JPS59196569A - Cell - Google Patents
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- JPS59196569A JPS59196569A JP58069934A JP6993483A JPS59196569A JP S59196569 A JPS59196569 A JP S59196569A JP 58069934 A JP58069934 A JP 58069934A JP 6993483 A JP6993483 A JP 6993483A JP S59196569 A JPS59196569 A JP S59196569A
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- polymer compound
- doping
- battery
- acetylene
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ボリアセン構造を有する高分子化合物または
該高分子化合物にドーパントをドープして得られる主導
性高分子化合物を正極および負極の電極に用いた電池に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a battery in which a polymer compound having a boriacene structure or a leading polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant is used as a positive electrode and a negative electrode.
遷移金属化合物と有機金属化合物とからなる、いわゆる
チーグラー・ナツタ触媒を用いてアセチレンを重合して
得られるアセチレン高重合体はその電気伝導度が半導体
領域にあることにより、電気・電子未子として有用な有
機半導体材料であることはすでに知られている。Acetylene polymers obtained by polymerizing acetylene using so-called Ziegler-Natsuta catalysts, which are composed of transition metal compounds and organometallic compounds, are useful as electrical and electronic molecules because their electrical conductivity is in the semiconductor region. It is already known that it is an organic semiconductor material.
アセチレン高重合体の実用的成形品を製造する方法とし
ては、
(イ)粉末状アセチレン高重合体を加圧成形する方法、
および
(ロ)特殊な重合条件下で重合と同時に膜状に成形して
、繊維状微結晶(フィブリル)構造を有し、かつ機械的
強度の大きい膜状アセチレン高重合体を得る方法(特公
昭、!18−32581号)、が知られていた。Methods for producing practical molded products of acetylene high polymers include (a) a method of pressure molding powdered acetylene high polymers;
and (b) a method of obtaining a film-like acetylene polymer having a fibrous microcrystalline (fibril) structure and high mechanical strength by forming it into a film at the same time as polymerization under special polymerization conditions (Tokuko Showa). , !18-32581) was known.
上記(イ)の方法で得られる粉末状アセチレン高重合体
成形品ヲBF3、BCl3、HClXC12、so2、
No2、HC凡02、NO等の電子受容性化合物(アク
セプター)で化学的に処理すると電気伝導度が最高3桁
上昇し、逆にアンモニアやメチルアミンのような電子供
与性化合物(ドナー)で処理すると電気伝導度が最高4
桁低下することもすでに知られている[D、 J、 B
erets et al、、 Trans、 Fara
dySoc、 、 64,823 (1968))。The powdered acetylene polymer molded product obtained by the method (a) above is BF3, BCl3, HClXC12, so2,
When chemically treated with electron-accepting compounds (acceptors) such as No2, HC02, and NO, the electrical conductivity increases by up to three orders of magnitude, and conversely, treated with electron-donating compounds (donors) such as ammonia and methylamine. Then, the electrical conductivity reaches a maximum of 4
It is already known that there is an order of magnitude decrease [D, J, B
Erets et al, Trans, Fara
dySoc, 64, 823 (1968)).
また、(ロ)の方法で得られる膜状アセチレン高重合体
に、I、、 、C4、Br、、 、ICl、 lBrX
AsF5、SbF’、、PF6等の如き電子受容性化合
物またはNaXK1Liの如き電子供与性化合物を化学
的にドープすることによってアセチレン高重合体の電気
伝導度を10 =〜103Ω1・CrfLlの広い範囲
にわたって自由にコントロールできることもすでに知ら
れている[J。In addition, in the film-like acetylene polymer obtained by the method (b), I, , C4, Br, , ICl, lBrX
By chemically doping with electron-accepting compounds such as AsF5, SbF', PF6, etc. or electron-donating compounds such as NaXK1Li, the electrical conductivity of the acetylene polymer can be freely adjusted over a wide range of 10 = ~103Ω1·CrfLl. It is already known that it can be controlled [J.
C、S 、 Chem、 Commu、 、 578(
1,977)、 Phys。C, S, Chem, Commu, , 578 (
1,977), Phys.
Re V、 Le t t−+ 39+ 1098 (
1,977) + J −Am 、S o C−+10
0、1013(1,975)、 J、 Chem、 P
hys、 、 69.5098(1978))。このド
ープされた膜状アセチレン高重合体を一次電池の正極の
材料として使用するという考えもすでに提案されている
( Mo l e C+11 a rMetals、
NATOConference 5eries、 5e
riesVI、 47]−489(1978))。Re V, Let t-+ 39+ 1098 (
1,977) + J-Am, S o C-+10
0, 1013 (1,975), J, Chem, P
hys, 69.5098 (1978)). The idea of using this doped film-like acetylene polymer as a material for the positive electrode of primary batteries has already been proposed (Mole C+11a rMetals,
NATOConference 5eries, 5e
ries VI, 47]-489 (1978)).
一方、前記の化学的にドーピングする手法以外に、電気
化学的にCIO’、、PF6′、AaF−、、AaF、
−XCF3−1SOi 、 BF;等の如きアニオンお
よび区N+ (R/ 。On the other hand, in addition to the above chemical doping method, electrochemical CIO', PF6', AaF-, AaF,
Anions such as -XCF3-1SOi, BF; etc. and N+ (R/).
アルキル基)の如きカチオンをアセチレン高重合体にド
ープしてP型およびn型の電導性アセチレン高重合体を
製造する方法もすでに開発されているCJ、C,S、C
hem、 Commu、 、 1.979594. C
&ENJan、 26.39(198] )、 J、
C,S、 Chem、 Commu、 。CJ, C, S, C
hem, Commu, , 1.979594. C
&ENJan, 26.39 (198)), J.
C, S, Chem, Commu.
1.981.317]。そして、(ロ)の方法で得られ
る膜状アセチレン高重合体を用いて電気化学的ドーピン
グを利用した再充電可能な電池が報告されている(Pa
per Presented at the Inte
rnationnalConference on L
ow Dimensional SvntheticM
etals 、 Hersinger 、 Denma
rk 、 10〜15 、 Augustl、980)
、 この電池は(ロ)の方法で得られる、例えば0、
1 mmの厚さのアセチレン高重合体フィルム二枚をそ
れぞれ正・負の電極とし、ヨウ化リチウムを含むテトラ
ハイドロフラン溶液にこれを浸して9Vの直流電源につ
なぐとヨウ化リチウムが電気分解され、正極のアセチレ
ン高重合体フィルムはヨウ素でドープされ、負極のアセ
チレン高重合体フィルムはリチウムでドープされる。こ
の電解ドーピングが充電過程に相当することになる。ド
ープされた二つの電極に負荷をつなげばリチウムイオン
とヨウ素イオンが反応して電力が取り出せる。1.981.317]. A rechargeable battery using electrochemical doping using a film-like acetylene polymer obtained by the method (b) has been reported (Pa
per Presented at the Inte
rnationalConference on L
ow Dimensional SvntheticM
etals, Hersinger, Denma
rk, 10-15, Augustl, 980)
, This battery can be obtained by the method (b), for example 0,
Two sheets of acetylene polymer film with a thickness of 1 mm were used as positive and negative electrodes, respectively, and when these were immersed in a tetrahydrofuran solution containing lithium iodide and connected to a 9V DC power supply, lithium iodide was electrolyzed. , the acetylene polymer film of the positive electrode is doped with iodine, and the acetylene polymer film of the negative electrode is doped with lithium. This electrolytic doping corresponds to the charging process. When a load is connected to the two doped electrodes, lithium ions and iodine ions react to generate electricity.
この場合、開放端電圧(Voc)は28v1短絡電流密
度は5mA/CTLであり、電解液に過塩素酸リチウム
のテトラハイドロフラン溶液を使用した場合、開放端電
圧は265■、短絡電流密度は約3 mA /dであっ
た。In this case, the open circuit voltage (Voc) is 28v1, and the short circuit current density is 5 mA/CTL, and when a tetrahydrofuran solution of lithium perchlorate is used as the electrolyte, the open circuit voltage is 265 ■, and the short circuit current density is approximately It was 3 mA/d.
この電池は、電極として軽量化および小型化が容易なア
セチレン高重合体をその電極材料として用いているので
、高エネルギー密度を有する軽量化・小型化が容易でか
つ安価な電池として注目を集めている。This battery uses an acetylene polymer as its electrode material, which is easy to reduce weight and size, so it is attracting attention as an inexpensive battery that has high energy density and is easy to reduce weight and size. There is.
また、特開昭56−136469号でま、アセチレン高
重合体以外にもポリ(P−フェニレン)、ポリ(m−フ
ェニレン)、ポリ(硫化フェニレン)、ポリ(フェニル
アセチレン)、ポリピロール等モ?[E極材料として有
用であることが開示されている。In addition, in JP-A-56-136469, in addition to acetylene high polymers, poly(P-phenylene), poly(m-phenylene), poly(phenylene sulfide), poly(phenylacetylene), polypyrrole, etc. are also available. [Disclosed to be useful as an E-electrode material.]
しかし、今までに知られている前記した主鎖に共役二重
結合を有する高分子化合物を電極の活物質として用いた
電池のサイクルが命、放電時の電圧平担性、充・放電効
率等の性能は必ずしも満足できるものではなかった。However, the cycles of batteries using the previously known polymer compounds with conjugated double bonds in their main chains as electrode active materials are critical, such as voltage flatness during discharge, charging/discharging efficiency, etc. performance was not always satisfactory.
本発明者は、上記の点に鑑みて、高エネルギー密度を有
し、サイクルが命、充・放電効率および放電時の電圧の
平担性が良好で、軽量化、小型化が容易で、かつ安価な
電池を得るべく種々検討した結果、本発明を完成したも
のである。In view of the above points, the present inventor has developed a system that has high energy density, long cycle life, good charging/discharging efficiency and voltage flatness during discharging, and is easy to reduce weight and size. The present invention was completed as a result of various studies aimed at obtaining an inexpensive battery.
即ち、本発明はボリアセン構造を有する高分子化合物ま
たは該高分子化合物にドーパントをドープして得られる
電導性高分子化合物を正極および負極の電極として用い
た電池に関する。That is, the present invention relates to a battery using a polymer compound having a boriacene structure or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant as a positive electrode and a negative electrode.
本発明の方法によって得られる電池は、前記した主鎖に
共役二重結合を有する高分子化合物または該高分子化合
物にドーパントをドープして得られる電導性高分子化合
物を電極として用いた二次電池に比較して、(1)エネ
ルギー密度が大きい。(11)放電時の電圧の平担性が
良好である。(iiD自己放電が少ない。(IV)充・
放電の繰り返しの寿命が長い。The battery obtained by the method of the present invention is a secondary battery using as an electrode a polymer compound having a conjugated double bond in the main chain or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant. Compared to (1) energy density is large. (11) Good voltage flatness during discharge. (iiD less self-discharge. (IV) Charging/
Long life after repeated discharges.
という利点を有する。It has the advantage of
本発明で用いられるポリアセン構造を有する高分子化合
物は、下記の構造
(但し、nは5以上の正の整数)
を有するものであり、その製造方法の具体例としては、
1−クロロ−1−ブテンの重縮合[Dokl、。The polymer compound having a polyacene structure used in the present invention has the following structure (where n is a positive integer of 5 or more), and a specific example of its manufacturing method is as follows:
Polycondensation of 1-chloro-1-butene [Dokl,.
AI<ad、 Nauk 5SSR,]35 609
(1960)]、1,2−ポリブタジェンの環化および
脱水素、β−クロロビニルケトンの重縮合[Polym
、 Sci、 USSR。AI<ad, Nauk 5SSR, ]35 609
(1960)], cyclization and dehydrogenation of 1,2-polybutadiene, polycondensation of β-chlorovinyl ketone [Polym
, Sci, USSR.
2 、477(196]):]等の方法があげられるが
、必ずしもこれ等の方法に限定されるものではない。2, 477 (196):], but is not necessarily limited to these methods.
本発明で用いられるボリアセン構造を有する高分子化合
物は膜状、粉末状、短繊維状等、いずれの形態のものも
用いることができる。The polymer compound having a boriacene structure used in the present invention can be in any form, such as a film, a powder, or a short fiber.
また、ボリアセン構造を有する高分子化合物に他の適当
な導電材料、例えばグラファイト、カーボンブラック、
アセチレンブラック、金属粉、炭本発明の電池の正極お
よび負極の電極としては、ボリアセン構造を有する高分
子化合物ばかりでなく該高分子化合物にドーパントをド
ープして得られる電導性高分子化合物も用いることがで
きる。In addition, other suitable conductive materials such as graphite, carbon black,
Acetylene black, metal powder, charcoal As the positive and negative electrodes of the battery of the present invention, not only a polymer compound having a boriacene structure but also a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant may be used. I can do it.
ボリアセン構造を有する高分子化合物へのドーパントの
ドーピング方法は、化学的ドーピングおよび電気化学的
ドーピングのいずれの方法を採用してもよい。As a method for doping a dopant into a polymer compound having a boriacene structure, either chemical doping or electrochemical doping may be employed.
化学的にドーピングするドーパントとしては、従来知ら
れている種々の電子受容性化合物および電子供与性化合
物、即ち、(I)ヨウ素、臭素およびヨウ化臭素の如き
ハロゲン、(T′l)五フッ化ヒ素、五フッ化アンチモ
ン、四フッ化ケイ素、五塩化リン、五フッ化リン、塩化
アルミニウム、臭化アルミニウム、フッ化アルミニウム
、NbR、TaF5 、 wFa 。Chemically doping dopants include various conventionally known electron-accepting and electron-donating compounds, such as (I) halogens such as iodine, bromine and bromine iodide, (T'l) pentafluoride; Arsenic, antimony pentafluoride, silicon tetrafluoride, phosphorus pentachloride, phosphorus pentafluoride, aluminum chloride, aluminum bromide, aluminum fluoride, NbR, TaF5, wFa.
Fe C11sおよびCdC4等の如き金属ハロゲン化
物、亜硫酸、過塩素酸、硝酸、フルオロ硫酸、トリフル
オロメタン硫酸およびクロロ硫酸の如きプロトン酸、■
三酸化イオウ、二酸化窒素、ジフルオロスルホニルパー
オキシドの如き酸化剤、(V) AgC604、畢ト
ラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、フロラ
ニール、2.3−ジクロル−5,6−ジシアツバラベン
ゾキノン、2.3−ジブロム−5,6−ジシアツパラベ
ンゾキノン、■CrO2Cl2、vOC乙、fV111
No+5bF6−1NO2+5bF7]、NaAsF6
、 NO”PF6−1NO2+PF6−1 NO+B
F’4\ NO+CIO,−、0吃、4.6 −)
リニトロフェノール、2.4.fi〜トリニトロフェニ
ルスルホンffi、2.4.6−トリニトロフエニルカ
ルボン酸、(X)Li、Na、にの如きアルカリ金属等
をあげることができる。Metal halides such as Fe C11s and CdC4, protic acids such as sulfurous acid, perchloric acid, nitric acid, fluorosulfuric acid, trifluoromethanesulfuric acid and chlorosulfuric acid,
Oxidizing agents such as sulfur trioxide, nitrogen dioxide, difluorosulfonyl peroxide, (V) AgC604,
Lacyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, Floranil, 2,3-dichloro-5,6-dicyazparabenzoquinone, 2,3-dibromo-5,6-dicyazparabenzoquinone, ■CrO2Cl2, vOC Otsu, fV111
No+5bF6-1NO2+5bF7], NaAsF6
, NO”PF6-1NO2+PF6-1 NO+B
F'4\ NO+CIO, -, 0 stutter, 4.6 -)
Linitrophenol, 2.4. Examples include alkali metals such as fi - trinitrophenyl sulfone ffi, 2.4.6-trinitrophenylcarboxylic acid, (X)Li, Na, and Ni.
一方、電気化学的にドーピングするドーパントとしては
、(i)P[、SbF6 z AsF6 N SbC
#6−の如きVa族の元素のハロゲン化物アニオン、B
F;の如きmalの元素のハロゲン化物アニオン、I−
(I3−)、Br−1cl−の如キハロゲンアニオン、
ClOイーの如き過塩素酸アニオンなどの陰イオン・ド
ーパント(いずれもP増電導性高分子化合物を与えるド
ーパントとして有効)および(tt) Li +、K+
、Na+の如きアルカリ金属イオン、R4N+(R:炭
素数1〜′21)の炭化水素基)の如き4級アンモニウ
ムイオンなどの陽イオン・ドーパント(いずれもn型電
導性高分子化合物を与えるドーパントとして有効)等を
あげることができるが、必ずしもこれ等に限定されるも
のではない。On the other hand, as a dopant to be electrochemically doped, (i) P[, SbF6 z AsF6 N SbC
A halide anion of a group Va element such as #6-, B
F; a halide anion of an element of mal such as I-
(I3-), a dihalogen anion such as Br-1cl-,
Anionic dopants such as perchlorate anions such as ClO (both are effective as dopants to provide P-enriched conductive polymer compounds) and (tt) Li +, K +
, alkali metal ions such as Na+, and cation dopants such as quaternary ammonium ions such as R4N+ (R: a hydrocarbon group having 1 to 21 carbon atoms) (all of which are used as dopants to provide an n-type conductive polymer compound). effective), but is not necessarily limited to these.
上述の陰イオン・ドーパントおよび陽イオン・ドーパン
トを与える化合物の具体例としてはLiPF6、LiS
bF6、LiAsFイLiCl0a、NaI、NaPF
a、NaSbF6、NaAsF6、NaClO4、K■
、KPF6、KSbF、、KAsF 6、 KCl1O
a 、C(n B11)4 Na” ・(AsFaつ
、[(n B11)4 Na”・(PFa )−1((
n Bu)4 N)”・clo4、LiA7C74、L
iBF4等をあげることができるが必ずしもこれ等に限
定されるものではない。これらのドーパントは一種類、
または二種類以上を混合して使用してもよい。Specific examples of compounds providing the above-mentioned anionic dopants and cationic dopants include LiPF6, LiS
bF6, LiAsF, LiCl0a, NaI, NaPF
a, NaSbF6, NaAsF6, NaClO4, K■
, KPF6, KSbF, , KAsF 6, KCl1O
a, C(n B11)4 Na”・(AsFa), [(n B11)4 Na”・(PFa)−1((
n Bu)4 N)"・clo4, LiA7C74, L
Examples include iBF4, but are not necessarily limited to these. These dopants are of one type,
Alternatively, two or more types may be used in combination.
前記以外の陰イオン・ドーパントとしてはI[アニオン
であり、また、前記以外の陽イオン・ドーパントとして
は次式(I)で表わされるピリリウムまたはピリジニウ
ム・カチオン:
(式中、Xは酸素原子または窒素原子、マは水素原子ま
たは炭素数が1〜15のアルキル基、炭素数6〜15の
アリール(aryl)基、Iはハロゲン原子または炭素
数が1〜10のアルキル基、炭素数が6〜I5のアリー
ル(aryl)基mはXが酸素原子のとき0であり、X
が窒素原子のときlである。nは0または1〜5である
。)
または次式(r[もしくは叫で表わされるカルボニウム
・カチオン:
および
R4−C+ (ホ)
1
〔上式中、R1、R2、R3は水素原子(R1、R2、
R3は同時に水素原子であることはない)、炭素数1〜
15のアルキル基、アリル(allyl)基、炭素数6
〜15のアリール(a r y l)基または−oR5
基、但L R’は炭素数が1〜10のアルキル基または
炭素数6〜15のアリール(aryl)基を示し、望は
水紫原(11)
子、炭素数が1〜15のアルキル基、炭素数6〜15の
アリール基である。〕
である。Examples of anion dopants other than the above are I [anion; and examples of cation dopants other than the above are pyrylium or pyridinium cations represented by the following formula (I): (wherein, X is an oxygen atom or nitrogen atom, M is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, I is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and I is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; The aryl group m of is 0 when X is an oxygen atom,
is l when is a nitrogen atom. n is 0 or 1-5. ) or the carbonium cation represented by the following formula (r[or
R3 is not a hydrogen atom at the same time), carbon number 1 ~
15 alkyl groups, allyl group, carbon number 6
~15 aryl groups or -oR5
group, provided that L R' represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and is preferably an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, It is an aryl group having 6 to 15 carbon atoms. ] It is.
用いられるHFi アニオンは通常、下記の一般式■、
Mlまたは■;
EN −HF211VI
MHF211VI
〔但し、上式中R1R“は水素原子または炭素数が1〜
15のアルキル基、炭素数6〜15のアリール(ary
l)基、R″ は炭素数が1〜10のアルキル基、炭
素数6〜15のアリール(aryl)基、Xは酸素原子
または窒素原子、nは0または5以下の正の整数である
。Mはアルカリ金属である〕
で表わされる化合物(フッ化水素塩)を支持電解質とし
て用いて適当な有機溶媒に溶解することによって得られ
る。上式(ト)、■および■で表わされ(12)
る化合物の具体例としてはH4N’HF2 、Btiワ
N−耶、Na−HF2、K−HF、、 、Li−HF2
および」−重代(I)で表わされるビリリウムもしくは
ピリジニウムカチオンは、式(I)で表わされるカチオ
ンとCIC):’ BF’;、klCl;、FeC&−
1SnC41PF; 1PCG、 SbF;、 AsF
;、CF380311(F2 等のアニオンとの塩を
支持電解質として用いて適当な有機溶媒に溶解すること
によって得られる。そのような塩の具体例としては
甘
等をあげることができる。The HFi anion used usually has the following general formula (■),
Ml or ■; EN -HF211VI MHF211VI [However, in the above formula, R1R" is a hydrogen atom or a carbon number of 1 to
15 alkyl group, aryl having 6 to 15 carbon atoms
l) group, R″ is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, X is an oxygen atom or a nitrogen atom, and n is 0 or a positive integer of 5 or less. M is an alkali metal] It can be obtained by dissolving a compound (hydrogen fluoride salt) represented by the following as a supporting electrolyte in an appropriate organic solvent. ) Specific examples of compounds include H4N'HF2, BtiwaN-Ya, Na-HF2, K-HF, , Li-HF2
and ' - biryllium or pyridinium cation represented by (I) is a cation represented by formula (I) and CIC):'BF';,klCl;,FeC&-
1SnC41PF; 1PCG, SbF;, AsF
;, CF380311 (obtained by dissolving it in an appropriate organic solvent using a salt with an anion such as F2 as a supporting electrolyte. Specific examples of such salts include Amane and the like.
上記式(6)または叫で表わされるカルボニウム・カチ
オンノ具体例トシテハ(c、1H5)3C+、(CIE
(3)3 C+、これからのカルボニウムカチオンは、
それらと陰イオンの塩(カルボニウム塩)を支持電解質
として適当な有機溶媒に溶解することによって得られる
。ここで用いられる陰イオンの代表例としては、BF4
−lMC&−1AlBr、、Cl’″、F6C4,5u
C1)3−1PF、’。Specific examples of carbonium cations represented by the above formula (6) or (c, 1H5)3C+, (CIE
(3) 3 C+, the carbonium cation from now on is:
It can be obtained by dissolving them and an anion salt (carbonium salt) in a suitable organic solvent as a supporting electrolyte. Representative examples of anions used here include BF4
-lMC&-1AlBr, Cl''', F6C4,5u
C1) 3-1PF,'.
PCl;、5bClJ1SbF′6、CIJO;、CF
3SO3等をあげることができ、また、カルボニウム塩
の具体例としては、例えば(C6H5)3 C−BF4
、(CH3)3 C−BF4、HCO・AlCl4、
HCO−BF4、Q H5C0−8nOAi 等をあ
げることができる。PCl;, 5bClJ1SbF'6, CIJO;, CF
Specific examples of carbonium salts include (C6H5)3C-BF4.
, (CH3)3C-BF4, HCO・AlCl4,
Examples include HCO-BF4, QH5C0-8nOAi, and the like.
ボリアセン構造を有する高分子化合物にドープされるド
ーパントの量は、高分子の繰り返し単位1モルに対して
2〜80モル%であり、好ましくは4〜60モル%、特
に好ましくは5〜50モル%である。ドープしたドーパ
ントの量が2モル%未満でも80モル%を越えても放電
容量の充分大きい電池を得ることはできない。The amount of dopant doped into the polymer compound having a boriacene structure is 2 to 80 mol%, preferably 4 to 60 mol%, particularly preferably 5 to 50 mol%, based on 1 mol of repeating units of the polymer. It is. Even if the amount of the doped dopant is less than 2 mol % or more than 80 mol %, a battery with a sufficiently large discharge capacity cannot be obtained.
ドープ量は電解の際に流れた電気量をコントロールする
ことによって自由に制御することができる。一定電流下
でも一定電圧下でもまた電流および電圧の変化する条件
下のいずれの方法でドーピングを行なってもよい。ドー
ピングの際の電流値、電圧値およびドーピング時間等は
、用いるボリアセン構造を有する高分子化合物の種類、
嵩さ密度、面積、ドーパントの種類、電解液の種類、要
求される電気伝導度によって異なるので一概に規定する
ことはできない。The amount of doping can be freely controlled by controlling the amount of electricity that flows during electrolysis. The doping can be carried out either under constant current, constant voltage or under varying conditions of current and voltage. The current value, voltage value, doping time, etc. during doping depend on the type of polymer compound having a boriacene structure used,
It cannot be unconditionally defined because it varies depending on the bulk density, area, type of dopant, type of electrolyte, and required electrical conductivity.
電気化学的ドーピングの際の電解液の有機溶媒としては
例えばエーテル類、ケトン類、ニトリル類、アミン類、
アミド類、硫黄化合物、塩素化炭化水素類、エステル類
、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化
合物、スルホラン系化合物等を用いることができるが、
これらのうちでもエーテル類、ケトン類、ニトリル類、
塩素化炭化水素類、カーボネート類、スルホラン系化合
物が好ましい。これらの代表例としては、テトラヒドロ
フラン、2−メチルテトラヒドロフラン、]、]4−ジ
オキサンアニソール、モノグリム、アセトニトリル、プ
ロピオニトリル、4−メチル−2−ペンタノン、ブチロ
ニトリル、]、]2−ジクロロエタンγ−ブチロラクト
ン、ジメトキシエタン、メチルフォルメイト、プロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホルム
アミド、スルホラン、3−メチル−スルホラン、リン酸
トリメチル、リン酸トリエチル等をあげることができる
が、必ずしもこれ等に限定されるものではない。Examples of organic solvents for the electrolyte during electrochemical doping include ethers, ketones, nitriles, amines,
Amides, sulfur compounds, chlorinated hydrocarbons, esters, carbonates, nitro compounds, phosphate ester compounds, sulfolane compounds, etc. can be used, but
Among these, ethers, ketones, nitriles,
Chlorinated hydrocarbons, carbonates, and sulfolane compounds are preferred. Representative examples of these include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, ], ]4-dioxaneanisole, monoglyme, acetonitrile, propionitrile, 4-methyl-2-pentanone, butyronitrile, ], ]2-dichloroethane γ-butyrolactone, Examples include dimethoxyethane, methylformate, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylthioformamide, sulfolane, 3-methyl-sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, etc. It is not limited.
本発明の電池において、ボリアセン構造を有する高分子
化合物または該高分子化合物にドーパントをドープして
得られる電導性高分子化合物を正極および負極として用
いる場合、電池の電解液の支持電解質は前記の電気化学
的ドーピングの際に用いたものと同様のものが用いられ
、ドーピング方法も前記方法および従来公知の方法(J
、 C,S、。In the battery of the present invention, when a polymer compound having a boriacene structure or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant is used as the positive electrode and the negative electrode, the supporting electrolyte of the electrolyte of the battery is The same method as that used for chemical doping is used, and the doping method is also the same as the above method or a conventionally known method (J
,C,S,.
Chem、 Commu、、 1.98]、、 31.
7)に準じて行なうことができる。Chem, Commu, 1.98], 31.
7).
本発明の電池において用いられる電解質の濃度は用いる
ボリアセン構造を有する高分子化合物の種類、充・放電
条件、作動温度、電解質の種類および有機溶媒の種類等
によって異なるので一概に(17)
規定することはできないが、通常は0.001〜10モ
ル/lの範囲であり、過飽和の状態でも使用することが
できる。The concentration of the electrolyte used in the battery of the present invention varies depending on the type of polymer compound having a boriacene structure used, charging/discharging conditions, operating temperature, type of electrolyte, type of organic solvent, etc., and should be generally specified in (17). However, it is usually in the range of 0.001 to 10 mol/l, and it can be used even in a supersaturated state.
本発明において、ボリアセン構造を有する高分子化合物
または該高分子化合物にドーパントをドープして得られ
る電導性高分子化合物は、電池の正極および負極の両極
の電極として用いる。In the present invention, a polymer compound having a boriacene structure or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant is used as both the positive and negative electrodes of a battery.
本発明において必要ならばポリエチレン、ポリプロピレ
ンのごとき合成樹脂の多孔質膜や天然繊維紙を隔膜とし
て用いても一向に差し支えない。In the present invention, if necessary, a porous membrane of synthetic resin such as polyethylene or polypropylene or natural fiber paper may be used as the diaphragm.
また、本発明の電池は薄い電池でよく、紙のように薄い
電池でさえよく、複数の層を互いに積み重ねて直列また
は並列に互いに結合してもよく、或いは一本の長い電池
をそれ自体を巻くかまたは螺旋状にしてもよい。Additionally, the cells of the present invention may be thin cells, even paper-thin cells, multiple layers may be stacked on top of each other and coupled together in series or parallel, or a single long cell may be assembled by itself. It may be rolled or spiraled.
本発明のボリアセン構造を有する高分子化合物または該
高分子化合物にドーパントをドープして得られる電導性
高分子化合物を正極および負極の両極の電極として用い
た電池は、高エネルギー密度を有し、充・放電効率が高
く、サイクル寿命が長く、自己放電率が小さく、放電時
の電圧の平担性が良好である。また、本発明の電池は、
軽量、小型で、かつ高いエネルギー密度を有するからポ
ータプル機器、電気自動車、ガソリン自動車および電力
貯蔵用バッテリーとして最適である。A battery using the polymer compound having a boriacene structure of the present invention or the conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant as both positive and negative electrodes has a high energy density and is rechargeable.・High discharge efficiency, long cycle life, low self-discharge rate, and good voltage flatness during discharge. Further, the battery of the present invention has
It is lightweight, compact, and has a high energy density, making it ideal for portable devices, electric vehicles, gasoline vehicles, and power storage batteries.
以下に、実施例および比較例をあげて本発明をさらに詳
細に説明する。EXAMPLES The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples.
実施例 1
〔ボリアセン構造を有する高分子化合物の合成〕Pol
ym、 Sci、 USSR,2、477(1961)
に記載されている方法に従ってβ−クロロビニルケトン
の重縮合によりボリアセン構造を有する高分子化合物を
合成した。得られたボリアセン構造を有する高分子化合
物をl0ton/iの圧力で加圧成形してシート状成形
品を得た。Example 1 [Synthesis of polymer compound having boriacene structure] Pol
ym, Sci, USSR, 2, 477 (1961)
A polymer compound having a boriacene structure was synthesized by polycondensation of β-chlorovinyl ketone according to the method described in . The obtained polymer compound having a boriacene structure was pressure-molded at a pressure of 10 tons/i to obtain a sheet-like molded product.
前記の方法で得られたシート状ボリアセン構造を有する
高分子化合物より、幅が0.5crfLで長さが2、0
cmの2枚の小片を切り出して、それぞれ正極および
負極とした。正極と負極の間の距離は3關にした。Et
4N −BF4の濃度が10モル/lのスルホラン溶液
を電解液として用い、一定電流下(05mA m )で
30分間充電を行なった。(ドーピング量4.0モル%
に相当する電気量)。充電終了後、直ちに一定電流下(
0,5mA /crl ) で放電を行ない、電圧が
1.OVになったところで再度前記と同じ条件で充電を
行なうという充・放電の繰り返し試験を行なったところ
、繰り返し回数が296回まで可能であった。The polymer compound having a sheet-like polyacene structure obtained by the above method has a width of 0.5 crfL and a length of 2.0 crfL.
Two pieces of cm were cut out and used as a positive electrode and a negative electrode, respectively. The distance between the positive and negative electrodes was set to three. Et
A sulfolane solution having a concentration of 4N-BF4 of 10 mol/l was used as an electrolyte, and charging was performed for 30 minutes under a constant current (05 mA m ). (Doping amount 4.0 mol%
amount of electricity). Immediately after charging is completed, turn off the battery under constant current (
Discharge is carried out at 0.5mA/crl) until the voltage reaches 1.5mA/crl. When the battery reached OV, a repeated charging/discharging test was performed in which charging was performed again under the same conditions as described above, and the number of repetitions was possible up to 296 times.
10回目の繰り返し試験の結果から、活物質1kgに対
するエネルギー密度(理論エネルギー密度)は1.35
w −hr / kgであり、充・放電効率は93%
であった。また、放電時に電圧が1.、5 Vまでに低
下するまでに放電された電気量の全放電電気量に対する
割合は93%であった。From the results of the 10th repeated test, the energy density (theoretical energy density) for 1 kg of active material is 1.35.
w -hr / kg, and the charging/discharging efficiency is 93%
Met. Also, when the voltage is 1. The ratio of the amount of electricity discharged until the voltage decreased to 5 V to the total amount of electricity discharged was 93%.
また、充電した状態で48時間放置したところ、その自
己放電率は5%であった。Furthermore, when the battery was left in a charged state for 48 hours, its self-discharge rate was 5%.
比較例 1
〔膜状アセチレン高重合体の製造〕
窒素雰囲気下で内容積500mJのガラス製反応容θ9
)
器に1.7mlのチタニウムテトラブトキサイドを加え
、30m1のアニソールに溶かし、次いで2.7 ml
のトリエチルアルミニウムを攪拌しながら加えて触媒溶
液を調整した。Comparative Example 1 [Production of film-like acetylene polymer] Glass reaction volume θ9 with an internal volume of 500 mJ under nitrogen atmosphere
) Add 1.7 ml of titanium tetrabutoxide to a vessel, dissolve in 30 ml of anisole, and then add 2.7 ml of titanium tetrabutoxide.
of triethylaluminum was added with stirring to prepare a catalyst solution.
この反応容器を液体窒素で冷却して、系中の窒素ガスを
真空ポンプで排気した。次いで、この反応容器を一78
°Cに冷却し、触媒溶液を静止したままで、1気圧の圧
力の精製アセチレンガスを吹き込んだ。This reaction vessel was cooled with liquid nitrogen, and the nitrogen gas in the system was exhausted using a vacuum pump. Next, this reaction vessel was
After cooling to 0.degree. C. and keeping the catalyst solution stationary, purified acetylene gas at a pressure of 1 atmosphere was bubbled through.
直ちに、触媒溶液表面で重合が起り、膜状のアセチレン
高重合体が生成した。アセチレン導入後、49分で反応
容器系内のアセチレンガスを排気して重合を停止した。Immediately, polymerization occurred on the surface of the catalyst solution, producing a film-like acetylene high polymer. 49 minutes after the introduction of acetylene, the acetylene gas in the reaction vessel system was exhausted to stop the polymerization.
窒素雰囲気下で触媒溶液を注射器で除去した後、−78
℃に保ったまま精製トルエン1.00 mlで5回繰り
返し洗浄した。トルエンで膨潤した膜状アセチレン高重
合体は、フィブリルが密に絡み合った均一な膜状膨潤物
であった。次いでこの膨潤物を真空乾燥して金属光沢を
有する赤紫色の厚さ85μmで、シス含量98%の膜状
アセチレン高重合体を得た。また、この膜状アセチレ(
20)
ン高重合体の嵩さ密度は0.45g/ccであり、その
電気伝導度(直流四端子法)は20°Cで3.2X10
−9Ω1・l”” であった。After removing the catalyst solution with a syringe under nitrogen atmosphere, -78
It was washed repeatedly with 1.00 ml of purified toluene five times while maintaining the temperature at °C. The film-like acetylene polymer swollen with toluene was a uniform film-like swollen product in which fibrils were tightly intertwined. This swollen product was then vacuum-dried to obtain a reddish-purple film with a metallic luster, a thickness of 85 μm, and a cis content of 98%. In addition, this membranous acetylene (
20) The bulk density of the high polymer is 0.45 g/cc, and its electrical conductivity (DC four-terminal method) is 3.2×10 at 20°C.
-9Ω1·l"".
前記の方法で得られた膜状アセチレン高重合体を正極お
よび負極の両極に用いた以外は、実施例1と全く同様の
方法で電池の充・放電繰り返し実験を行なったところ、
繰り返し回数が236回目で充電が不可能となった。試
験後、膜状アセチレン高重合体を取り出してみると、膜
は破壊されており、その一部を元素分析、赤外分光法に
より解析したところ、大巾な劣化を受けていた。また、
電解液も茶色に着色していた。A battery charge/discharge cycle experiment was conducted in exactly the same manner as in Example 1, except that the film-like acetylene polymer obtained by the above method was used for both the positive and negative electrodes.
Charging became impossible after the 236th repetition. When the film-like acetylene polymer was taken out after the test, it was found that the film had been destroyed, and part of it was analyzed by elemental analysis and infrared spectroscopy, and it was found that it had suffered extensive deterioration. Also,
The electrolyte was also colored brown.
10回目の繰り返し試験の結果から、この電池の理論エ
ネルギー密度は116 w−hr /kgで充・放電効
率は80%であった。また、放電時に電圧が1.5Vに
低下するまでに放電された電気量の全放電電気量に対す
る割合は86%であった。From the results of the 10th repeated test, the theoretical energy density of this battery was 116 w-hr/kg, and the charge/discharge efficiency was 80%. Further, the ratio of the amount of electricity discharged until the voltage decreased to 1.5V during discharge to the total amount of electricity discharged was 86%.
また、充電した状態で48時間放置したところ、その自
己放電率は8%であった。Furthermore, when the battery was left in a charged state for 48 hours, its self-discharge rate was 8%.
Claims (1)
合物にドーパントをドープして得られる電導性高分子化
合物を正極および負極の電極に用いた電池。A battery in which a polymer compound having a boriacene structure or a conductive polymer compound obtained by doping the polymer compound with a dopant is used as a positive electrode and a negative electrode.
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---|---|---|---|
JP58069934A JPS59196569A (en) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | Cell |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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---|---|
JPS59196569A true JPS59196569A (en) | 1984-11-07 |
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---|---|---|---|
JP58069934A Pending JPS59196569A (en) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | Cell |
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JP (1) | JPS59196569A (en) |
-
1983
- 1983-04-22 JP JP58069934A patent/JPS59196569A/en active Pending
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