JPS63298981A - 有機電解質電池 - Google Patents
有機電解質電池Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は有機電解質電池に係り、更に詳しくは半導体の
性質を有する不溶不融性基体を正極及び負極とする有機
電解質電池に関する。
性質を有する不溶不融性基体を正極及び負極とする有機
電解質電池に関する。
[従来の技術]
近年、電子は器の小形化、薄形化あるいは軽量化は目覚
ましく、それに伴ない電源となる電池の小形化、薄形化
、軽量化の要望が大きい。小形で性能のよい電池として
現在は酸化銀電池が多用されており、又薄形化された乾
電池や、小形軽量な高性能電池として、リチウム電池が
開発され実用化されている。しかしこれらの電池は一次
電池であるため充放電を繰り返して長時間使用すること
はできない。一方、高性能な二次電池としてニッケルー
カドミウム電池が実用化されているが、小形化、薄形化
、軽量化という点で未だ不満足である。
ましく、それに伴ない電源となる電池の小形化、薄形化
、軽量化の要望が大きい。小形で性能のよい電池として
現在は酸化銀電池が多用されており、又薄形化された乾
電池や、小形軽量な高性能電池として、リチウム電池が
開発され実用化されている。しかしこれらの電池は一次
電池であるため充放電を繰り返して長時間使用すること
はできない。一方、高性能な二次電池としてニッケルー
カドミウム電池が実用化されているが、小形化、薄形化
、軽量化という点で未だ不満足である。
又、大容量の二次電池として従来より鉛蓄電池が種々の
産業分野で用いられているが、この電池の最大の欠点は
重いことである。これは電極として過酸他船及び鉛を用
いているため宿命的なものである。近年、電気自動車用
電池として該電池の軽量化及び性能改善が試みられたが
実用するに至らなかった。しかし、蓄電池として大容量
で且つ軽量な二次電池に対する要望は強いものがある。
産業分野で用いられているが、この電池の最大の欠点は
重いことである。これは電極として過酸他船及び鉛を用
いているため宿命的なものである。近年、電気自動車用
電池として該電池の軽量化及び性能改善が試みられたが
実用するに至らなかった。しかし、蓄電池として大容量
で且つ軽量な二次電池に対する要望は強いものがある。
以上のように現在実用化されている電池は夫々一長一短
があり、それぞれ用途に応じて使い分けされているが、
電池の小形化、薄形化、或は軽量化に対するニーズは大
きい。このようなニーズに応えようとする電池として、
近時、有機半導体である簿膜状ポリアセチレンに電子供
与性物質又は電子受容性物質をドーピングしたものを電
極活物質として用いる電池が研究され、提案されている
。
があり、それぞれ用途に応じて使い分けされているが、
電池の小形化、薄形化、或は軽量化に対するニーズは大
きい。このようなニーズに応えようとする電池として、
近時、有機半導体である簿膜状ポリアセチレンに電子供
与性物質又は電子受容性物質をドーピングしたものを電
極活物質として用いる電池が研究され、提案されている
。
該電池は二次電池として高性能で且つ薄形化、軽量化の
可能性を有しているが、大きな欠点がある。
可能性を有しているが、大きな欠点がある。
それは有機半導体であるポリアセチレンが極めて不安定
な物質であり空気中の酸素により容易に酸化を受け、又
熱により変質することである。従って電池製造は不活性
ガス雰囲気で行なわなければならず、又ポリアセチレン
を電極に適した形状に製造することにも制約を受ける。
な物質であり空気中の酸素により容易に酸化を受け、又
熱により変質することである。従って電池製造は不活性
ガス雰囲気で行なわなければならず、又ポリアセチレン
を電極に適した形状に製造することにも制約を受ける。
また、本願の出願人と同一出願人の出願にがかる先願で
ある特開昭60−170163号の明細書には、炭素、
水素、および酸素からなる芳香族縮合ポリマーの熱処理
物であって、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜
0.5であり、且つBET法による比表面積値が600
m/g以上であるボリアセン系骨格構造を有する不溶不
融性基体を正極及び/又は負極とし、電解により該電極
にドーピング可能なイオンを生成し得る化合物の非プロ
トン性有機溶媒溶液を電解液とすることを特徴とする有
機電解質電池が提案されている。
ある特開昭60−170163号の明細書には、炭素、
水素、および酸素からなる芳香族縮合ポリマーの熱処理
物であって、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜
0.5であり、且つBET法による比表面積値が600
m/g以上であるボリアセン系骨格構造を有する不溶不
融性基体を正極及び/又は負極とし、電解により該電極
にドーピング可能なイオンを生成し得る化合物の非プロ
トン性有機溶媒溶液を電解液とすることを特徴とする有
機電解質電池が提案されている。
該電池は、高性能で、薄形化、軽量化の可能性も有して
おり、電極活物質の酸化安定性も高く、さらにその成形
も容易であるなど将来有望な二次電池である。ところが
該電池の実用化を進めるにはいくつかの課題が残されて
いた。これらの課題の中に、容量をさらに大きくしなけ
ればならないという課題があった。
おり、電極活物質の酸化安定性も高く、さらにその成形
も容易であるなど将来有望な二次電池である。ところが
該電池の実用化を進めるにはいくつかの課題が残されて
いた。これらの課題の中に、容量をさらに大きくしなけ
ればならないという課題があった。
本発明の目的は容量が大きい有機電解質電池を提供する
ことにある。
ことにある。
本発明のざらに他の目的はポリアセン系骨格構造を持つ
不溶不融性基体から成る有機半導体を、電極活物質とす
る有機電解質電池を提供することにある。
不溶不融性基体から成る有機半導体を、電極活物質とす
る有機電解質電池を提供することにある。
本発明のざらに他の目的は小形化、薄形化あるいは軽量
化が可能でありそして製造も容易である経済的な二次電
池である有機電解質電池を提供することにある。
化が可能でありそして製造も容易である経済的な二次電
池である有機電解質電池を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は内部抵抗が小さく、しかも長
期に亘って充電、放電が可能な二次電池を提供すること
にある。
期に亘って充電、放電が可能な二次電池を提供すること
にある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明
らかとなろう。
らかとなろう。
[問題点を解決するための手段および作用コ本発明によ
れば、本発明のかかる目的および利点は(A)炭素、水
素及び酸素からなる芳香族系縮合ポリマーの熱処理物で
あって、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.
5であり、且つBET法による比表面積が600m/’
J以上でおるポリアセン系骨格構造を含む不溶不融性基
体を正極とし、リチウム又はリチウム合金を負極とする
電池において、(8)電解質としてリチウム塩、溶媒と
してスルホラン/プロピレンカーボネイト=773〜1
/9(重量比)の混合溶媒を用いることを特徴とする有
機電解質電池により達成される。
れば、本発明のかかる目的および利点は(A)炭素、水
素及び酸素からなる芳香族系縮合ポリマーの熱処理物で
あって、水素原子/炭素原子の原子比が0.05〜0.
5であり、且つBET法による比表面積が600m/’
J以上でおるポリアセン系骨格構造を含む不溶不融性基
体を正極とし、リチウム又はリチウム合金を負極とする
電池において、(8)電解質としてリチウム塩、溶媒と
してスルホラン/プロピレンカーボネイト=773〜1
/9(重量比)の混合溶媒を用いることを特徴とする有
機電解質電池により達成される。
本発明における芳香族系縮合ポリマーは、フェノール性
水酸基を有する芳香族炭化水素化合物とアルデヒド類と
の縮合物でおる。かかる芳香族炭化水素化合物としては
、例えばフェノール、クレゾール、キシレノールの如き
いわゆるフェノール類が好適であるが、これらに限られ
ない。例えば下記式 (ここで、Xおよびyはそれぞれ独立に、0.1又は2
である〉で表わされるメチレンビスフェノール類である
ことができ、あるいはヒドロキシビフェニル類、ヒドロ
キシナフタレン類であることもできる。これらのうち、
実用的にはフェノール類特にフェノールが好適である。
水酸基を有する芳香族炭化水素化合物とアルデヒド類と
の縮合物でおる。かかる芳香族炭化水素化合物としては
、例えばフェノール、クレゾール、キシレノールの如き
いわゆるフェノール類が好適であるが、これらに限られ
ない。例えば下記式 (ここで、Xおよびyはそれぞれ独立に、0.1又は2
である〉で表わされるメチレンビスフェノール類である
ことができ、あるいはヒドロキシビフェニル類、ヒドロ
キシナフタレン類であることもできる。これらのうち、
実用的にはフェノール類特にフェノールが好適である。
本発明における芳香族系縮合ポリマーとしては、上記の
フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物の一
部をフェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化合
物例えばキシレン、トルエン等で置換した変性芳香族系
ポリマー例えばフェノールとキシレンとホルムアルデヒ
ドとの縮合物を用いることもできる。またアルデヒドと
してはホルムアルデヒドのみならず、アセトアルデヒド
、フルフラール等のアルデヒドも使用することができる
が、ホルムアルデヒドが好適である。フェノールホルム
アルデヒド縮合物としては、ノボラック型又はレゾール
型或はそれらの混合物のいずれであってもよい。
フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物の一
部をフェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化合
物例えばキシレン、トルエン等で置換した変性芳香族系
ポリマー例えばフェノールとキシレンとホルムアルデヒ
ドとの縮合物を用いることもできる。またアルデヒドと
してはホルムアルデヒドのみならず、アセトアルデヒド
、フルフラール等のアルデヒドも使用することができる
が、ホルムアルデヒドが好適である。フェノールホルム
アルデヒド縮合物としては、ノボラック型又はレゾール
型或はそれらの混合物のいずれであってもよい。
本発明における不溶不融性基体は、上記の如き芳香族系
縮合ポリマーの熱処理物で必って例えば次のようにして
¥A造することができる。
縮合ポリマーの熱処理物で必って例えば次のようにして
¥A造することができる。
フェノール性水酸基を有する芳香族炭化水素化合物又は
これとフェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化
合物との混合物およびアルデヒド類から初期縮合物を作
り、この初期縮合物と無機塩とを含む水溶液を調製し、
この水溶液を適当な型に流し込み、加熱して核型内で例
えば板状、フィルム状おるいは円筒状等の形態に硬化し
、その後この硬化体を非酸化性雰囲気中で350〜80
0℃の温度まで加熱し熱処理し、次いで得られた熱処理
体を洗浄して該熱処理体に含有される無機塩を除去する
。
これとフェノール性水酸基を有さない芳香族炭化水素化
合物との混合物およびアルデヒド類から初期縮合物を作
り、この初期縮合物と無機塩とを含む水溶液を調製し、
この水溶液を適当な型に流し込み、加熱して核型内で例
えば板状、フィルム状おるいは円筒状等の形態に硬化し
、その後この硬化体を非酸化性雰囲気中で350〜80
0℃の温度まで加熱し熱処理し、次いで得られた熱処理
体を洗浄して該熱処理体に含有される無機塩を除去する
。
初期縮合物と共に用いる上記無機塩は後の工程で除去さ
れるものであり、本発明の不溶不融性基体に600m/
g以上の比表面積値を持たせるための助剤である。例え
ば塩化亜鉛、リン酸ナトリウム、水素化カリウムあるい
は硫化カリウム等を用いることができる。これらのうら
塩化亜鉛が特に好ましく用いられる。無機塩は、初期縮
合物の例えば0.05〜10手量倍の量で用いることが
できる。
れるものであり、本発明の不溶不融性基体に600m/
g以上の比表面積値を持たせるための助剤である。例え
ば塩化亜鉛、リン酸ナトリウム、水素化カリウムあるい
は硫化カリウム等を用いることができる。これらのうら
塩化亜鉛が特に好ましく用いられる。無機塩は、初期縮
合物の例えば0.05〜10手量倍の量で用いることが
できる。
下限より少ない量では比表面積値が600m/g以上と
はならず、また上限より多い量では最終的に得られる成
形体の機械的強度が低下する傾向が大きくなり望ましく
ない。
はならず、また上限より多い量では最終的に得られる成
形体の機械的強度が低下する傾向が大きくなり望ましく
ない。
初期縮合物と無機塩の水溶液は、使用する無は塩の種類
によっても異なるが例えば無機塩の0.1〜1重量倍の
水を用いて調整することができ、該水溶液は適当な型に
流し込み、例えば50〜200 ’Cの温度で加熱し、
成形硬化する。
によっても異なるが例えば無機塩の0.1〜1重量倍の
水を用いて調整することができ、該水溶液は適当な型に
流し込み、例えば50〜200 ’Cの温度で加熱し、
成形硬化する。
上記した初期縮合物と無機塩の水溶液に、フェノール系
繊維〔例えば日本カイノール社製のカイノール(商標)
I維〕を混ぜ込んでもよい。あるいはフェノール系繊維
からなる布、フェルト等に上記した水溶液を充分に含浸
させたプレプリグを作り成形硬化してもよい。
繊維〔例えば日本カイノール社製のカイノール(商標)
I維〕を混ぜ込んでもよい。あるいはフェノール系繊維
からなる布、フェルト等に上記した水溶液を充分に含浸
させたプレプリグを作り成形硬化してもよい。
また、特開昭61−218060@公報に記載される様
に無機塩を初期縮合物の2.5〜1o(=量とし、混合
された水溶液の粘度を100.000〜100センチポ
イズに調整し、加熱時に水溶液中の水分の蒸発を抑止す
る様にすると水溶液中において初期縮合物は加熱を受け
て徐々に硬化し、平均孔径10μ以下の連通気孔を有し
た三次元網目上構造に成長させることも可能である。
に無機塩を初期縮合物の2.5〜1o(=量とし、混合
された水溶液の粘度を100.000〜100センチポ
イズに調整し、加熱時に水溶液中の水分の蒸発を抑止す
る様にすると水溶液中において初期縮合物は加熱を受け
て徐々に硬化し、平均孔径10μ以下の連通気孔を有し
た三次元網目上構造に成長させることも可能である。
かくして1qられた硬化体は次いで非酸化性雰囲気中で
350〜800 ’Cの温度、好ましくは350〜70
0 ’Cの温度、特に好ましくは400〜600°Cの
温度まで加熱され、熱処理される。
350〜800 ’Cの温度、好ましくは350〜70
0 ’Cの温度、特に好ましくは400〜600°Cの
温度まで加熱され、熱処理される。
熱処理の際の好ましい昇温速度は、使用する芳香族系縮
合ポリマー、その硬化処理の程度、形状等によって多少
相違するが、一般に室温から300°C程度の温度まで
は比較的大きな昇温速度とすることが可能であり、例え
ば100′C/時間の速度とすることも可能である。3
00℃以上の温度になると、該芳香族系縮合ポリマーの
熱分解が開始し、水蒸気、水素、メタン、−酸化炭素の
如きガスが発生し始めるため、充分に遅い速度で昇温せ
しめるのが有利でおる。
合ポリマー、その硬化処理の程度、形状等によって多少
相違するが、一般に室温から300°C程度の温度まで
は比較的大きな昇温速度とすることが可能であり、例え
ば100′C/時間の速度とすることも可能である。3
00℃以上の温度になると、該芳香族系縮合ポリマーの
熱分解が開始し、水蒸気、水素、メタン、−酸化炭素の
如きガスが発生し始めるため、充分に遅い速度で昇温せ
しめるのが有利でおる。
芳香族系縮合ポリマーのかかる加熱、熱処理は、非酸化
性雰囲気下において行なわれる。非酸化性雰囲気は、例
えば窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素雰
囲気等、あるいは真空であり、窒素が好ましく用いられ
る。かかる非酸化性雰囲気は静止していても流動してい
てもさしつかえない。
性雰囲気下において行なわれる。非酸化性雰囲気は、例
えば窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素雰
囲気等、あるいは真空であり、窒素が好ましく用いられ
る。かかる非酸化性雰囲気は静止していても流動してい
てもさしつかえない。
得られた熱処理体を水あるいは希塩酸等によって充分に
洗浄することによって、熱処理体中に含まれる無機塩を
除去することができ、その後これを乾燥す。このように
して水素原子/炭素原子の原子数比(以下H/C比とい
う)が0.5〜0.05、好ましくは0.35〜0.1
のポリアセン系骨格構造を有しかつBET法による比表
面積が600m/!?以上である不溶不融性基体が得ら
れる。
洗浄することによって、熱処理体中に含まれる無機塩を
除去することができ、その後これを乾燥す。このように
して水素原子/炭素原子の原子数比(以下H/C比とい
う)が0.5〜0.05、好ましくは0.35〜0.1
のポリアセン系骨格構造を有しかつBET法による比表
面積が600m/!?以上である不溶不融性基体が得ら
れる。
X線回折(CIJKα)によれば、メイン・ピークの位
置は2θで表わして20.5〜23,5°の間に存在し
、また該メイン・ピークの他に41〜46°の間にブロ
ードな他のピークが存在する。また、赤外線吸収スペク
トルによれば、D(−D29oo〜294゜〜D1.6
0〜164o)の吸光度比は通常0.5以下、好ましく
は0.3以下である。
置は2θで表わして20.5〜23,5°の間に存在し
、また該メイン・ピークの他に41〜46°の間にブロ
ードな他のピークが存在する。また、赤外線吸収スペク
トルによれば、D(−D29oo〜294゜〜D1.6
0〜164o)の吸光度比は通常0.5以下、好ましく
は0.3以下である。
すなわち、上記不溶不融性基体は、ポリアセン系のベン
ゼンの多環構造がポリアセン系分子間に均−且つ適度に
発達したものであると理解される。
ゼンの多環構造がポリアセン系分子間に均−且つ適度に
発達したものであると理解される。
H/C比が0.5を越える場合あるいは0.05より小
さい場合には、該基体を後に示す方法に従って二次電池
の電極として用いたとき充放電の効率が低下して好まし
くない。又、該ポリアセン系骨格構造を含有する不溶不
融性基体のBET法による比表面積値は塩化亜鉛等の無
機塩を使用して製造しているため極めて大ぎな値となり
、本発明では600m/g以上であるものが用いられる
。600 m7g未満の場合には、該基体を電極とした
二次電池の充電時における充電電圧を高くする必要が生
じるためエネルギー密度等が低下し、又電解液の劣化を
さそうため好ましくない。
さい場合には、該基体を後に示す方法に従って二次電池
の電極として用いたとき充放電の効率が低下して好まし
くない。又、該ポリアセン系骨格構造を含有する不溶不
融性基体のBET法による比表面積値は塩化亜鉛等の無
機塩を使用して製造しているため極めて大ぎな値となり
、本発明では600m/g以上であるものが用いられる
。600 m7g未満の場合には、該基体を電極とした
二次電池の充電時における充電電圧を高くする必要が生
じるためエネルギー密度等が低下し、又電解液の劣化を
さそうため好ましくない。
また、特開昭61−218060号公報に記載される様
に無機塩を初期縮合物の2.5〜10倍川とし用水溶液
の粘度を100,000〜100センチボイスに調整し
、加熱時に水分の蒸発を抑止する様にして硬化された成
形体を使用して非酸化性雰囲気下で熱処理すると平均孔
径10μ以下の連通気孔を有する多孔状の不溶不融性基
体が得られる。該基体を電極とすると電解液が該連通孔
を通じて細部まで自由に出入りし易いため、より好まし
い。
に無機塩を初期縮合物の2.5〜10倍川とし用水溶液
の粘度を100,000〜100センチボイスに調整し
、加熱時に水分の蒸発を抑止する様にして硬化された成
形体を使用して非酸化性雰囲気下で熱処理すると平均孔
径10μ以下の連通気孔を有する多孔状の不溶不融性基
体が得られる。該基体を電極とすると電解液が該連通孔
を通じて細部まで自由に出入りし易いため、より好まし
い。
上記不溶不融性基体の電気伝導度は通常1o11〜10
1Ω−1・cm −1である。後述するとあり電解質イ
オンをドーピングし電極材として利用する場合には伝導
度が大巾に増大するため、集電性を兼ねた電極材となる
。
1Ω−1・cm −1である。後述するとあり電解質イ
オンをドーピングし電極材として利用する場合には伝導
度が大巾に増大するため、集電性を兼ねた電極材となる
。
また不溶不融性基体は例えばフィルム、板等の種々の形
態をとることができるため小形電池、薄形電池あるいは
軽量電池の電極材として適している。
態をとることができるため小形電池、薄形電池あるいは
軽量電池の電極材として適している。
本発明で用いられる上記多孔性不溶不融性基体は600
Trt/lj以上の大きい比表面積値を有するにもかか
わらず酸化安定性に優れており、現実に空気中に長時間
放置しても電気伝導度等の物性に変化がない。また、耐
熱性、耐薬品性に優れているため、電極材として用いた
とぎに電極の劣化の問題が生じない。
Trt/lj以上の大きい比表面積値を有するにもかか
わらず酸化安定性に優れており、現実に空気中に長時間
放置しても電気伝導度等の物性に変化がない。また、耐
熱性、耐薬品性に優れているため、電極材として用いた
とぎに電極の劣化の問題が生じない。
本発明で負極として用いる電極はリチウム又はリチウム
合金である。ここでリチウム合金とは、Aρ、Cd 、
Pb’、Cd −Pb等、リチウムと合金を作ることの
可能な金属にリチウムをあらかじめ溶融させて混合する
か又は電気化学的な反応で得られる合金である。リチウ
ムと合金を作る金属ならばどの金属でも良いが好ましく
はA、l!がよい。
合金である。ここでリチウム合金とは、Aρ、Cd 、
Pb’、Cd −Pb等、リチウムと合金を作ることの
可能な金属にリチウムをあらかじめ溶融させて混合する
か又は電気化学的な反応で得られる合金である。リチウ
ムと合金を作る金属ならばどの金属でも良いが好ましく
はA、l!がよい。
本発明で用いられる電解質はリチウム塩であるが、リチ
ウム塩は例えばLiC,l!04、Li BF4 、L
i B (CH3>4、Li B (06H5)4、
LiPF6あるいはLi As F6である。
ウム塩は例えばLiC,l!04、Li BF4 、L
i B (CH3>4、Li B (06H5)4、
LiPF6あるいはLi As F6である。
上記リチウム塩を、スルホラン/プロピレンカーボネイ
ト−773〜1/9好ましくは575〜1/9(重ω比
)の混合溶媒に、溶解させ電解液とする。
ト−773〜1/9好ましくは575〜1/9(重ω比
)の混合溶媒に、溶解させ電解液とする。
電解液中の前記の電解質の濃度は電解液による内部抵抗
を小さくするために、少なくとも0.1モル/g以上と
するのが望ましく、通常0.2〜1.5モル/ρとする
のが好ましい。
を小さくするために、少なくとも0.1モル/g以上と
するのが望ましく、通常0.2〜1.5モル/ρとする
のが好ましい。
本発明の不溶不融性基体よりなる正極とリチウム金属又
はリチウム合金より成る負極、及び上記の電解液から本
発明の二次電池は構成される。この二次電池は理由は定
かでないが容量が大きく良好である。例えば、不溶不融
性基体を正極にして、最も標準的なLiC,ff041
モル/gプロピレンカーボネイト溶液を電解液とし、リ
チウムを負極にして電池を組み4■で充電した場合の容
量と比較して、本発明の電池は10〜20%容帛が大き
い。
はリチウム合金より成る負極、及び上記の電解液から本
発明の二次電池は構成される。この二次電池は理由は定
かでないが容量が大きく良好である。例えば、不溶不融
性基体を正極にして、最も標準的なLiC,ff041
モル/gプロピレンカーボネイト溶液を電解液とし、リ
チウムを負極にして電池を組み4■で充電した場合の容
量と比較して、本発明の電池は10〜20%容帛が大き
い。
また、自己放電も小さく、サイクルを繰り返しても容量
の減少が見られない。即ら、有機電解質電池に一般的に
用いられる電解液を用いるのに比較して本発明の電解液
を用いると、大巾に容量が大きくなる。
の減少が見られない。即ら、有機電解質電池に一般的に
用いられる電解液を用いるのに比較して本発明の電解液
を用いると、大巾に容量が大きくなる。
本発明の電池の電池作用は電極として用いる不溶不融性
基体への上記した電解質イオンの電気化学的ドーピング
と電気化学的アンド−ピングを利用するものである。即
らエネルギーが不溶不融性基体へのドーピングにより蓄
えられ、アンド−ピングにより電気エネルギーとして外
部に取り出される。
基体への上記した電解質イオンの電気化学的ドーピング
と電気化学的アンド−ピングを利用するものである。即
らエネルギーが不溶不融性基体へのドーピングにより蓄
えられ、アンド−ピングにより電気エネルギーとして外
部に取り出される。
電池内に配置される不溶不融性基体からなる電極′の形
状、大きさは目的とする電池の種類により任意に選ぶこ
とができるが、電池反応は電極表面上の電気化学的反応
であるため電極は可能な限り表面積を大きくすることが
有利でおる。又、該基体より電池外部に電流を取り出す
ための集電体としては不溶不融性基体自体を用いること
もできるが、耐食性のめる他の導電性物質、例えば炭素
、白金、ニッケル、ステンレス等を用いることもできる
。
状、大きさは目的とする電池の種類により任意に選ぶこ
とができるが、電池反応は電極表面上の電気化学的反応
であるため電極は可能な限り表面積を大きくすることが
有利でおる。又、該基体より電池外部に電流を取り出す
ための集電体としては不溶不融性基体自体を用いること
もできるが、耐食性のめる他の導電性物質、例えば炭素
、白金、ニッケル、ステンレス等を用いることもできる
。
次に図により本発明の実施態様を説明する。第1図は本
発明に係る電池の基本構造図である。
発明に係る電池の基本構造図である。
第1図において、(1)は正極であり、フィルム状おる
いは板状等である不溶不融性基体であり、(2)は負極
でおり、リチウム又はリチウム合金である。電池の組み
立て後の該電池の起電圧は2.5〜3.5vである。外
部電源により電圧を印加することにより、正極の不溶不
融性基体に電解質イオンがドーピングされ、該電池は充
電される。
いは板状等である不溶不融性基体であり、(2)は負極
でおり、リチウム又はリチウム合金である。電池の組み
立て後の該電池の起電圧は2.5〜3.5vである。外
部電源により電圧を印加することにより、正極の不溶不
融性基体に電解質イオンがドーピングされ、該電池は充
電される。
(3)、(3)′ は各電極から外部に電流を取り出し
たり、電気化学的ドーピング、即ち充電するために電流
を供給するための集電体でおり、前)ホした方法により
外部嫡子(7)、(7)′に電圧降正を生じないように
接続されている。(4)は電解液であり(5)は正負両
極の接触を阻止すること及び電解液を保持することを目
的として配置されたセパレータである。該セパレータは
耐久性のある連通気孔を有する電子伝導性のない多孔体
であり、通常ガラス繊維、ポリエチレン或はポリプロピ
レン等からなる布、不織布或は多孔体が用いられる。
たり、電気化学的ドーピング、即ち充電するために電流
を供給するための集電体でおり、前)ホした方法により
外部嫡子(7)、(7)′に電圧降正を生じないように
接続されている。(4)は電解液であり(5)は正負両
極の接触を阻止すること及び電解液を保持することを目
的として配置されたセパレータである。該セパレータは
耐久性のある連通気孔を有する電子伝導性のない多孔体
であり、通常ガラス繊維、ポリエチレン或はポリプロピ
レン等からなる布、不織布或は多孔体が用いられる。
セパレ〜りの厚さは電池の内部抵抗を小さくするため薄
い方が好ましいが、電解液の保持量、流通性、強度等を
勘案して決定される。正負両極及びセパレータは電池ケ
ース(6)内に実用上問題が生じないように固定される
。電池の形状、大きさ等は目的とする電池の形状、性能
により適宜法められる。例えば薄形電池を製造する場合
には電極はフィルム状が適し、大容量電池を製造するに
はフィルム状或は板状等の電極を多数枚正負両極を交互
に積層することにより達成できる。
い方が好ましいが、電解液の保持量、流通性、強度等を
勘案して決定される。正負両極及びセパレータは電池ケ
ース(6)内に実用上問題が生じないように固定される
。電池の形状、大きさ等は目的とする電池の形状、性能
により適宜法められる。例えば薄形電池を製造する場合
には電極はフィルム状が適し、大容量電池を製造するに
はフィルム状或は板状等の電極を多数枚正負両極を交互
に積層することにより達成できる。
ドーピング又はアンド−ピングは一定電流下でも一定電
圧下でも、また電流及び電圧の変化する条件下のいずれ
で行ってもよいが、不溶不融性基体にドーピングされる
ドーピング剤の量は該基体の炭素原子1個に対するドー
ピングされるイオン数の百分率で0.5〜20%が好ま
しい。
圧下でも、また電流及び電圧の変化する条件下のいずれ
で行ってもよいが、不溶不融性基体にドーピングされる
ドーピング剤の量は該基体の炭素原子1個に対するドー
ピングされるイオン数の百分率で0.5〜20%が好ま
しい。
不溶不融性基体を電極として用いる本発明の電池は充放
電を繰返し動作することのできる二次電池であり、その
起電圧は該電池のドーピング量(充電量)によって異る
が、2.5〜4.5Vである。
電を繰返し動作することのできる二次電池であり、その
起電圧は該電池のドーピング量(充電量)によって異る
が、2.5〜4.5Vである。
また本発明の電池を構成する不溶不融性基体及び電解液
の比重が小さいため重量当りの容量が大きい。又パワー
密度については電池の構成により、差はおるが鉛蓄電池
より、はるかに大きなパワー密度を有している。更に本
発明における不溶不融性基体を電極として使用すると、
内部抵抗の小さく、繰返し充放電の可能な、長期にわた
って電池性能の低下しない二次電池を製造することがで
きる。
の比重が小さいため重量当りの容量が大きい。又パワー
密度については電池の構成により、差はおるが鉛蓄電池
より、はるかに大きなパワー密度を有している。更に本
発明における不溶不融性基体を電極として使用すると、
内部抵抗の小さく、繰返し充放電の可能な、長期にわた
って電池性能の低下しない二次電池を製造することがで
きる。
(発明の効果)
本発明方法によって製造される二次電池は、小形化、薄
形化、軽量化が可能で、且つ高容量、高出力でしかも自
己放電特性に優れた二次電池である。以下、実施例によ
って本発明を具体的に説明する。
形化、軽量化が可能で、且つ高容量、高出力でしかも自
己放電特性に優れた二次電池である。以下、実施例によ
って本発明を具体的に説明する。
実施例1
(1)水溶性レゾール(約60%濃度)/塩化亜鉛/水
を重量比で10/25/4の割合で混合した水溶液をフ
ィルムアプリケーターでガラス板上に成膜した。次に成
膜した水溶液上にガラス板を被せ水分が蒸発しない様に
した後、約100 ’Cの温度で1時間加熱して硬化さ
せた。
を重量比で10/25/4の割合で混合した水溶液をフ
ィルムアプリケーターでガラス板上に成膜した。次に成
膜した水溶液上にガラス板を被せ水分が蒸発しない様に
した後、約100 ’Cの温度で1時間加熱して硬化さ
せた。
該フェノール樹脂フィルムをシリコニット電気炉中に入
れ窒素気流下で40’C/時間の速度で昇温して、50
0’Cまで熱処理を行った。次に該熱処理物を希塩酸で
洗った後、水洗し、その後乾燥することによってフィル
ム状の多孔性を得た。該フィルムの厚みは約200μm
であり、見掛は密度は約0、359/ crttであり
、機械的強度に優れたフィルムであった。次に該フィル
ムの電気伝導度を室温で直流4端子法で測定したところ
10’ (Ω・cm)−’であった。また元素分析を行
ったところ、水素原子/炭素原子の原子比は0.27で
あった。X線回折からのピークの形状はボリアセン系骨
格構造に基因するパターンであり、2θで20〜22°
付近にブロードなメインピークが存在し、また41〜4
6°付近に小さなピークが確認された。
れ窒素気流下で40’C/時間の速度で昇温して、50
0’Cまで熱処理を行った。次に該熱処理物を希塩酸で
洗った後、水洗し、その後乾燥することによってフィル
ム状の多孔性を得た。該フィルムの厚みは約200μm
であり、見掛は密度は約0、359/ crttであり
、機械的強度に優れたフィルムであった。次に該フィル
ムの電気伝導度を室温で直流4端子法で測定したところ
10’ (Ω・cm)−’であった。また元素分析を行
ったところ、水素原子/炭素原子の原子比は0.27で
あった。X線回折からのピークの形状はボリアセン系骨
格構造に基因するパターンであり、2θで20〜22°
付近にブロードなメインピークが存在し、また41〜4
6°付近に小さなピークが確認された。
またBET法による比表面積値の測定を行ったところ2
100m/gと極めて大ぎな値であった。
100m/gと極めて大ぎな値であった。
(2)次に充分に脱水したスルホラン及びプロピレンカ
ーボネイトの混合溶媒(重量比でスルホラン/プロピレ
ンカーボネイト−377)にLiC,l104を1モル
/flの濃度に溶解させた溶液を電解液とし、上記の不
溶不融性基体を正極として、リチウム金属を負極として
第1図の様に電池を組んだ。集電体としてはステンレス
メツシュを用い、セパレーターとしてはガラス繊維から
なるフェルトを用いた。ドーピング量は上記不溶不融性
基体の炭素原子1個当りにドーピングされたイオンの数
で表わすこととし、ドーピングされたイオンの数は、回
路を流れた電流の総和より求めた。
ーボネイトの混合溶媒(重量比でスルホラン/プロピレ
ンカーボネイト−377)にLiC,l104を1モル
/flの濃度に溶解させた溶液を電解液とし、上記の不
溶不融性基体を正極として、リチウム金属を負極として
第1図の様に電池を組んだ。集電体としてはステンレス
メツシュを用い、セパレーターとしてはガラス繊維から
なるフェルトを用いた。ドーピング量は上記不溶不融性
基体の炭素原子1個当りにドーピングされたイオンの数
で表わすこととし、ドーピングされたイオンの数は、回
路を流れた電流の総和より求めた。
該電池の、電池を組んだ直後の電圧は3.0Vであった
。次に外部電源により4Vの電圧を印加することにより
該電池に充電をした。1時間充電した後、起電圧を測定
したところ当然のことながら4vであった。次に1時間
当りのアンドープ量が5%となる速度で放電したところ
約1時間で2.0Vとなった。
。次に外部電源により4Vの電圧を印加することにより
該電池に充電をした。1時間充電した後、起電圧を測定
したところ当然のことながら4vであった。次に1時間
当りのアンドープ量が5%となる速度で放電したところ
約1時間で2.0Vとなった。
次(と該電池に再び外部電源によ64.o vの電圧を
印加して1時間充電を行った。この電池を充電後10時
間放置して電圧を測定したところ、3.96Vであり、
自己放電特性に優れていた。
印加して1時間充電を行った。この電池を充電後10時
間放置して電圧を測定したところ、3.96Vであり、
自己放電特性に優れていた。
比較例1
電解液としてLiCfJO41モル/ρプロピレンカー
ホネイト溶液を使った以外は全〈実施例1と同様にして
容量を測定した。4Vで1時間充電した後、1時間あた
りのアンドープ量が4.0%となる速度で放電したとこ
ろ約1時間で2.0 Vとなった。
ホネイト溶液を使った以外は全〈実施例1と同様にして
容量を測定した。4Vで1時間充電した後、1時間あた
りのアンドープ量が4.0%となる速度で放電したとこ
ろ約1時間で2.0 Vとなった。
比較例2
電解液としてL iC,f! 04 ’1モル/ρアセ
トニトリル溶液を使った以外は全〈実施例1と同様にし
て容量を測定した。4Vで1時間充電した後、1時間あ
たりのアンドープ量が2%となる速度で放電したところ
約1時間で2.OVとなった。
トニトリル溶液を使った以外は全〈実施例1と同様にし
て容量を測定した。4Vで1時間充電した後、1時間あ
たりのアンドープ量が2%となる速度で放電したところ
約1時間で2.OVとなった。
実施例2〜4
(1)実施例1と同様にして得た約200μ厚のフェノ
ール樹脂フィルムをシリコニット電気炉にて窒素気流下
約30’C/時間の速度で昇温しで第1表に示した種々
の所定温度まで加熱し、熱処理を行った。その後、希塩
酸及び水にて洗浄し、乾燥することによって不溶不融性
基体フィルムを得た。得られた基体フィルムについて元
素分析及びBET法による比表面積値の測定をした。結
果はまとめて第1表に示す。
ール樹脂フィルムをシリコニット電気炉にて窒素気流下
約30’C/時間の速度で昇温しで第1表に示した種々
の所定温度まで加熱し、熱処理を行った。その後、希塩
酸及び水にて洗浄し、乾燥することによって不溶不融性
基体フィルムを得た。得られた基体フィルムについて元
素分析及びBET法による比表面積値の測定をした。結
果はまとめて第1表に示す。
(2)次に充分脱水したスルホラン及びプロピレンカー
ボネイトの混合溶媒(重量比で1:1)にLi Cρo
4を1モル/ρの濃度で溶解させた溶液を電解液として
、上記した不溶不融性基体を正極とし、その他の条件は
実施例1と同様にして容量を調べた。4.0Vで1時間
充電した後、1時間あたりのアンドープ量が5%となる
速度で放電した時、電池の電圧が2vとなるのに要した
時間を示す。
ボネイトの混合溶媒(重量比で1:1)にLi Cρo
4を1モル/ρの濃度で溶解させた溶液を電解液として
、上記した不溶不融性基体を正極とし、その他の条件は
実施例1と同様にして容量を調べた。4.0Vで1時間
充電した後、1時間あたりのアンドープ量が5%となる
速度で放電した時、電池の電圧が2vとなるのに要した
時間を示す。
第1表
実施例5
実施例1で得られた不溶不融性基体を正極にし、負極に
リチウム金属を用い、充分に脱水したスルホラン及びプ
ロピレンカーボネイトを第2表に示す割合(重量比〉に
混合した溶媒にLiC,1104を同表に示す濃度で溶
解させた溶液を電解液として電池を組んで、実施例2〜
4と同一の方法で容量を測定した。結果はまとめて第2
表に示す。
リチウム金属を用い、充分に脱水したスルホラン及びプ
ロピレンカーボネイトを第2表に示す割合(重量比〉に
混合した溶媒にLiC,1104を同表に示す濃度で溶
解させた溶液を電解液として電池を組んで、実施例2〜
4と同一の方法で容量を測定した。結果はまとめて第2
表に示す。
第2表
第1図は本発明に係る電池の基本構成を示すものであり
、1は正極、2は負極、3,3′は集電体、4は電解液
、5はセパレーター、6は電池ケース、7,7′は外部
端子を表わす。
、1は正極、2は負極、3,3′は集電体、4は電解液
、5はセパレーター、6は電池ケース、7,7′は外部
端子を表わす。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、炭素、水素及び酸素からなる芳香族縮合ポリマーの
熱処理物であって、水素原子/炭素原子の原子数比が0
.05〜0.5であり、かつBET法による比表面積が
600m^2/g以上であるポリアセン系骨格構造を含
有する不溶不融性基体を正極とし、リチウム又はリチウ
ム合金を負極とする電池において、電解質としてリチウ
ム塩を、溶媒としてスルホラン/プロピレンカーボネイ
ト=7/3〜1/9(重量比)の混合溶媒を用いること
を特徴とする有機電解質電池。 2、芳香族系縮合ポリマーがフェノールとホルムアルデ
ヒドとの縮合物である特許請求の範囲第1項記載の有機
電解質電池。 3、水素原子/炭素原子の原子数比が0.1〜0.35
である特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の有機電
解質電池。 4、不溶不融性基体が平均孔径10μ以下の多数の連通
孔を有するものである特許請求の範囲第1項乃至第3項
の何れか一つに記載の有機電解質電池。 5、負極として用いるリチウム合金がAl−Li、Cd
−Li、Pb−Li又はCd−Pb−Liより成る特許
請求の範囲第1〜4項のいずれかに一つに記載の有機電
解質電池。 6、リチウム塩が、LiClO_4、LiBF_4、L
iB(CH_3)_4、LiB(C_6H_5)_4、
LiPF_6あるいはLiAsF_6である特許請求の
範囲第1〜5項のいずれか一つに記載の有機電解質電池
。 7、溶媒が重量比でスルホラン/プロピレンカーボネイ
ト=5/5〜1/9の範囲の混合溶媒である特許請求の
範囲第1〜6項のいずれか一つに記載の有機電解質電池
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62131387A JP2588404B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 有機電解質電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62131387A JP2588404B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 有機電解質電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63298981A true JPS63298981A (ja) | 1988-12-06 |
JP2588404B2 JP2588404B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=15056768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62131387A Expired - Fee Related JP2588404B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 有機電解質電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2588404B2 (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57187878A (en) * | 1981-05-14 | 1982-11-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Nonaqueous electrolyte solution for secondary lithium battery |
JPS61218060A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-27 | Kanebo Ltd | 有機電解質電池 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62131387A patent/JP2588404B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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JPS57187878A (en) * | 1981-05-14 | 1982-11-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Nonaqueous electrolyte solution for secondary lithium battery |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2588404B2 (ja) | 1997-03-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |