JPS6342377B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6342377B2
JPS6342377B2 JP55087681A JP8768180A JPS6342377B2 JP S6342377 B2 JPS6342377 B2 JP S6342377B2 JP 55087681 A JP55087681 A JP 55087681A JP 8768180 A JP8768180 A JP 8768180A JP S6342377 B2 JPS6342377 B2 JP S6342377B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cathode
electrolyte
chloride
aqueous battery
vinyl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP55087681A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS567360A (en
Inventor
Karunokiikisu Teiboo
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.)
EBAREDEII BATSUTERII CO Inc
Original Assignee
EBAREDEII BATSUTERII CO Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EBAREDEII BATSUTERII CO Inc filed Critical EBAREDEII BATSUTERII CO Inc
Publication of JPS567360A publication Critical patent/JPS567360A/en
Publication of JPS6342377B2 publication Critical patent/JPS6342377B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、活性金属アノードと、カソードコレ
クタと、活性液体カソード中に溶質を溶解して成
るイオン伝導性カソード/電解質とを使用し、ビ
ニールポリマーが前記カソード/電解質中に溶解
された非水性電池に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention uses an active metal anode, a cathode collector, and an ionically conductive cathode/electrolyte comprising a solute dissolved in an active liquid cathode, wherein a vinyl polymer is present in the cathode/electrolyte. It concerns non-aqueous batteries dissolved in

高エネルギーバツテリーシステムの発展には、
望ましい電気化学特性を有する電解質と、リチウ
ムまたは類似物等の高反応性アノード物質との相
容性が特に必要とされる。この種のシステムにお
いては、アノード物質が水と化学反応するのに充
分に活性であるから、水性電解質の使用は許され
ない。従つて、これらの高反応性のアノードの使
用によつて得られる高エネルギー密度を達成する
には、非水性電解質システムの研究に立戻ること
が必要であつた。
The development of high-energy battery systems requires
Compatibility of electrolytes with desirable electrochemical properties and highly reactive anode materials such as lithium or the like is particularly required. In this type of system, the use of aqueous electrolytes is not allowed because the anode material is active enough to chemically react with water. Therefore, in order to achieve the high energy densities obtained through the use of these highly reactive anodes, it was necessary to return to research into non-aqueous electrolyte systems.

ここに使用する“非水性電解質”という用語
は、例えば周期律表の第A族、第A族、第
A族または第A族元素の金属塩または錯塩を適
当な非水性溶媒中に溶解して成る電解質を指す。
またここに使用される用語“周期律表”は、オハ
イオ州、クリーブランド、ケミカルラバー社、
1967〜1968年、第48版“ハンドブツク オブ ケ
ミストリ アンド フイジツクス”の見返に記載
の如き元素周期律表を指す。
As used herein, the term "non-aqueous electrolyte" refers to, for example, a metal salt or complex salt of an element of Group A, Group A, Group A or Group A of the Periodic Table dissolved in a suitable non-aqueous solvent. Refers to the electrolyte that consists of
The term "periodic table" as used herein refers to the Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio.
1967-1968, 48th edition "Handbook of Chemistry and Physics" Refers to the Periodic Table of Elements as described on the endpaper.

多数の溶質が公知であり、その多くを使用する
様に提案されているのであるが、適当な溶媒の選
択が特にめんどうである。理想的なバツテリ電解
質は、長い液体範囲と、高いイオン伝導率と、安
定性とを有する溶媒/溶質対を含むであろう。長
い液体範囲、即ち高い沸点と低い凝固点は、もし
そのバツテリが常温以外の温度で作動すべきなら
ば必要不可欠である。もしそのバツテリーが高率
性能を持つべきならば高いイオン伝導率が必要不
可欠である。一次または二次バツテリーシステム
の中に用いられる除に長い寿命を与える為には、
電極素材、電池構造の素材ならびに電池反応の生
成物について安定性が必要である。
Although a large number of solutes are known and many have been proposed for use, the selection of a suitable solvent is particularly troublesome. An ideal battery electrolyte would include a solvent/solute pair with long liquid range, high ionic conductivity, and stability. A long liquid range, ie high boiling point and low freezing point, is essential if the battery is to operate at temperatures other than ambient temperature. High ionic conductivity is essential if the battery is to have high rate performance. To provide longer life than those used in primary or secondary battery systems,
Stability is required for electrode materials, battery construction materials, and products of battery reactions.

最近、二、三の物質は、非水性電気化学電池の
電解質キヤリア、即ち電解質塩の溶媒として作用
すると同時に、非水性電気化学電池の活性カソー
ドとして使用しうる事が、文献に記述されてい
る。米国特許第3475226号、第3567515号、及び第
3578500号はそれぞれ、液体二酸化硫黄、または
二酸化硫黄と共溶媒との溶液が非水性電気化学電
池中においてこの二重機能を遂行する事を記述し
ている。これらの溶液はそれぞれ二重機能を遂行
するのであるが、その使用に際して二、三の欠点
を伴なわなくはない。二酸化硫黄は、常温では常
にガス体として存在するのであるが、電池の中で
は、圧下液体として、または液体溶媒中に溶解さ
れて収容されなければならない。二酸化硫黄が単
独で使用されるならば、その取扱いと包装の問題
が生じ、また二酸化硫黄が液体溶媒中に溶解され
るならば、他の成分及び結合段階が必要になる。
先に述べた様に、電解質溶媒においては常温範囲
をまたいだ長い液体範囲が望ましい特性である。
明らかに二酸化硫黄は大気圧ではこの点に関して
は欠格である。
Recently, it has been described in the literature that a few materials can be used as active cathodes in non-aqueous electrochemical cells while simultaneously acting as electrolyte carriers, ie, solvents for electrolyte salts, in non-aqueous electrochemical cells. U.S. Patent Nos. 3,475,226, 3,567,515, and
No. 3,578,500 respectively describe liquid sulfur dioxide or a solution of sulfur dioxide and a cosolvent to perform this dual function in a non-aqueous electrochemical cell. Although each of these solutions performs a dual function, their use is not without a few disadvantages. Sulfur dioxide always exists as a gas at room temperature, but in the battery it must be contained as a liquid under pressure or dissolved in a liquid solvent. If sulfur dioxide is used alone, handling and packaging problems arise, and if sulfur dioxide is dissolved in a liquid solvent, other ingredients and combination steps are required.
As mentioned above, a long liquid range extending over the room temperature range is a desirable characteristic for electrolyte solvents.
Clearly, sulfur dioxide is a failure in this regard at atmospheric pressure.

米国特許出願第439521号は、アノードと、カソ
ードコレクタと、イオン伝導性溶質を活性カソー
ド(減極剤)の中に溶解した溶液から成るカソー
ド/電解質とを含み、前記活性カソード(減極
剤)は周期律表の第族または第族の元素の液
体オキシハライドから成る様にした非水性電気化
学電池を開示している。オキシハライドはカソー
ド/電解質の1成分として、リチウムアノード等
の活性金属アノードと共に使用されてすぐれた高
エネルギー密度電池を成すのであるが、若しその
電池を約三日またはそれ以上の長期間、貯蔵する
とアノードの不動態化が生じる結果、放電初期に
おいて望ましくない電圧遅れと高い電池インピー
ダンスを生じる様に思われる。
U.S. patent application Ser. discloses a non-aqueous electrochemical cell comprised of a liquid oxyhalide of an element from a group or groups of the periodic table. Oxyhalides can be used as a component of the cathode/electrolyte with active metal anodes, such as lithium anodes, to form excellent high energy density batteries, but if the batteries are stored for long periods of time, about three days or more, Passivation of the anode then appears to result in undesirable voltage lag and high cell impedance during early discharge.

米国特許第3993501号は、カソード/電解質と
接触するアノード表面にビニールポリマーフイル
ムを備える事によつてオキシハライド含有カソー
ド/電解質を使用する非水性電池の放電初期にお
ける望ましくない電圧遅れを最小限に成し、また
は防止するための方法を開示している。この文献
を参照文献として加える。
U.S. Pat. No. 3,993,501 minimizes undesirable voltage lag during early discharge in non-aqueous cells using oxyhalide-containing cathodes/electrolytes by providing a vinyl polymer film on the anode surface in contact with the cathode/electrolyte. Discloses methods for preventing or preventing Add this document as a reference.

米国特許出願第015938号は、リチウム等の活性
金属アノードと、周期律表第族または第族の
元素のオキシハライドの溶媒の中に溶質を溶解し
て成る液体カソード/電解質とを含み、放電中の
電池の初期電圧遅れを実質的に除去するために、
元素硫黄または硫黄化合物を前記カソード/電解
質中に含有させた非水性電池を開示している。こ
の開示をここに参照文献として加える。
U.S. patent application Ser. In order to virtually eliminate the initial voltage lag of the battery,
Non-aqueous cells are disclosed that include elemental sulfur or sulfur compounds in the cathode/electrolyte. This disclosure is incorporated herein by reference.

本発明の目的の1つは、液体カソード/電解質
電池中における活性金属アノードの不動態化を実
質的に防止するにある。
One of the objects of the present invention is to substantially prevent passivation of active metal anodes in liquid cathode/electrolyte cells.

本発明の他の目的は、電池貯蔵中の活性金属ア
ノードの不動態化を実質的に防止するため、液
体/カソード/電解質中にビニールポリマーを溶
解した液体カソード/電解質電池を提供するにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a liquid cathode/electrolyte cell having a vinyl polymer dissolved in the liquid/cathode/electrolyte to substantially prevent passivation of the active metal anode during cell storage.

本発明の他の目的は、電池貯蔵及び使用中の活
性金属アノードの不動態化を有効に防止する様
に、ビニールポリマーと共に、米国特願第015938
号の記述に従つてカソード/電解質中に元素硫黄
または硫黄化合物を使用したオキシハライドカソ
ード/電解質電池系を提供するにある。
Another object of the present invention is to use vinyl polymers in combination with vinyl polymers to effectively prevent passivation of active metal anodes during battery storage and use.
The present invention provides an oxyhalide cathode/electrolyte cell system using elemental sulfur or sulfur compounds in the cathode/electrolyte as described in the present invention.

下記において、前記の目的及び他の目的につい
て更に詳細に説明する。
In the following, these and other objects will be explained in more detail.

本発明は、活性金属アノードと、カソードコレ
クタと、反応性または非反応性共溶媒を伴いまた
は伴わないで活性液体カソード(減極剤)の中に
溶質を溶解して成るイオン伝導性カソード/電解
質溶液とを含み、放電中の電池の電圧遅れの時間
を減少させるため電池カソード電解質中にビニー
ルポリマーを溶解した高エネルギー密度非水性電
池に関するものである。カソード/電解質中に溶
解されるビニールポリマー濃度は、カソード/電
解質リツトル当り、約0.25g〜約4.0gの範囲
内/とする。好ましくはこの濃度は0.25〜1.5
g/の範囲内、最も好ましくは約0.5g/と
する。0.25g/以下の濃度では初放電に際して
の電圧遅れ時間をある程度でも低下させるのに無
効であり、これに対して約4.0g/以上の濃度
は初放電に際しての電圧遅れ時間を更に短縮させ
るのに有効ではない。
The present invention provides an ionically conductive cathode/electrolyte comprising an active metal anode, a cathode collector, and a solute dissolved in an active liquid cathode (depolarizer) with or without a reactive or non-reactive co-solvent. The present invention relates to a high energy density non-aqueous battery containing a vinyl polymer dissolved in the battery cathode electrolyte to reduce the time of voltage lag of the battery during discharge. The vinyl polymer concentration dissolved in the cathode/electrolyte is within the range of about 0.25 g to about 4.0 g/liter cathode/electrolyte. Preferably this concentration is between 0.25 and 1.5
g/, most preferably about 0.5 g/. A concentration of 0.25 g/or less is ineffective in reducing the voltage lag time at the initial discharge even to some extent, whereas a concentration of about 4.0 g/or higher is effective in further shortening the voltage lag time at the initial discharge. Not valid.

本発明によつて用いるに適当なビニールポリマ
ー物質は塩化ビニール又は塩化ビニリデンのホモ
ポリマーと、ビニールエステル、二塩基酸、二塩
基酸のジエステルと二塩基酸のモノエステルから
なる群から選択されその中で共重合される少くと
も一つの単量体を有する塩化ビニール又は塩化ビ
ニリデンを含む共重合体の如き通常固体のビニー
ルボリマーである。共重合体なる語はここでは一
緒に重合される二つ又はそれ以上の非類似の単量
体から形成された混合ポリマー又はポリマーブレ
ンド及びヘテロポリマーを意味するために用いら
れる(参照:コンサイス・ケミカル・エンド テ
クニカル・デイクシヨナリ、第3版、H.Bennett
編集、ケミカル・パブリツシング社、1974)。
Vinyl polymer materials suitable for use in accordance with the present invention are selected from the group consisting of homopolymers of vinyl chloride or vinylidene chloride, vinyl esters, dibasic acids, diesters of dibasic acids, and monoesters of dibasic acids. A normally solid vinyl polymer, such as a copolymer containing vinyl chloride or vinylidene chloride, having at least one monomer copolymerized with. The term copolymer is used herein to mean mixed polymers or polymer blends and heteropolymers formed from two or more dissimilar monomers polymerized together (see Concise Chemical Co., Ltd.).・End Technical Dictionary, 3rd edition, H.Bennett
Edited by Chemical Publishing Co., 1974).

適当な共重合体の一般的例には、酢酸ビニール
などのようなビニールエステルと共重合される塩
化ビニール:ジブチルマレエートの如き二塩基酸
のジエステルと共重合される塩化ビニール:酢酸
ビニールの如きビニールエステルとマレイン酸又
はジブチルマレエート又はモノブチルマレエート
の如き二塩基酸、二塩基酸のモノエステル又はジ
エステルと共重合される塩化ビニールの組合せが
含まれる。特別な例は97%塩化ビニル−3%酢酸
ビニールを含む塩化ビニール−酢酸ビニール共重
合体:86%塩化ビニール−14%酢酸ビニールを含
む塩化ビニール−酢酸ビニール共重合体:86%塩
化ビニール−13%酢酸ビニール−1%マレイン酸
を含む塩化ビニール−酢酸ビニール−二塩基酸共
重合体である。
Common examples of suitable copolymers include vinyl chloride copolymerized with a vinyl ester such as vinyl acetate: vinyl chloride copolymerized with a diester of a dibasic acid such as dibutyl maleate; Included are combinations of vinyl esters and vinyl chloride copolymerized with maleic acid or dibasic acids, monoesters or diesters of dibasic acids, such as dibutyl maleate or monobutyl maleate. A special example is a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer containing 97% vinyl chloride-3% vinyl acetate: a vinyl chloride-vinyl acetate copolymer containing 86% vinyl chloride-14% vinyl acetate: 86% vinyl chloride-13 % vinyl acetate-1% maleic acid.

本発明で用いるに適当なビニールポリマー物質
はまた米国特許第4141870号明細書にも開示され
ており、これは参考としてこの明細書に組入れる
ものとする。
Vinyl polymer materials suitable for use in the present invention are also disclosed in US Pat. No. 4,141,870, which is incorporated herein by reference.

本明細書において、また“ジヤーナル オブ
ケミカル エデユケーシオン”、第49巻、587〜
291頁、1972年9月出版に記載のアキヤ コザワ
及びR.A.パウワーズ著“バツテリーにおける電
気化学反応”と題する論文に記載の様に、カソー
ド減極剤はカソード反応物であるから、カソード
において電気化学的に還元される物質である。カ
ソードコレクタは活性還元性物質ではなく、電流
コレクタ+電池の正端子(カソード端子)への電
子導体として作用する。言いかえれば、カソード
コレクタは、活性カソード物質の電気化学還元反
応の場所でありまた電池のカソード端子への電子
導体である。
Also herein referred to as “Journal of
Chemical Education”, Volume 49, 587~
As described in the paper entitled "Electrochemical Reactions in Batteries" by Akiya Kozawa and RA Powers, published on page 291, September 1972, the cathode depolarizer is a cathode reactant, so the electrochemical reaction at the cathode is It is a substance that is reduced to The cathode collector is not an active reducing substance, but acts as a current collector + electron conductor to the positive terminal (cathode terminal) of the battery. In other words, the cathode collector is the site of the electrochemical reduction reaction of the active cathode material and the conductor of electrons to the cathode terminal of the cell.

活性液体還元性カソード物質(減極剤)は、非
反応性物質の、しかしこの液体活性還元性カソー
ド物質の導電性を改良する為に加えられる導電性
溶質と混合する事ができ、またはこの導電性溶質
並びに反応性或いは非反応性の共溶媒物質と混合
する事ができる。反応性共溶媒物質は、電気化学
的に活性であるが故に活性カソード物質として作
用する物質であるのに対して、非反応性共溶媒物
質は、電気化学的に不活性であつて、従つて活性
カソード物質として作用できない物質である。
The active liquid reducing cathode material (depolarizer) can be mixed with a non-reactive material, but with a conductive solute that is added to improve the electrical conductivity of the liquid active reducing cathode material, or It can be mixed with reactive solutes as well as reactive or non-reactive co-solvent materials. A reactive co-solvent material is a material that is electrochemically active and therefore acts as an active cathode material, whereas a non-reactive co-solvent material is a material that is electrochemically inert and thus acts as an active cathode material. A substance that cannot act as an active cathode material.

本発明においてもしセパレータが使用されれ
ば、このセパレータは化学的に不活性であつて、
液体カソード/電解質中に不溶でなければなら
ず、また液体電解質を透過させて電池アノードと
接触させる事によつてアノードとカソードとの間
のイオン伝達路を成す様に多孔性でなければなら
ない。本発明において使用するに適したセパレー
タは不織布または織布ガラスフアイバーマツトで
ある。
If a separator is used in the present invention, the separator is chemically inert;
It must be insoluble in the liquid cathode/electrolyte, and it must be porous to allow the liquid electrolyte to permeate into contact with the cell anode, thereby providing an ionic transport path between the anode and cathode. Separators suitable for use in the present invention are nonwoven or woven glass fiber mats.

本発明電池中においてはカソードコレクタとし
て、実質導電性の任意相容性固体を使用する事が
できる。
Any compatible substantially electrically conductive solid may be used as the cathode collector in the cell of the invention.

カソード/電解質とコレクタとの間にできるだ
け大きい表面接触を備える事が望ましい。故に、
多孔性コレクタを使用する事が好ましい。この種
のコレクタは液体カソード/電解質に対する大面
積の界面を与えるからである。コレクタは金属と
する事ができ、また金属フイルム、スクリーンま
たはプレストパウダ(pressed powder)等の任
意形状とする事ができる。しかし好ましくはプレ
ストパウダコレクタは、少なくとも部分的に炭素
質またはその他の大面積の物質からなるものでな
ければならない。
It is desirable to have as much surface contact as possible between the cathode/electrolyte and the collector. Therefore,
Preferably, a porous collector is used. This type of collector provides a large area interface to the liquid cathode/electrolyte. The collector can be metal and can have any shape, such as a metal film, screen or pressed powder. Preferably, however, the pressed powder collector should consist at least partially of carbonaceous or other large-area material.

溶質は、溶媒中に溶解された時にイオン伝導性
溶液を生じる単塩または複塩である。好ましく溶
質は無機または有機ルーイスの酸と無機イオン化
性塩との錯体である。その主たる要件は、その塩
が単塩であれ複塩であれ、使用される溶媒と相容
性であり、イオン伝導性の溶液を生じる事であ
る。酸及び塩基に関するルーイス概念または電子
概念によれば、活性水素を含有しない多くの物質
が酸即ち電子ダブレツト受体として作用する事が
できる。その基本概念は化学文献に記載されてい
る(ジヤーナル オブ ザ フランクリンインス
テイテユート、第226巻−1938年7月/12月、293
〜313頁、G.N.ルーイス著)。
A solute is a single or double salt that produces an ionically conductive solution when dissolved in a solvent. Preferably the solute is a complex of an inorganic or organic Lewis acid and an inorganic ionizable salt. The main requirement is that the salt, whether single or double, be compatible with the solvent used and yield an ionically conductive solution. According to the Lewis or electronic concept of acids and bases, many substances that do not contain active hydrogen can act as acid or electron doublet acceptors. The basic concept is described in the chemical literature (Journal of the Franklin Institute, Volume 226 - July/December 1938, 293
~313 pages, by GN Lewis).

これらの錯体の溶媒中の機能に関する反応機構
は米国特許第3542602号において詳細に記載され
ており、この特許において、ルーイスの酸とイオ
ン活性塩との間に形成された錯体または複塩はそ
のいずれかの成分単独よりも安定した実体を生じ
ると記載されている。
The reaction mechanism for the functioning of these complexes in solvents is described in detail in U.S. Pat. It is said to produce a more stable entity than either component alone.

本発明において使用するのに適した代表的ルー
イスの酸は、フツ化アルミニウム、臭化アルミニ
ウム、塩化アルミニウム、及び五塩化アンチモ
ン、四塩化ジルコニウム、五塩化リン、フツ化ホ
ウ素、塩化ホウ素及び臭化ホウ素を含む。
Representative Lewis acids suitable for use in the present invention include aluminum fluoride, aluminum bromide, aluminum chloride, and antimony pentachloride, zirconium tetrachloride, phosphorous pentachloride, boron fluoride, boron chloride, and boron bromide. including.

ルーイスの酸と共に使用するに適したイオン化
可能塩は、フツ化リチウム、塩化リチウム、臭化
リチウム、硫化リチウム、フツ化ナトリウム、塩
化ナトリウム、臭化ナトリウム、フツ化カリウ
ム、塩化カリウム及び臭化カリウムを含む。
Ionizable salts suitable for use with Lewis acids include lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium sulfide, sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, potassium fluoride, potassium chloride, and potassium bromide. include.

この分野の専門家には明らかな様に、ルーイス
の酸と無機イオン化可能塩によつて形成される複
塩は、そのものとして使用する事ができ、或いは
これらの各成分を別々に溶媒に添加してその場で
塩またはその結果としてのイオンを形成する事が
できる。この様な複塩の一例は、四塩化アルミニ
ウムリチウムを生じる様に塩化アルミニウムと塩
化リチウムを組合わせて形成されたものである。
As is clear to those skilled in the art, the double salt formed by a Lewis acid and an inorganic ionizable salt can be used as such or each of these components can be added separately to a solvent. salts or resulting ions can be formed in situ. An example of such a double salt is one formed by combining aluminum chloride and lithium chloride to yield lithium aluminum tetrachloride.

本発明によれば、活性金属アノードと、カソー
ドコレクタと、内部にビニールポリマーを溶解さ
れた液体カソード/電解質とを含み、前記カソー
ド/電解質は、周期律表の第族または第族の
元素の少なくとも1種のオキシハライド及び/ま
たは周期律表の第族、第族または第族の液
体ハライド等の活性還元性電解質溶媒中に共溶媒
を伴ないまたは伴なわないで溶質を溶解して成
る。活性還元性電解質溶媒は、電解質塩に対する
溶媒として作用し、また電池の活性カソード(減
極剤)として作用する二重機能を果たすものであ
る。“カソード/電解質”という用語は本明細書
においては、この二重機能を果たす事のできる溶
媒を含有する電解質を示すものとして使用され
る。
According to the present invention, the invention comprises an active metal anode, a cathode collector, and a liquid cathode/electrolyte having a vinyl polymer dissolved therein, the cathode/electrolyte comprising at least one of the elements of Group or Groups of the Periodic Table. The solute is dissolved in an active reducing electrolyte solvent, such as an oxyhalide and/or a liquid halide of Group, Group or Group of the Periodic Table, with or without a co-solvent. The active reducing electrolyte solvent serves the dual function of acting as a solvent for the electrolyte salt and as an active cathode (depolarizer) for the cell. The term "cathode/electrolyte" is used herein to refer to a solvent-containing electrolyte that can perform this dual function.

電池の単一成分を電解質溶媒並びに活性カソー
ド(減極剤)として使用する事は比較的新しい開
発である。なぜかならば、従来は一般に、この2
つの機能を当然に相互に独立のものであつて同一
物質によつては遂行され得ないものと考えられて
いたからである。電解質溶媒が電池中で機能する
には、アノードとカソードとの間に連続イオン通
路を形成するためにこれらのアノードとカソード
(減極剤)の両方に接触する必要がある。また一
般に、活性カソード物質は決してアノードと直接
に接触してはならないと考えられていた。故に前
記の2つの機能は相互に相反するものと向えられ
ていた。しかるに、最近液体オキシハライド等の
ある種の活性カソード物質は活性アノード金属と
の界面においてこのアノード金属と化学的に顕著
に反応しないので、アノード物質は直接にアノー
ドと接触する事ができまた電解質キヤリアとして
作用できる事が発見された。この様な直接化学反
応の禁止の原因の背後にある理論は現在では充分
に理解されておらずまた本発明者は発明の理論に
限定される意志はないが、反応の固有の高い活性
化エネルギーまたはアノード面上の薄い保護フイ
ルムの形成によつて直接的化学反応が禁止される
ものと思われる。このアノード面上の保護性フイ
ルムは、アノード分極作用の大きな増大を伴なう
ほどに過度に形成されてはならない。
The use of a single component in a battery as the electrolyte solvent as well as the active cathode (depolarizer) is a relatively new development. For some reason, in the past, these two
This is because the two functions were naturally considered to be mutually independent and could not be performed by the same substance. For an electrolyte solvent to function in a battery, it must contact both the anode and cathode (depolarizer) to form a continuous ionic path between the two. It was also generally believed that the active cathode material should never be in direct contact with the anode. Therefore, the two functions described above were intended to be mutually contradictory. However, recently some active cathode materials, such as liquid oxyhalides, do not react significantly chemically with the active anode metal at the interface with the anode metal, so that the anode material can directly contact the anode and the electrolyte carrier. It was discovered that it can act as Although the theory behind the inhibition of such direct chemical reactions is not currently well understood and the inventors do not wish to be limited to the theory of the invention, it is important to note that the inherent high activation energy of the reaction Alternatively, direct chemical reactions may be inhibited by the formation of a thin protective film on the anode surface. This protective film on the anode surface must not be formed so excessively as to significantly increase the anodic polarization effect.

オキシハライド等の活性還元性液体カソード
は、カソード物質として作用すると共に非水性電
池の電解質キヤリアとして作用するのに充分程度
に、活性金属アノード表面との直接反応を禁止す
るのであるが、特に高温における電池貯蔵期間中
に、この液体カソードは活性金属アノードの上に
表面フイルムを形成する。この表面フイルムは比
較的厚い結晶性物質層から成る。この結晶性物質
層がアノードの不動態化を生じ、その結果電池の
初期放電における電圧遅れ、並びに標準型C−サ
イズ電池の場合には11オーム〜15オームの範囲の
高い電池インピーダンス値を伴なうものと思われ
る。
Active reducing liquid cathodes, such as oxyhalides, inhibit direct reaction with active metal anode surfaces sufficiently to act as cathode materials and electrolyte carriers in non-aqueous cells, especially at high temperatures. During cell storage, this liquid cathode forms a surface film on the active metal anode. This surface film consists of a relatively thick layer of crystalline material. This layer of crystalline material causes passivation of the anode, resulting in a voltage lag in the initial discharge of the cell, as well as high cell impedance values in the range of 11 ohms to 15 ohms for standard C-size cells. It seems like something.

アノード不動態化の程度は、放電が開始された
のちに、貯蔵電池の閉路電圧がその所望の電圧水
準に達するまでに必要とされる時間を測定する事
によつて測定する事ができる。もしこの遅れが20
秒を超えれば、このアノード不動態化は大部分の
用途について過度であると見なされるであろう。
例えばリチウム/オキシハライド電池システムに
おいて観察される事は、電池の端子間に一定負荷
が加えられたのち、電池電圧は直ちに所望放電以
下に落ち、次に、温度、結晶層の厚さ及び負荷に
依存する速度で増大して行く。
The degree of anode passivation can be measured by measuring the time required for the closed circuit voltage of the storage cell to reach its desired voltage level after discharge has begun. If this delay is 20
Above seconds, this anode passivation would be considered excessive for most applications.
For example, what is observed in lithium/oxyhalide battery systems is that after a constant load is applied across the terminals of the battery, the battery voltage immediately drops below the desired discharge and then changes with temperature, layer thickness, and load. It grows at a dependent rate.

この結晶層の正確な組成は未知である。結晶層
の厚さと密度並びに結晶のサイズ並びに形状は、
貯蔵期間の長さ及び貯蔵中の温度と共に変動する
事が観察された。例えば低温貯蔵では、約70℃の
高温貯蔵における結晶層の大きな成長に比して、
比較的小さい成長が見られる。また塩化チオニル
或いは塩化スルフリル等のオキシハライドがSO2
によつて飽和されたのちにリチウムアノード電池
の中に配置された場合、結晶層が急速にリチウム
面上に形成する事によつてリチウムを不動態化す
る事が観察された。
The exact composition of this crystalline layer is unknown. The thickness and density of the crystal layer as well as the size and shape of the crystals are
It was observed that it varied with the length of storage period and the temperature during storage. For example, in low-temperature storage, compared to the large growth of the crystal layer in high-temperature storage at about 70℃,
Relatively small growth is observed. Also, oxyhalides such as thionyl chloride or sulfuryl chloride are SO 2
When placed in a lithium anode cell after being saturated with , a crystalline layer was observed to passivate the lithium by rapidly forming on the lithium surface.

本発明によれば、液体アノード/電解質中にビ
ニールポリマーを溶解させる事によつて、アノー
ド不動態化が大巾に防止されうる事が発見され
た。
In accordance with the present invention, it has been discovered that anode passivation can be largely prevented by dissolving a vinyl polymer in the liquid anode/electrolyte.

このビニールポリマーは、電池の貯蔵中及び放
電中に、液体カソード/電解質中に安定状態に留
まり、電池の容量を大きく低下させないものでな
ければならず、また多くの場合ビニールポリマー
は高率放電中の電池容量を増大させる事さえもあ
る。本発明者は発明の理論に拘束される事は望ま
ないが、ビニールポリマー、例えば塩化ビニール
ポリマーがオキシハライドカソード/電解質電池
システム中において、例えばリチウム/オキシハ
ライド電池システム中において安定である1つの
理由は下記の様に説明できると思われる。塩化ビ
ニールポリマー劣化の承認されたメカニズムの1
つは脱塩化水素である。すなわち1個のCl原子
と、1個のH原子が分裂してHClを形成するメカ
ニズムである。このプロセスは、ポリマー上の残
存Cl原子の電子負性が共役エネルギー(即ち二重
結合の形成)によつて補償されるまで続く。その
後の劣化は下記の様な遊離基メカニズムによつて
生じると主張されている。
The vinyl polymer must remain stable in the liquid cathode/electrolyte during storage and discharge of the battery without significantly reducing the capacity of the battery, and in many cases the vinyl polymer must remain stable during high rate discharge. It may even increase the battery capacity of the battery. Although the inventors do not wish to be bound by the theory of the invention, one reason why vinyl polymers, such as vinyl chloride polymers, are stable in oxyhalide cathode/electrolyte battery systems, such as in lithium/oxyhalide battery systems, is It seems that it can be explained as follows. One of the accepted mechanisms of vinyl chloride polymer degradation
One is dehydrochlorination. In other words, the mechanism is that one Cl atom and one H atom split to form HCl. This process continues until the electron negativity of the remaining Cl atoms on the polymer is compensated by conjugation energy (ie, double bond formation). The subsequent degradation is claimed to occur via a free radical mechanism as described below.

(・は遊離基を示す) ポリマー劣化と相互作用しまたは干渉する事が
観察された化合物の大部分は、R
(· indicates a free radical) Most of the compounds observed to interact or interfere with polymer degradation are R

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 活性金属アノードと、カソードコレクター
と、活性液体カソード中に溶質を溶解して成るイ
オン伝導性カソード−電解質溶液とを含み、前記
カソード−電解質中にビニールポリマーを溶解し
た非水性電池。 2 ビニールポリマーは、塩化ビニル又は塩化ビ
ニリデンのホモポリマーと、ビニールエステル、
二塩基酸、二塩基酸のジエステルと二塩基酸のモ
ノエステルからなる群から選ばれ、その中で共重
合される少くとも一つの単量体を有する塩化ビニ
ール又は塩化ビニリデンを含む共重合体とからな
る群から選ばれる特許請求の範囲第1項記載の非
水性電池。 3 ビニールポリマーは塩化ビニール−酢酸ビニ
ール共重合体、塩化ビニール−酢酸ビニル−二塩
基酸共重合体と塩化ビニールホモポリマーからな
る群から選択される特許請求の範囲第1項記載の
非水性電池。 4 カソード−電解質中のビニールポリマーの濃
度は電解質1当り約0.25〜4.0gの範囲である
特許請求の範囲第1、2又は3項記載の非水性電
池。 5 カソード−電解質中のビニルポリマーの濃度
は電解質1当り約0.5〜1.5gの範囲である特許
請求の範囲第1、2又は3項記載の非水性電池。 6 カソード−電解質は硫化リチウム、一塩化硫
黄及びその混合物からなる群から選択される物質
を含有する特許請求の範囲第1、2又は3項記載
の非水性電池。 7 カソード−電解質は、塩化チオニル、塩化ス
ルフリル、オキシ塩化リン、臭化チオニル、塩化
クロミル、三臭化バナジル及びオキシ塩化セレン
からなる群から選択される少くとも一つの液体オ
キシハライドを含有する特許請求の範囲第1、2
又は3項記載の非水性電池。 8 少くとも一つの液体オキシハライドは塩化チ
オニルと塩化スルフリルからなる群から選択され
る特許請求の範囲第7項記載の非水性電池。 9 アノードはリチウム、ナトリウム、カルシウ
ム、カリウムとアルミニウムからなる群から選択
される特許請求の範囲第1、2又は3項記載の非
水性電池。 10 カソード−電解質は無機共溶媒である特許
請求の範囲第7項記載の非水性電池。 11 カソード−電解質は有機共溶媒である特許
請求の範囲第7項記載の非水性電池。 12 アノードはリチウムであり液体オキシハラ
イドは塩化チオニルである特許請求の範囲第7項
記載の非水性電池。 13 アノードはリチウムであり液体オキシハラ
イドは塩化スルフリルである特許請求の範囲第7
項記載の非水性電池。 14 溶質はルイス酸と無機イオン化性塩との錯
塩である特許請求の範囲第1、2又は3項記載の
非水性電池。
[Scope of Claims] 1. An ionically conductive cathode-electrolyte solution comprising an active metal anode, a cathode collector, and an ionically conductive cathode-electrolyte solution comprising a solute dissolved in an active liquid cathode; Aqueous battery. 2 Vinyl polymer is a homopolymer of vinyl chloride or vinylidene chloride, vinyl ester,
A copolymer containing vinyl chloride or vinylidene chloride having at least one monomer copolymerized therein selected from the group consisting of dibasic acids, diesters of dibasic acids, and monoesters of dibasic acids; The non-aqueous battery according to claim 1, which is selected from the group consisting of: 3. The non-aqueous battery according to claim 1, wherein the vinyl polymer is selected from the group consisting of vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinyl acetate-dibasic acid copolymer, and vinyl chloride homopolymer. 4. A non-aqueous battery according to claim 1, 2 or 3, wherein the concentration of vinyl polymer in the cathode-electrolyte ranges from about 0.25 to 4.0 grams per electrolyte. 5. A non-aqueous battery according to claim 1, 2 or 3, wherein the concentration of vinyl polymer in the cathode-electrolyte ranges from about 0.5 to 1.5 grams per electrolyte. 6. A non-aqueous battery according to claim 1, 2 or 3, wherein the cathode-electrolyte contains a material selected from the group consisting of lithium sulfide, sulfur monochloride and mixtures thereof. 7 Claim in which the cathode-electrolyte contains at least one liquid oxyhalide selected from the group consisting of thionyl chloride, sulfuryl chloride, phosphorous oxychloride, thionyl bromide, chromyl chloride, vanadyl tribromide, and selenium oxychloride. range 1st, 2nd
Or the non-aqueous battery according to item 3. 8. The nonaqueous battery of claim 7, wherein the at least one liquid oxyhalide is selected from the group consisting of thionyl chloride and sulfuryl chloride. 9. The non-aqueous battery according to claim 1, 2 or 3, wherein the anode is selected from the group consisting of lithium, sodium, calcium, potassium and aluminum. 10. The non-aqueous battery of claim 7, wherein the cathode-electrolyte is an inorganic co-solvent. 11. The non-aqueous battery of claim 7, wherein the cathode-electrolyte is an organic co-solvent. 12. The non-aqueous battery according to claim 7, wherein the anode is lithium and the liquid oxyhalide is thionyl chloride. 13 Claim 7: The anode is lithium and the liquid oxyhalide is sulfuryl chloride.
Non-aqueous batteries as described in section. 14. The non-aqueous battery according to claim 1, 2 or 3, wherein the solute is a complex salt of a Lewis acid and an inorganic ionizable salt.
JP8768180A 1979-06-27 1980-06-27 Nonnaqueous battery Granted JPS567360A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5246779A 1979-06-27 1979-06-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS567360A JPS567360A (en) 1981-01-26
JPS6342377B2 true JPS6342377B2 (en) 1988-08-23

Family

ID=21977791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8768180A Granted JPS567360A (en) 1979-06-27 1980-06-27 Nonnaqueous battery

Country Status (7)

Country Link
JP (1) JPS567360A (en)
BE (2) BE882243A (en)
BR (1) BR8001513A (en)
IL (1) IL59669A0 (en)
IN (1) IN154340B (en)
IT (1) IT1130577B (en)
NL (1) NL8002081A (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58201256A (en) * 1982-05-11 1983-11-24 ユニオン・カ−バイド・コ−ポレ−シヨン Nonaqueous battery
JPH0763014B2 (en) * 1985-09-24 1995-07-05 株式会社東芝 Non-aqueous solvent battery
JPH0775165B2 (en) * 1986-05-23 1995-08-09 株式会社東芝 Non-aqueous solvent battery

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51119936A (en) * 1975-03-24 1976-10-20 Union Carbide Corp Nonnaqueous electrochemical battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51119936A (en) * 1975-03-24 1976-10-20 Union Carbide Corp Nonnaqueous electrochemical battery

Also Published As

Publication number Publication date
IL59669A0 (en) 1980-06-30
BR8001513A (en) 1980-12-30
IT1130577B (en) 1986-06-18
IN154340B (en) 1984-10-20
BE884034A (en) 1980-12-29
BE882243A (en) 1980-09-15
NL8002081A (en) 1980-12-30
IT8020977A0 (en) 1980-03-27
JPS567360A (en) 1981-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3993501A (en) Nonaqueous electrochemical cell
EP0111214B1 (en) Nonaqueous cell and a method for treating an active metal anode of a nonaqueous cell
US4218523A (en) Nonaqueous electrochemical cell
US4071664A (en) Electrolyte salt additive
US4654280A (en) Nonaqueous cell employing a cathode-electrolyte solution containing a boron-containing additive
US4278741A (en) Nonaqueous cell
US4869977A (en) Electrolyte additive for lithium-sulfur dioxide electrochemical cell
US4608322A (en) Nonaqueous electrochemical cell
US4277545A (en) Nonaqueous cell
US3508966A (en) Electrochemical cell with non-aqueous electrolyte
US4367266A (en) Cathode collectors for nonaqueous cell having a metal oxide catalyst
US4516317A (en) Nonaqueous cell employing an anode having a boron-containing surface film
US3953235A (en) Nonaqueous cell having an electrolyte containing crotonitrile
US4560632A (en) Polyvinyl-coated cathode collector for cells employing liquid cathodes
US4844993A (en) Additive to improve voltage regulation in a lithium-copper chloride rechargeable cell
JPS6342377B2 (en)
US4367268A (en) High energy electrochemical power cell
EP0186200A2 (en) Nonaqueous cell employing a cathode-electrolyte solution containing a boron-containing additive
AU566641B2 (en) Nonaqueous electrochemical cell
JPS6318838B2 (en)
JP3108238B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JPH0424825B2 (en)
CA1149446A (en) High energy electrochemical power cell
KR800000158B1 (en) Nonaqueous cell having an electrolyte containing crotonitrile
EP0105173A2 (en) Porous cathode collector for cells employing liquid cathodes