自己放電が大きく実用化の域には至って
いない。
一方、ポリアニリンは、前述のポリマーと同様の電気化
学的挙動を示し、電池への応用が可能である。ポリアニ
リンはアニリンの酸性水溶液で電解酸化反応により合成
することができる(例えば、J、Elactroana
l、Chem、+Vo Q 、 161 (1984)
 p3@9)。電極上に生成した重合膜は支持塩を含む
酸性水溶液中で可逆的に酸化量還元反応を示し。
電気化学的に活性である。乾燥状態でのポリアニリンの
電気伝導度は10”” から10−”S/(!lまで変
化する(日本化学会誌、 Ncll (1984) 9
1801) 。
正極に電解酸化反応により合成したポリアニリンを、負
極に亜鉛を、電解液4にIMZnSO,水溶液、または
同水溶液に硫酸を加えてpHを低下させたものを用いた
電池は充放電が可能で、充電後の開路電圧は1.2〜1
.6■が得られている(電気化学協会第50回大会、講
演要旨集、(1984) p 228) )。この電池
は電解液に水溶液を使用しており、亜鉛を負極としてい
るので、電池電圧が低く、かつ充電時の亜鉛の樹枝状析
出があり、電極の脱落や電極の短絡が避けられず。
二次電池としての機能をはたすことが非常に難かしい。
また、アニリンを含む2MH(110,水溶液で白金上
に定電位電解してポリアニリンを合成し、これを正極に
し、負極にリチウム金属を、電解液に111OQ/fl
のLiCQO,を溶解した炭酸プロピレン溶液を用いた
非水系のポリアニリン電池は充放電可能であり、充電後
の開路電圧は3.6〜4.0 ■が得られている(第2
3回電池討論会、講演要旨集、(1983) p 19
7) 、この電池の電圧は高く、エネルギー密度も従来
の電池より高いが、サイクル寿命も短かく、かつ負極カ
リチウム金属を使用しているため、充電時のリチウム金
属の樹枝状析出があり、実用的な二次電池となる可能性
は少ない。
このように、導電性ポリマーを電極活物質に使用する電
池は、高エネルギー密度あるいは高出力密度がとれる二
次電池として注目されているにも拘わらず、未だ実用的
な二次電池は得られていない。
〔発明の目的〕
本発明は、前述の問題点を除去し、導電性ポリマーを正
極の電極活物質として用いる実用的な二次電池を提供可
能とすることを目的とするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、正極、負極及び電解液台を含み、前記正極の
電極活物質に導電性ポリマーを用いてなる二次電池にお
いて、前記導電性ポリマーが繊維状構造を有するアニリ
ン類のポリマーよりなることを特徴とするものである。
の他に、例えば、下記のようなものがある。
例えば、ポリアニリンは、アニリンを含む各稀酸の水溶
液から、電気化学的酸化あるいは酸化剤を用いる化学的
酸化で得られる6本発明者らは、合成時の条件によって
ポリアニリンのモルフオルジーが異なり、このモルフオ
ルジーによりポリアニリンを電極活物質として用いた電
池性能が大幅に異なることを見い出した。すなわち、合
成条件により繊維状に生成したり、微粒子状に生成する
、繊維状ポリアニリンは電解酸化や高温での化学酸化に
より得ることができる。
ポリアニリンを正極とする電池においては、その性能、
特にエネルギー密度に影響する陰イオンのドーピング率
は繊維状ポリアニリンが優れており、また充放電サイク
ル寿命も長いということがわかった。この場合の電解液
はLiBF++LiPF、。
LiCQO4,LiAsF、などのリチウム塩を炭酸プ
ロピレンとジメトキシエタンの混合溶媒に溶解したもの
が用いられる。また負極は電池電圧、エネルギ密度の点
からリチウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属を
使用するのが好ましく、充電時にリチウム金属の樹枝状
析出を防ぐため、これら金属とAQの合金が使われる。
なお、電解液は非プロトン性溶媒であれば何等限定され
ることはない。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1) 0.1 Mのアニリンを含む0.5M  HBF4水溶
液中で作用極及び対極に白金を使用し、作用極の電位を
銀−塩化銀参照電極に対し0.9  Vに保ち、室温で
電解酸化を行って作用極上にポリアニリンを合成した。
ポリアニリンを電極からとり、水洗を行い、80℃で真
空乾燥を行い、微粒化した。第1図はこのようにして得
られたポリアニリンの走査形電子顕微鏡写真(倍率X 
10.000)で、ポリアニリンは直径約1 、500
オングストロームの繊維状であった。。
以上のようにして得られたポリアニリンにアセチレンブ
ラックを10重量パーセント添加して混合し、12■を
300kg/dの圧力で、直径9謂のペレットに成形し
、これを正極に、IMのLiBF4を溶解した炭酸プロ
ピレンとジメトキシエタン(1:1容量比)を電解液に
、50Li−50AQ (原子パーセント)の合金を負
極に、電極間のセパレータにポリプロピレンを用いて電
池を構成した。一旦、この電池を放電した後、1m A
 / dの電流密度で充電して、ポリアニリンへのBF
、−のドーピング率は67モルパーセント/アニリンユ
ニットを得た。またこの電池をドーピング率30モルパ
ーセント/アニリンユニットとし電流密度1mA/a#
で充電し、同じ電流密度で電池電圧が1vになるまで放
電する充放電サイクル試験を行ったところ、730サイ
クルでもクーロン効率(充電と放電の電気量の比)は9
9%以上であった。この電池の充電終了後の開路電圧は
3.5 vであった。
(実施例2) 0.1  Mアニリンを含むLM  H□S04水溶液
中で実施例1と同様の条件で電解酸化を行い、同様に後
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81微鏡写真は第1図に示すものと同じで繊維
状であった。
このポリアニリンを使用して実施例1と同様の電池を構
成し、ポリアニリンへのBF4−のドーピング率を求め
たところ、58モルパーセント/アニリンユニットが得
られた。また同様の充放電サイクル試験では、99パー
セントのクーロン効率で740回以上のサイクル数が得
られた。
(実施例3) 0.2 Mのアニリンを含む0.5 MのHBF4水溶
液に、0.1  Mの過硫酸アンモニウム((N H,
)!S□○、)溶液を温度40℃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、微粒化した。第2図
はこのように高温で化学酸化して得られたポリアニリン
の走査型電子顕微鏡写真(倍率X 10,000)で、
ポリアニリンは繊維状構造で、繊維の直径は約1 、5
00オングストロームであった。
このポリアニリンを使用して実施例1と同様の電池を構
成し、ポリアニリンへのBF4−のドーピング率を求め
た結果、62モルパーセント/アニリンユニットが得ら
れた。また同様の充放電サイクル試験では99パーセン
トのクーロン効率で680回以上のサイクル数が得られ
た。
(実施例4) 0.1  Mのアニリンを含むLM  H,So4水溶
液中で実施例3と同様の条件で化学的酸化を行い、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
の走査形電子顕微鏡写真によるモルフオロジーは第1図
に示すものと同様で、繊維状であり、その直径は約20
00オングストロームであつた。
このポリアニリンを使用して、実施例1と同様の電池を
構成し、ポリアニリンへのBF、−のドーピング率を求
めた結果、60モルパーセント/アニリンユニットが得
られ、実施例1と同様の充放電サイクル試験では99%
のクーロン効率で665回以上のサイクル数が得られた
(比較例) 0.2 Mのアニリンを含む0.5 MのHBF4水溶
液に0.1 Mの過硫酸アンモニウム溶液を、温度20
℃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、微粒化した。第3図はこのようにして得られたポ
リアニリンの走査電子顕微鏡写真(倍率X 10,00
0)で、ポリアニリンのモルフオロジーは微粒子状のも
のであった。
このポリアニリンを使用して実施例1と同様の電池を構
成し、ポリアニリンへのBF4−のドーピング率を求め
た結果、34モルパーセント/アニリンユニットであっ
た。実施例1と同様の充放電サイクル試験では、180
回以降でクーロン効率は低下しはじめた。
次に、第4図及び第5図は、それぞれ繊維状のポリアニ
リンと繊維状のポリアセチレンを導電性ポリマーとして
2使用した二次電池の性能の比較を示したもので、ドー
ピング率は、ポリアニリンを用いた電池では20モルパ
ーセント/アニリンユニット、(3モルパーセント/カ
ーボンユニット)、ポリアセチレンを用いた電池では4
モルパーセント/カーボンユニットで、第4図は横軸。
縦軸にそれぞれ放電時間(h)、自己放電率(%)がと
ってあり、Aがポリアニリンを用いた電池、Bがポリア
セチレンを用いた電池の場合を示しており、第5図は横
軸には、充電−1時間休止−放電(電流密度5 m A
 / cd )をサイクルモードとするサイクル数(回
)がとってあり、縦軸にはクーロン効率(%)がとって
あり、Cがポリアニリンを用いた電池、Dがポリアニリ
ンを用いた電池の場合を示している。ポリアニリンを用
いた電池は自己放電率は大きく、クーロン効率(%)は
、数10回で低下するのに対して、ポリアニリンを用い
る電池は、自己放電率は低く、放置時間90hの点で4
.5 %/日であり、クーロン効率(%)の低下は数1
00回においても低下が認められなかった。
思上の実施例及び比較例から明らかなように、ポリアニ
リンの走査形電子顕微鏡で観察されるモルフオロジーが
繊維状のポリアニリンを正極の電極活物質に用いる場合
には、陰イオンのドーピング率が大きく、かつ充放電サ
イクル寿命も長く、電池のエネルギー密度や性能に大き
な効果が得られ、導電性ポリマーを用いる実用的な二次
電池を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明は、導電性ポリマーを正極の電極活物質として用
いる実用的な二次電池を提供可能とするもので、産業上
の効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の二次電池のそれぞれ異なる
実施例で用いる導電性ポリマーの走査電子顕微鏡写真、
第3図は比較のために示した二次電池で用いる導電性ポ
リマーの走査電子顕微鏡写真、第4図及び第5図は本発
明の二次電池の自己放電性及び充放電サイクル特性をポ
リアセチレンを導電性ポリマーとして用いる二次電池と
比較し弔2図 手続補正釜(方式) l 事件の表示  昭和60年特許願第181511号
2、発明の名称  二次電池 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 名称(200)昭和電工株式会社 名称(510)株式会社日立製作所 4、代理人 居 所(〒103)東京都中央区日本橋茅場町二丁目9
番5号日進ヒ′ル 6、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 7、補正の内容 (2)明IHF第14頁第2行目の「ポリマーの」の次
に「粒子の形状を示す」を加入する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、正極、負極及び電解液を含み、前記正極の電極活物
    質に導電性ポリマーを用いてなる二次電池において、前
    記導電性ポリマーが繊維状構造を有するアニリン類のポ
    リマーであることを特徴とする二次電池。 2、前記アニリン類のポリマーが、ポリアニリンである
    特許請求の範囲第1項記載の二次電池。
JP60181511A 1985-04-17 1985-08-19 二次電池 Pending JPS6243066A (ja)

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JP60181511A JPS6243066A (ja) 1985-08-19 1985-08-19 二次電池
EP86105230A EP0198484A3 (en) 1985-04-17 1986-04-16 Secondary battery

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01157060A (ja) * 1987-12-14 1989-06-20 Ricoh Co Ltd ポリアニリン電極
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