JPS63213258A - 電極 - Google Patents

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、２次電池において特に導電率が高く高容量で
しかも長期にわたって安定した充放電サイクル特性を有
する電池用電極に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、電子機器等の小型化、軽量化に伴って、小型、高
容量、高エネルギー密度である新しい２次電池の開発が
進められている。これにしたがって、ポリアセチレン、
ポリバラフェニレン、ポリアニリンなどの導電性高分子
物質や炭素質材料などの新規な物質を２次電池の電極材
料として用いることが提案されている。この場合、上記
材料からなる電極の電解質溶液中の電気化学的酸化還元
反応により電解質の陰イオン又はアルカリ金属などの陽
イオンが電極物質中にドーピング及び脱ドーピングする
ことを利用し、２次電池としての応用が期待されている
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の電池用電極においては、炭素質材料の場合、これ
が粒状、フィルム状、箔状、繊維状等の如何なる形態で
あっても、集電体となる電極基板にこれらの材料を固着
させる工程が必要となる。

そのために、電荷担体以外に結着剤や厚電材等の補助材
料を添加しなければならないが、この補助材料の量が少
ないと、充放電サイクル中に活物質の脱落が激しくなり
、脱落を防ぐために補助材料を多く添加すると、単位重
量又は単位体積当たりの電気容量が大幅に低下してしま
うという欠点があった。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、炭素質材料に陽イオン又は陰イオンをドーピ
ング及び脱ドーピングすることによってなる炭素体から
なる活物質を用いた電極において、上記炭素体が金属薄
膜により被覆されてなる。

〈作用〉 本発明に係る電極は、金属薄膜を被覆することにより、
高い電子伝導性を付与するとともに、活物質の機械的強
度を高める。

〈実施例〉 第１図は本実施例の電極を構成する炭素体材料を気相堆
積法により炭化水素化合物から生成する装置の構成を示
す。ここでは、原料となる炭化水素化合物としてベンゼ
ンを用いる。

脱水処理を施し更に真空移送による蒸留精製操作を行な
ったベンゼンを容器１に収納し、この容器１の内部にア
ルゴン供給器２よりアルゴンガスを供給し、ベンゼンの
バブルを行なう。そして、気化したベンゼン粒子をアル
ゴンガスとともにパイレックス製ガラス管３を介して石
英製反応管４へ給送する。この際、容器１をベンゼンの
蒸発による吸熱分だけ加熱することにより温度を一定に
保持し、また、ニードル弁５，６の開閉を調節すること
により、ベンゼンの量を最適化する。

反応管４の内部には導電性３次元構造体である発泡状ニ
ッケル（直径１５龍、厚さ１．Ｏｎ）が載置された試料
ホルダー７が設置されており、反応管４の外周囲に加熱
炉８が周設されている。この加熱炉８によって試料ホル
ダー７及び３次元構造体を約１０００℃に加熱保持し、
パイレックス製ガラス管３を介して供給されてきたベン
ゼンを熱分解する。ベンゼンを熱分解することにより、
３次元構造体に炭素体が堆積される。熱分解反応後の反
応管４内に残留するガスは、排気管９を介して排気ポン
プ１０により排気される。以上の工程により得られた炭
素体を堆積させた３次元構造体をプレス機により成形す
る。

上述の方法にて導電性基板に気相から低温熱分解により
直接生成した炭素体と基板である３次元構造体よりなる
電極体をプレス機により成形する。

その後、周知の無電解ニッケルメッキ法と同様に、ｉ）
炭素体表面の感応性付与化 ｉｉ）炭素体の活性化 １ｉｉ）無電解ニッケルメッキ の手順にて、炭素体に無電解ニッケルメッキを施した。

このときのニッケルのメッキ層厚は約３．２μとした。

この無電解メッキの後、水洗及び真空乾燥を行った。

以上のようにして作製した炭素体電極をＡとする。この
電極Ａを試験極、リチウムを参照極及び対極とする３極
法にてＩＭの過塩素酸リチウムを含むプロピレンカーボ
ネート溶液を電解液として充放電試験を行った。

この実施例で得られた電極の特性を比較検討するため、
第１図に示す反応装置を用いてベンゼンを熱分解して導
電性３次元構造体上に同じ重量の炭素体を堆積させた後
、プレス成形を行い、無電解ニッケルメッキ処理を施さ
ないでそのまま電極にしたものをＢとする。この電極Ｂ
についても同様な方法にて充放電試験を行った。

第２図は本実施例の電極Ａ及び比較のための電極Ｂの充
放電特性を示し、図中、実線が電極Ａの゛特性、破線が
電極Ｂの特性を夫々示す。この結果より、同じ活物質量
を有するにもかかわらず、本実施例の電極Ａの方がより
大きい電気容量をもつｍ　ことが確認された。このよう
に、炭素体電極に無電解ニッケルメッキを施すことによ
り、活物質同士あるいは活物質と導電性基板との間の接
触状態が極めて良くなり、高い導電性を付与できること
になる。さらに、電極Ｂでは充放電を繰り返すにつれて
活物質である炭素体の剥離と脱落がわずかに生じたが、
無電解ニッケルメッキ処理を施した電極Ａでは、充放電
を繰り返しても炭素体の剥離と脱落は全く生じなかった
。

本実施例の電池電極を構成する炭素体にドーピングする
イオンは、アルカリ金属イオン又は過塩素酸イオン、６
７フ化リン酸イオン、４フツ化ホウ酸イオン、６フ・ノ
化ヒ酸イオン等の陰イオンである。

上述の実施例では炭素体のプレス後にメッキ法にて金属
被覆を施したが、これをプレス前に行っても同様の効果
が認められた。又、粉末状の炭素体を結着剤であるポリ
エチレンと共にプレスした電極においてもメッキを施し
たものとメッキを施さないものとでは、メッキを施した
電極の方が大きい放電容量が得られた。

活物質へ金属薄膜を被覆する方法としては、上述の無電
解メッキ法以外に、電気メツキ法、蒸着法、スバ・ツタ
リング法、イオンブレーティング法等の方法が用いられ
る。さらに、活物質を被覆する金属としては、導電率が
高く非水電解液中で酸化溶解あるいは不働態化を起こさ
ない化学的に安定な金属であり、上述のニッケル以外に
例えば白金、金等が用いられる。また、被覆する膜厚と
しては、薄すぎると導電性の付与が効果的に作用せず、
活物質との密着性が充分に高められないので、０．５μ
ｍ以上が望ましく、厚すぎるとドーパントの出入りがで
きな（なるので、５μｍ以下が望ましい。

さらに、活物質として用いる炭素質材料は、上述の気相
堆積法による炭化水素化合物の熱分解により作製したも
の以外に、芳香族高分子を熱分解したもの、炭素繊維を
焼成したもの等、インターカレーションを利用して活物
質としての役目を果たす炭素質材料であれば如何なるも
のでもよい。

なお、本実施例において用いられる炭素体は、擬黒鉛構
造を有するものである。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明においては、導電性が低く
且つ剥離や脱落が生じやすい炭素質材料からなる活物質
に金属薄膜を被覆することにより、活物質と電子伝導性
を有する金属との接触状態が極めて良くなり、少量の金
属で高い電子伝導性を付与でき、この結果、内部抵抗が
小さくなり、単位重量又は単位体積あたりの放電容量が
大きくなる。しかも、活物質の機械的強度が高まり、充
放電を操り返しても剥離や脱落が生じないサイクル特性
の優れた電極となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の電極を作製する装置の構成を示
す図、 第２図は本発明実施例の電極と従来例の電極との充放電
特性を示す図である。 １・・・ベンゼン容器 ２・・・アルゴンガス供給管 ３・・・パイレックス製ガラス管 ４・・・石英製反応管 ５．６・・・ニードル弁 ７・・・試料ホルダー ８・・・加熱炉 ９・・・排気管 １０・・・排気ポンプ 特許出願人　　　　シャープ株式会社 代　理　人　　　　弁理士　西１）新 第１図 第２図 ０　　２　　４　　　ｇ　　　８　　１０　　　／２ｃ
／ｖｒｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素質材料に陽イオン又は陰イオンをドーピング及び脱
   ドーピングすることによってなる炭素体からなる活物質
   を用いた電極において、上記炭素体が金属薄膜により被
   覆されてなる電極。