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JP2940198B2 - Solid electrode composition - Google Patents

Solid electrode composition

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JP2940198B2
JP2940198B2 JP3062810A JP6281091A JP2940198B2 JP 2940198 B2 JP2940198 B2 JP 2940198B2 JP 3062810 A JP3062810 A JP 3062810A JP 6281091 A JP6281091 A JP 6281091A JP 2940198 B2 JP2940198 B2 JP 2940198B2
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JP
Japan
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battery
electrode
sulfur
polypyrrole
lithium
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JP3062810A
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正 外邨
佳子 佐藤
輝寿 神原
裕史 上町
健一 竹山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体あるいは固形状の
リチウムイオン伝導性電解質を用いるリチウム二次電池
等の電気化学素子に用いられる電極組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode composition used for an electrochemical device such as a lithium secondary battery using a solid or solid lithium ion conductive electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】軽量で高エネルギー密度の電池や、大面
積のエレクトロクロミック素子、微小電極を用いた生物
化学センサー等の電気化学素子が期待できることから、
導電性高分子電極が盛んに検討されている。ポリアセチ
レンは不安定で電極としては実用性に乏しいことから他
のπ電子共役系導電性高分子が検討され、ポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリアセン、ポリチオフェンといっ
た比較的安定な高分子が開発され、これらを正極に用い
たリチウム二次電池が開発されるに及んでいる。
2. Description of the Related Art Electrochemical devices such as lightweight, high-energy density batteries, large-area electrochromic devices, and biochemical sensors using microelectrodes can be expected.
Conductive polymer electrodes are being actively studied. Since polyacetylene is unstable and impractical as an electrode, other π-electron conjugated conductive polymers have been studied, and relatively stable polymers such as polyaniline, polypyrrole, polyacene, and polythiophene have been developed. The lithium secondary batteries used have been developed.

【0003】 これらの高分子電極は、電極反応に際して
カチオンのみならず電解質中のアニオンを取り込みむの
で、電池内にあって電解質はイオンの移動媒体として作
用するだけでなく電池反応に関与するため、電池容量に
見合う量の電解質を電池内に供給する必要がある。そし
て、その分電池のエネルギー密度が小さくなるという問
題を有している。エネルギー密度は、20〜50Wh/kg
程度でニッケルカドミウム蓄電池、鉛蓄電池等の通常の
二次電池に較べ2分の1程度と小さい。
[0003] Since these polymer electrodes take in not only cations but also anions in the electrolyte during the electrode reaction, the electrolyte in the battery not only acts as a transfer medium for ions but also participates in the battery reaction. It is necessary to supply an amount of electrolyte corresponding to the battery capacity into the battery. In addition, there is a problem that the energy density of the battery is reduced accordingly. Energy density is 20-50Wh / kg
It is about half that of a normal secondary battery such as a nickel cadmium storage battery or a lead storage battery.

【0004】 これに対し、高エネルギー密度が期待でき
る有機材料として、米国特許第4,833,048号にジスルフ
ィド系化合物が提案されている。この化合物は、最も簡
単にはR−S−S−Rと表される(Rは脂肪族あるいは
芳香族の有機基、Sは硫黄)。S−S結合は電解還元に
より開裂し、電解浴中のカチオン(M+)とでR−Sー・
M+で表される塩を生成する。この塩は、電解酸化によ
り元のR−S−S−Rに戻る。カチオン(M+)を供
給、捕捉する金属Mとジスルフィド系化合物を組み合わ
せた金属ーイオウ二次電池が前述の米国特許に提案され
ている。150Wh/Kg以上と、通常の二次電池に匹敵あ
るいはそれ以上のエネルギー密度が期待できる。
[0004] In contrast, as organic material a high energy density can be expected, disulfide compounds have been proposed in U.S. Patent No. 4,833,048. This compound is most simply represented as R-S-S-R (R is an aliphatic or aromatic organic group and S is sulfur). The SS bond is cleaved by electrolytic reduction, and the cation (M +) in the electrolytic bath is combined with RS—
A salt represented by M + is formed. This salt returns to the original RSSR by electrolytic oxidation. A metal-sulfur secondary battery combining a metal M that supplies and traps cations (M +) with a disulfide compound has been proposed in the aforementioned U.S. Patent. With an energy density of 150 Wh / Kg or more, an energy density comparable to or higher than that of a normal secondary battery can be expected.

【0005】[0005]

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、提案さ
れているジスルフィド系化合物は、米国特許第4,833,04
8号の発明者らがJ.Electrochem.Soc, Vol.136, No.9,
p.2570〜2575(1989)で報告しているように、例えば
[(C2H5)2NCSS-]2 の電解では、酸化と還元の電位が1vo
lt以上離れており電極反応論の教えるところに依れば電
子移動過程は極めて遅い。従って、室温付近では実用に
見合う大きな電流、例えば1mA/cm2 以上の電流を取り
出すことが困難であり、60℃以上の高温での使用に限
られるという問題があった。さらに、ジスルフィド化合
物は有機溶媒に溶解するため有機溶媒に塩を溶解した有
機電解質を用いることは困難で、ポリマー電解質等の固
形あるいは固体状の電解質を用いる必要がある。また、
ジスルフィド化合物は電子電導性に乏しいことから導電
剤と混合して用いる必要がある。通常は、カーボン等の
導電材とポリマー固体電解質と混合して組成物として用
いられている。
However, the proposed disulfide compound is disclosed in US Pat. No. 4,833,044.
No. 8, the inventor of J. Electrochem. Soc, Vol. 136, No. 9,
As reported in pages 2570-2575 (1989), for example,
In the electrolysis of [(C2H5) 2NCSS-] 2, the potential for oxidation and reduction is 1 vo
It is separated by more than lt, and the electron transfer process is extremely slow according to the teachings of electrode reaction theory. Therefore, it is difficult to extract a large current suitable for practical use, for example, a current of 1 mA / cm 2 or more at around room temperature, and there is a problem that the use is limited to a high temperature of 60 ° C. or more. Further, since the disulfide compound is dissolved in an organic solvent, it is difficult to use an organic electrolyte in which a salt is dissolved in the organic solvent, and it is necessary to use a solid or solid electrolyte such as a polymer electrolyte. Also,
Since the disulfide compound has poor electron conductivity, it must be used in combination with a conductive agent. Usually, a conductive material such as carbon and a polymer solid electrolyte are mixed and used as a composition.

【0006】 しかしながら、組成物中において必ずしも
良好な電子とイオンのネットワークが形成されず、分極
が大きくなる欠点を有していた。本発明は、この様な問
題を解決し、ジスルフィド系化合物の高エネルギー密度
という特徴を損なわずかつ室温でも大電流での電解(充
放電)が可能な可逆性に優れた電極を提供するものであ
る。
However, not necessarily good electron and ion network is formed in the composition, it had the disadvantage of polarization increases. The present invention solves such a problem and provides an electrode having excellent reversibility capable of performing electrolysis (charge / discharge) with a large current even at a room temperature even at a slightly low temperature, which impairs the feature of the high energy density of the disulfide compound. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の電極は、ジスル
フィド系化合物と、導電材と電極触媒の両方に作用する
ポリピロールと、リチウム塩を溶解したプロピレンカー
ボネートあるいは/およびエチレンカーボネートよりな
る有機溶媒をアクリロニトリルとアクリル酸メチルある
いはメタアクリル酸メチルとの共重合体を用いてゲル状
にした固形電解質とを複合化した固形電極組成物であ
る。
The electrode of the present invention comprises a disulfide compound, polypyrrole acting on both a conductive material and an electrode catalyst, and an organic solvent comprising propylene carbonate and / or ethylene carbonate in which a lithium salt is dissolved. It is a solid electrode composition obtained by complexing a solid electrolyte gelled using a copolymer of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate.

【0008】[0008]

【作用】本発明の固形電極組成物中にあっては、ポリピ
ロールは、ジスルフィド系化合物の電極反応触媒として
作用し、特に還元反応を促進する。さらに、導電材とし
ても作用し組成物内に良好な電子伝導経路を形成する。
アクリロニトリルとアクリル酸メチルあるいはメタアク
リル酸メチルとの共重合体を用いてリチウム塩を溶解し
たプロピレンカーボネートあるいは/およびエチレンカ
ーボネート溶液をゲル状にした固形電解質は、ポリピロ
ール粉末を良好に分散し、ジスルフィド化合物の酸化還
元反応に有利な電極反応界面を提供するとともに、ポリ
ピロール粉末、ジスルフィド化合物粉末の結合材として
も作用し、固形電極組成物に良好な機械強度と加工性を
与える。
In the solid electrode composition of the present invention, polypyrrole acts as a catalyst for an electrode reaction of a disulfide compound, and particularly promotes a reduction reaction. Further, it acts as a conductive material and forms a good electron conduction path in the composition.
A solid electrolyte in which a propylene carbonate or / and ethylene carbonate solution in which a lithium salt is dissolved using a copolymer of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate is made into a gel form, disperses polypyrrole powder well, and disulfide compound Not only provides an electrode reaction interface that is advantageous for the oxidation-reduction reaction, but also acts as a binder for polypyrrole powder and disulfide compound powder, and provides the solid electrode composition with good mechanical strength and workability.

【0009】 本発明のジスルフィド化合物としては、米
国特許第4,833,048号に述べられている一般式(R
(S)y)nで表されるジスルフィド化合物を用いること
ができる。Rは脂肪族基、芳香族基、Sは硫黄、yは1
以上の整数、nは2以上の整数である。例えば、C2N2S(S
H)2で表される2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ール、C3H3N3S
3で表されるs-トリアシ゛ンー2、4、6ートリチオールなどの複数のチオー
ル基をリチウムイオンの存在下で酸化重合した有機化合
等が用いられる。
[0009] As the disulfide compound of the present invention, the general formula set forth in U.S. Patent No. 4,833,048 (R
(S) y) A disulfide compound represented by n can be used. R is an aliphatic group, an aromatic group, S is sulfur, y is 1
N is an integer of 2 or more. For example, C2N2S (S
H) 2,5-mercaphto-1,3,4-thiazole as represented by 2, C3H3N3S
Multiple thiols such as s-triazine-2,4,6-trithiol represented by 3
Compounds Oxidized and Polymerized in the Presence of Lithium Ions
Objects are used.

【0010】 本発明のポリピロールは、ピロールあるい
はピロール誘導体の電解重合、化学重合のいずれの方法
によっても得ることができる。アニオンがドープされて
いてもいいし されていなくてもかまわない 平均粒子
径が0.1〜10ミクロン、電導度が10ー1 S/cm 以上
のものが好ましく用いられる。必要に応じて導電材を混
合してもよい。この場合の導電材としては、炭素材料が
好ましく用いられる。天然黒鉛、人造黒鉛、無定形炭
素、繊維状、粉末状、石油ピッチ系、石炭コークス系の
いずれも用いることができる。粒子あるいは繊維の大き
さは、直径あるいは繊維径が0.01〜10ミクロン、
繊維長が数μmから数mm までが好ましい。
[0010] The polypyrrole of the present invention may be pyrrole or
Can be obtained by any of electrolytic polymerization and chemical polymerization of a pyrrole derivative . Anion is doped
You can either have, does not matter even if it is not. Those having an average particle diameter of 0.1 to 10 microns and an electric conductivity of 10-1 S / cm or more are preferably used. You may mix a conductive material as needed. As the conductive material in this case, a carbon material is preferably used. Any of natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, fibrous, powdery, petroleum pitch, and coal coke can be used. Particle or fiber size, diameter or fiber diameter 0.01 to 10 microns,
The fiber length is preferably from several μm to several mm.

【0011】 アクリロニトリルとアクリル酸メチルある
いはメタアクリル酸メチルとの共重合体は、通常の重合
法でアクリロニトリルモノマーとアクリル酸メチルある
いはメタアクリル酸メチルとを重合することで得られ
る。分子量が30、000〜100、000のものが好
ましく用いられる。アクリロニトリル(AN)とアクリ
ル酸メチルあるいはメタアクリル酸メチル(MA)との
共重合比(AN/MA)は50:1〜2:1(モル比)
程度が好ましい。
[0011] copolymers of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate is obtained by polymerizing methyl acrylonitrile monomers and acrylic acid or methyl methacrylate in a conventional polymerization method. Those having a molecular weight of 30,000 to 100,000 are preferably used. The copolymerization ratio (AN / MA) of acrylonitrile (AN) and methyl acrylate or methyl methacrylate (MA) is 50: 1 to 2: 1 (molar ratio).
The degree is preferred.

【0012】[0012]

【実施例】本発明のジスルフィド化合物としては、米国
特許第4,833,048号に述べられている一般式(R(S)
y)nで表されるジスルフィド化合物を用いることができ
る。Rは脂肪族基、芳香族基、Sは硫黄、yは1以上の
整数、nは2以上の整数である。例えば、C2N2S(SH)2で
表される2,5-シ゛メルカフ゜ト-1,3,4-チアシ゛アソ゛ール、C3H3N3S3で表
されるs-トリアシ゛ンー2、4、6ートリチオール等が用いられる。
The disulfide compound of the present invention includes a compound represented by the general formula (R (S)) described in US Pat. No. 4,833,048.
y) A disulfide compound represented by n can be used. R is an aliphatic group, an aromatic group, S is sulfur, y is an integer of 1 or more, and n is an integer of 2 or more. For example, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiasol represented by C2N2S (SH) 2, s-triazine-2,4,6-trithiol represented by C3H3N3S3, and the like are used.

【0013】 本発明のポリピロールは電解重合、化学重
合のいずれの方法によっても得ることができる。平均粒
子径が0.1〜10ミクロン、電導度が10ー1 S/cm 以
上のものが好ましく用いられる。必要に応じて導電材を
混合してもよい。この場合の導電材としては、炭素材料
が好ましく用いられる。天然黒鉛、人造黒鉛、無定形炭
素、繊維状、粉末状、石油ピッチ系、石炭コークス系の
いずれも用いることができる。粒子あるいは繊維の大き
さは、直径あるいは繊維径が0.01〜10ミクロン、
繊維長が数μmから数mm までが好ましい。
[0013] polypyrrole of the present invention can be obtained electrolytic polymerization, by any of the methods of chemical polymerization. Those having an average particle diameter of 0.1 to 10 microns and an electric conductivity of 10-1 S / cm or more are preferably used. You may mix a conductive material as needed. As the conductive material in this case, a carbon material is preferably used. Any of natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, fibrous, powdery, petroleum pitch, and coal coke can be used. Particle or fiber size, diameter or fiber diameter 0.01 to 10 microns,
The fiber length is preferably from several μm to several mm.

【0014】 アクリロニトリルとアクリル酸メチルある
いはメタアクリル酸メチルとの共重合体は、通常の重合
法でアクリロニトリルモノマーとアクリル酸メチルある
いはメタアクリル酸メチルとを重合することで得られ
る。分子量が30、000〜100、000のものが好
ましく用いられる。アクリロニトリル(AN)とアクリ
ル酸メチルあるいはメタアクリル酸メチル(MA)との
共重合比(AN/MA)は50:1〜2:1(モル比)
程度が好ましい。
[0014] copolymers of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate is obtained by polymerizing methyl acrylonitrile monomers and acrylic acid or methyl methacrylate in a conventional polymerization method. Those having a molecular weight of 30,000 to 100,000 are preferably used. The copolymerization ratio (AN / MA) of acrylonitrile (AN) and methyl acrylate or methyl methacrylate (MA) is 50: 1 to 2: 1 (molar ratio).
The degree is preferred.

【0015】 リチウム塩としては、沃化リチウム、過塩
素酸リチウム、トリフルオロスルホン酸リチウム、ホウ
フッ化リチウム等が用いられる。本発明の固形電解質組
成物は次のようにして製造される。まず、プロピレンカ
ーボネートあるいは/およびエチレンカーボネートより
なる溶媒にリチウム塩を加熱溶解してリチウム塩の溶液
を得る。次にこの溶液にアクリロニトリルとアクリル酸
メチルあるいはメタアクリル酸メチルとの共重合体の粉
末を添加し、150℃〜180℃で加熱して粉末を溶解
し均一な透明な溶液を得る。この溶液をアクリロニトリ
ルにより重量で2〜3倍に希釈する。 ジスルフィド化
合物粉末とポリピロール粉末とを乳鉢で混合することで
得た粉末と希釈溶液とを混合し、得られたスラリーをガ
ラス板上に流延する。室温で乾燥後、60℃で1Torrの
減圧下で真空加熱乾燥することで固形電解質組成物が得
られる。必要に応じ、スラリー中にLiI, Li3N-LiI-B2O
3、LiI・H2O、Li-β-Al2O3等のリチウムイオン伝導性粉
末を添加してもよい。
As the lithium salt, lithium iodide, lithium perchlorate, lithium trifluorosulfonate, lithium borofluoride and the like are used. The solid electrolyte composition of the present invention is manufactured as follows. First, a lithium salt solution is obtained by heating and dissolving a lithium salt in a solvent composed of propylene carbonate and / or ethylene carbonate. Next, a powder of a copolymer of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate is added to this solution, and the mixture is heated at 150 ° C. to 180 ° C. to dissolve the powder to obtain a uniform transparent solution. The solution is diluted 2-3 times by weight with acrylonitrile. The powder obtained by mixing the disulfide compound powder and the polypyrrole powder in a mortar is mixed with a dilute solution, and the obtained slurry is cast on a glass plate. After drying at room temperature, the solid electrolyte composition is obtained by vacuum heating and drying at 60 ° C. under a reduced pressure of 1 Torr. LiI, Li3N-LiI-B2O in the slurry if necessary
3. Lithium ion conductive powders such as LiI.H2O and Li-β-Al2O3 may be added.

【0016】 (実施例1) トリフルオロスルホン酸リチウム3.58g、プロピレ
ンカーボネート10.47g、エチレンカーボネート
7.86gを混合し、120℃に加熱して均一溶液を得
た。 この溶液に、分子量6万のアクリロニトリルとア
クリル酸メチルの共重合体(AN/MA=10/1、モ
ル比)粉末3gを混合し、密封した100mlの三角フラス
コ中で150℃に加熱し、共重合体粉末を完全に溶解し
粘ちょうな透明の液体を得た。この液体にアクリロニト
リルを30g添加し希釈溶液を得た。沃素を酸化剤とし
て水酸化リチウムの存在下で2、5ージメルカプトー
1、3、4ーチアジアゾール(MTD)を化学重合する
ことで得たポリ(2,5−ジメルカプトー1,3,4−
チアジアゾール)リチウム塩(DMTD)粉末2.0g
と平均粒径が3ミクロンのポリピロール粉末0.5gと
を乳鉢で混合して得た混合粉末と希釈溶液10gとを混
合して電極スラリーを得た。用いたポリピロール粉末
は、0.1 M (M=mol/dm3)のピロールおよび 0.3 M の LiC
lO4 を溶解したアセトニトリル中で、白金板2枚を電極
として用い、溶液を撹はんしながらこれら電極間に3.
5Vの一定電圧を加え電解することで得た。このように
して得られた過塩素酸アニオンをドープしたポリピロー
ルの電導度を、粉末をペレットに加圧成形して測定した
ところ室温で約8S/cmであった。 塩としてLiClO4を用
いたが、LiBF4, Et4NClO4, Et4NBF4(Et=C2H5)も用いる
ことができる。電極スラリーを直径が90mmのガラス
シャーレに流延し、40℃の乾燥アルゴン気流中で1時
間乾燥しさらに60℃で5時間真空乾燥することで、厚
さ約280μmの可撓性のあるシート状の固形電極組成
物Aを得た。
[0016] (Example 1) lithium trifluoromethane sulfonate 3.58 g, propylene carbonate 10.47 g, mixture of ethylene carbonate 7.86 g, to obtain a homogeneous solution was heated to 120 ° C.. To this solution was mixed 3 g of a powder of acrylonitrile and methyl acrylate (AN / MA = 10/1, molar ratio) having a molecular weight of 60,000, and heated to 150 ° C. in a sealed 100 ml Erlenmeyer flask. The polymer powder was completely dissolved to obtain a viscous transparent liquid. 30 g of acrylonitrile was added to this liquid to obtain a diluted solution. Using iodine as the oxidant
Chemical polymerization of 2,5 dimercapto-1,3,4-thiadiazole (MTD) in the presence of lithium hydroxide
Poly (2,5-dimercapto-1,3,4-
Thiadiazole ) lithium salt (DMTD) powder 2.0 g
Then, a mixed powder obtained by mixing 0.5 g of polypyrrole powder having an average particle diameter of 3 μm with a mortar was mixed with 10 g of a diluted solution to obtain an electrode slurry. The polypyrrole powder used was 0.1 M (M = mol / dm3) pyrrole and 0.3 M LiC
In acetonitrile in which l04 was dissolved, two platinum plates were used as electrodes, and the solution was stirred between these electrodes.
It was obtained by applying a constant voltage of 5 V and performing electrolysis. The conductivity of the thus obtained polypyrrole doped with perchlorate anion was measured by pressing the powder into pellets and found to be about 8 S / cm at room temperature. Although LiClO4 was used as the salt, LiBF4, Et4NClO4, Et4NBF4 (Et = C2H5) can also be used. The electrode slurry is cast on a glass Petri dish having a diameter of 90 mm, dried for 1 hour in a dry argon stream at 40 ° C., and further vacuum-dried at 60 ° C. for 5 hours to form a flexible sheet having a thickness of about 280 μm. Was obtained.

【0017】 (比較例1) ポリピロール粉末の代わりに平均粒径が2μmの人造黒
鉛粉末を用いた他は実施例1と同様にして厚さ約250
μmの固形電極組成物Bを得た。 (比較例2) DMTD粉末を除きポリピロール粉末の量を1.0gと
した以外は実施例1と同様にして厚さ約150μmの固
形電極組成物Cを得た。 (比較例3) アクリロニトリルとアクリル酸メチル共重合体に代えて
分子量が55、000のポリアクリロニトリルを用いた
以外は実施例1と同様にして厚さ約280ミクロンの固
形電極組成物Dを得た。
[0017] (Comparative Example 1) approximately 250 except that the average particle size in place of polypyrrole powder was used artificial graphite powder 2μm in the same manner as in Example 1 thickness
A solid electrode composition B of μm was obtained. Comparative Example 2 A solid electrode composition C having a thickness of about 150 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the polypyrrole powder was changed to 1.0 g except for the DMTD powder. (Comparative Example 3) A solid electrode composition D having a thickness of about 280 µm was obtained in the same manner as in Example 1 except that polyacrylonitrile having a molecular weight of 55,000 was used instead of the acrylonitrile and methyl acrylate copolymer. .

【0018】 (電極特性評価) 実施例、および比較例1〜3で得られた電極組成物を直
径22mmの円板状に打ち抜いた。電極円板1を内径が
22mmのステンレス鋼でできたケース2にケース底面
と接触するよう配置し正極モジュールを構成した。一
方、凹部に厚さ0.3mm、直径17mmの金属リチウ
ム円板3を当接したケース2の開口部をポリプロピレン
製の封口リング4とで密閉する封口板5に、150℃に
加熱して流動性をもたせた希釈前の固形電解質6を流し
込み負極モジュールを構成した。電極円板1に固形電解
質6が当接するように正極モジュールの開口部を負極モ
ジュールで塞ぐことで電極特性評価用の電池を組み立て
た。こうして得られた試験電池の断面の構造を図1に示
した。
[0018] (electrode characteristics Evaluation) Examples and punched out electrode compositions obtained in Comparative Examples 1 to 3 into a disk form having a diameter of 22 mm. The electrode disk 1 was placed in a case 2 made of stainless steel having an inner diameter of 22 mm so as to be in contact with the bottom surface of the case to form a positive electrode module. On the other hand, an opening of the case 2 in which the metal lithium disk 3 having a thickness of 0.3 mm and a diameter of 17 mm is abutted on the concave portion is heated to 150 ° C. and flows into a sealing plate 5 which is sealed with a sealing ring 4 made of polypropylene. The solid electrolyte 6 before dilution having the property was poured thereinto to constitute a negative electrode module. A battery for evaluating electrode characteristics was assembled by closing the opening of the positive electrode module with the negative electrode module so that the solid electrolyte 6 was in contact with the electrode disk 1. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the test battery thus obtained.

【0019】 このようにして組み立てた電池について、
1.5〜4.0Vの間でサイクリックボルタモグラムを
測定した。電圧の掃引速度は10mV/secとした。
実施例1の電池Aおよび比較例1、2、3の電池B、
C、Dのサイクリックボルタモグラムを図2に示す。ま
た、各電池の組立後の回路電圧および内部抵抗、4.0
Vの定電圧で17時間充電した後500μAの定電流で
放電した際の電池電圧が3.5Vにおける分極値を(表
1)にまとめて示す。
[0019] The battery was assembled in this way,
Cyclic voltammograms were measured between 1.5 and 4.0V. The voltage sweep speed was 10 mV / sec.
Battery A of Example 1 and Battery B of Comparative Examples 1, 2, and 3
The cyclic voltammograms of C and D are shown in FIG. Also, the circuit voltage and internal resistance after assembly of each battery, 4.0
The polarization values at a battery voltage of 3.5 V when charged at a constant voltage of V for 17 hours and then discharged at a constant current of 500 μA are summarized in Table 1.

【0020】 内部抵抗は、10mV、10KHzの交流
信号を用いて得た回路電圧における交流インピーダンス
値である。分極値は、放電電圧が3.5Vになった際、
一時放電を中止し回路状態とし、その後電池電圧が一定
になるまで放置し、放電中止0.1sec後の電圧と放
置1時間後の電圧との差として得た。 評価はすべて2
0℃で行った。
The internal resistance is an AC impedance value at a circuit voltage obtained using an AC signal of 10 mV and 10 KHz. When the discharge voltage reaches 3.5 V, the polarization value
Temporary discharge was stopped to make a circuit state, and the battery was allowed to stand until the battery voltage became constant. The difference was obtained as the difference between the voltage 0.1 sec after the discharge was stopped and the voltage one hour after the discharge. Evaluation is all 2
Performed at 0 ° C.

【0021】[0021]

【表1】 表に示したように、実施例の電池Aでは分極値が比較例
の電池B、Dに較べ極めて小さい。また、図2から明ら
かなように、実施例の電池Aではポリピロールを電極組
成物中に添加することにより、ジスルフィド化合物であ
るDMTDの還元すなわち電池の充電に対応する電流ピ
ークが2.6〜3.6Vの間で得られる。ポリピロール
を用いていてもポリアクリロニトリルの固形電解質を用
いた比較例3の電池Dでは、DMTDの還元ピークが低
電圧側にあり、実施例1の電池Aに較べて分極が大き
い。ポリピロール粉末を添加しない比較例1の電池Bで
は、3.6V付近のDMTDの酸化の電流ピークに対応
する還元電流、すなわち電池の放電電流は検討した電圧
範囲では観測されない。また、DMTDを含有しない比
較例2の電池Cでは、ポリピロールの酸化還元に対応す
る電流のみが観測された。
[Table 1] As shown in the table, the polarization value of the battery A of the example is extremely smaller than those of the batteries B and D of the comparative example. As is clear from FIG. 2, in the battery A of the example, by adding polypyrrole to the electrode composition, the current peak corresponding to the reduction of the disulfide compound, DMTD, that is, the charging of the battery, was 2.6 to 3 times. .6V. Even in the case of using polypyrrole, in the battery D of Comparative Example 3 using the polyacrylonitrile solid electrolyte, the reduction peak of DMTD was on the low voltage side, and the polarization was larger than that of the battery A of Example 1. In the battery B of Comparative Example 1 to which the polypyrrole powder was not added, a reduction current corresponding to a DMTD oxidation current peak near 3.6 V, that is, a discharge current of the battery was not observed in the examined voltage range. Further, in the battery C of Comparative Example 2 containing no DMTD, only a current corresponding to redox of polypyrrole was observed.

【0022】 以上のことから、DMTDの還元反応(放
電反応)がポリピロールの触媒作用を受けて、さらにポ
リアクリロニトリルとアクリル酸メチルの共重合体を含
む固形電解質の共存下において、室温でも2.6〜3.
6Vの高電圧域において進行することができる。
From the above, the reduction reaction (discharge reaction) of DMTD is catalyzed by polypyrrole, and furthermore, even at room temperature in the coexistence of a solid electrolyte containing a copolymer of polyacrylonitrile and methyl acrylate at a temperature of 2.6. ~ 3.
It can proceed in a high voltage range of 6V.

【0023】 なお、実施例として電池のみを示したが、
電池の他に、本発明の固形電極組成物を対極に用いるこ
とで発色・退色速度の速いエレクトロクロミック素子、
応答速度の早いグルコースセンサー等の生物化学センサ
ーを得ることができるし、また、書き込み・読み出し速
度の速い電気化学アナログメモリーを構成することもで
きる。
Although only the battery is shown as an example,
In addition to batteries, an electrochromic device having a high coloring / fading speed by using the solid electrode composition of the present invention as a counter electrode,
A biochemical sensor such as a glucose sensor having a fast response speed can be obtained, and an electrochemical analog memory having a fast writing / reading speed can be configured.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上のように、本発明すなわち、ジスル
フィド系化合物とポリピロールとを複合化した電極で
は、従来のジスルフィド系化合物のみでは困難であった
大電流での電解が可能となる。さらに、ポリアクリロニ
トリルとアクリル酸メチルあるいはメタアクリル酸メチ
ルの共重合体を含む固形電解質を用いることで分極を小
さくすることができる。この固形電極組成物を正極に用
い、金属リチウムを負極に用いることで大電流充放電が
期待できる固体状の高エネルギー密度リチウム二次電池
を構成することができる。
As described above, in the present invention, that is, in the electrode in which the disulfide compound and the polypyrrole are combined, electrolysis at a large current, which was difficult with the conventional disulfide compound alone, can be performed. Furthermore, polarization can be reduced by using a solid electrolyte containing a copolymer of polyacrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate. By using this solid electrode composition for the positive electrode and metallic lithium for the negative electrode, a solid high energy density lithium secondary battery that can be expected to be charged and discharged with a large current can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】電極組成物の特性を評価するために用いた電池
の断面構造図
FIG. 1 is a sectional structural view of a battery used for evaluating characteristics of an electrode composition.

【図2】金属リチウムを負極、電極組成物を正極とする
電池の電流ー電圧特性図
FIG. 2 is a current-voltage characteristic diagram of a battery using metallic lithium as a negative electrode and an electrode composition as a positive electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上町 裕史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 竹山 健一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−74459(JP,A) 特開 平4−308660(JP,A) 特開 平4−272659(JP,A) 特開 平4−264363(JP,A) 特開 平4−239020(JP,A) 特開 平4−155766(JP,A) 特開 昭62−278774(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Uemachi 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-5-74459 (JP, A) JP-A-4-308660 (JP, A) JP-A-4-272659 (JP, A) JP-A-4-264363 (JP, A) JP-A-4-239020 (JP, A) JP-A-4-155766 (JP, A) JP-A-62-278774 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解還元により硫黄ー硫黄結合が開裂
し、硫黄ーリチウムイオン結合を生成し、電解酸化によ
り硫黄ーリチウムイオン結合が元の硫黄ー硫黄結合を再
生する有機化合物と、ポリピロールと、アクリロニトリ
ルとアクリル酸メチルあるいはメタアクリル酸メチルと
の共重合体と、リチウム塩と、プロピレンカーボネート
あるいは/およびエチレンカーボネートを含むことを特
徴とする固形電極組成物。
An organic compound in which a sulfur-sulfur bond is cleaved by electrolytic reduction to generate a sulfur-lithium ion bond, and the sulfur-lithium ion bond regenerates the original sulfur-sulfur bond by electrolytic oxidation; polypyrrole; A solid electrode composition comprising a copolymer of acrylonitrile and methyl acrylate or methyl methacrylate, a lithium salt, and propylene carbonate and / or ethylene carbonate.
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