【発明の詳細な説明】
高電力容量アキュムレータ
〔技術分野〕
本発明の「高電力容量アキュムレータ (High Power Capacity Accumulator)」
は、二次型電気化学的電源に関する。
〔背景技術〕
現在製造され、開発されているアキュムレータは、Ｎ．Ｖ．コロビン(Korovin
)により書かれた「電気化学的エネルギー論(Electrochemical energetics)」に
その特徴が記載されている。
最も広く製造され利用されているものは、鉛、ニッケル−カドミウム、ニッケ
ル−鉄、及びニッケル−亜鉛のアキュムレータである。元素周期表の第４、５及
び６周期の化学的コンパウンド(compound)は、上述のアキュムレータで電極のた
めの活性物質として適用されており、そのためそれらアキュムレータは重く、単
位質量当りの電力容量は低く、１０〜４５Ｗ．ｈ／ｋｇであり、ニッケル−亜鉛
だけが５０〜７０Ｗ．ｈ／ｋｇである。一つのセルの電極間電圧は高くなく、１
〜２Ｖである。活性物質は１個又は２個の電子の充電及び放電過程の電気化学的
反応に関与し、それとは別に、電解質の成分も屡々これらの化学反応に関与する
。作動源(work resource) は余り大きくなく、数百〜数千サイクルであり、例え
ば電力容量ニッケル−亜鉛アキュムレータで１００〜４００サイクルである。
ニッケル−水素、臭素−亜鉛アキュムレータはエネルギーが一層大きく、４０
〜７５Ｗ．ｈ／ｋｇであり、塩素−亜鉛アキュムレータは１００−１５０Ｗ．ｈ
／ｋｇにさえなる。しかし、それらも上で述べた欠点の幾つかを持ち、一つのセ
ルの電極間電圧は余り高くなく、１．１〜１．９５Ｖであり、作動源は小さく、
２００〜１５００サイクルであり、但し、ニッケル−水素アキュムレータの作動
源は高く、２０００〜１００００サイクルである。これらのアキュムレータの重
要な欠点は、自己放電の速度が大きいことであり、それは１時間当り数％にも達
することがあり、高エネルギー容量の塩素−亜鉛アキュムレータでは最も大きな
自己放電速度を有する。アキュムレータに水素及びハロゲンを貯蔵することにも
問題があり、塩素の貯蔵は特に困難で複雑である。それらの問題は、これらの物
質の拡散能力が大きいことによっても惹き起こされ、それはアキュムレータの自
己放電を開始し、大きくする。火災安全性に関し、水素の漏洩は危険であるが、
塩素及び臭素が漏洩した場合には環境の重大な汚染を起こし、人間の生命を脅か
すことさえある。
硫黄−ナトリウムアキュムレータ及びリチウムアキュムレータは、非水性電解
質が利用されているものであるが、最も大きな電力容量を有する。
硫黄−ナトリウムアキュムレータの重要な欠点は、それらの作動温度が高く、
１５０〜３００℃であることであり、電力容量は高く、 ７０〜２３０Ｗ． ｈ
／ｋｇであり、一つのセルの電極間電圧は１．７５〜１．８５Ｖであり、作動源
は１０００〜５０００サイクルである。
非水性電解質を用いたリチウムアキュムレータの電力容量は、６０〜２００Ｗ
．ｈ／ｋｇであり、同じセルの電極間電圧は１．５〜３Ｖになる。電解質成分は
充電／放電化学反応に関与する。これらのアキュムレータの作動は不安定であり
、樹枝状結晶の成長が進行し、電極の不動態化が起きる。それらの作動源も低く
、１００〜数百サイクルである。それらの多くの作動温度は５０〜１５０℃であ
り、それらの性質は、もし温度が２５℃より低いとその劣化程度は大きくなる。
そのアキュムレータの安定性及び作動源を１０００サイクル位までにも増大し、
作動期間を申し分のないものにすれば、電力容量は数倍も減少する。
アキュムレータの活性物質は屡々伝導度が低く、それを増大するために活性物
質に特別な成分を添加し且つ（又は）コレクタ、電流の出力端子を金属から作る
が、それによってアキュムレータの電力容量が低下する。電解質に直接接触して
いる電極の活性物質の薄い層は、屡々電気化学的過程に関与し、同時に活性物質
が不動態性を増加し、その結果アキュムレータの電力容量が低下する。なぜなら
、活性物質の利用程度が完全ではなくなるからである。作動中、エネルギー保存
容量は非常に著しく減少することがある。
活性物質の原子の易動性／拡散性が大きいために惹き起こされる速い自己放電
は、活性物質として水素又はハロゲン（塩素、臭素）を用いている高電力容量の
アキュムレータで起きる。アキュムレータ中にガスが溜まることも問題であり、
そのこととは別に、これらの活性物質は、もし漏洩が起きると危険である。
多くのアキュムレータの充電／放電過程に関し、電解質成分は直接電気化学的
反応に関与し、そのためその過程中電解質の性質及び作動パラメータが変化し、
その結果電極活性物質の品質が劣化し、その構造が変化し、不動態化し、樹枝状
物質が発生する。それらは全てアキュムレータの作動パラメータを悪くし、即ち
、使用時間、作動源を低下し、その結果作動中一定の検査及び適格な整備が必要
になる。
アキュムレータには高価で稀な材料が屡々用いられている。
アキュムレータセルを直列及び並列に接続することにより、通常それらの重量
及び体積が増加し、その結果それらの全電力容量が低下する。
本発明の目的は、アキュムレータの全電力容量、即ち、重量及び容量１単位当
りの平列及び（又は）直列切り替えしたセルバッテリーの全電力容量を出来るだ
け大きくすること；それらの安定で、長期間の作動及びエネルギー保存を最低の
損失（最小の自己放電）で確実に与えること；出来るだけ少ない検査及び簡単な
整備を行えるようにすること；小型で、理論的には無限に大きなアキュムレータ
（セルバッテリーの直列及び並列接続）を開発することが出来るようにするこ
と；これらの高電力容量アキュムレータを、それらが人間及び環境に害が無いよ
うなやり方で安全に使用出来るように保証すること；にある。
アキュムレータのエレメントを一緒に固定し包装するために（囲いを作るた
め）の従来の技術には、特許ＷＯ ８６／０３０６０があり、そこではアキュム
レータのエレメントを電解質と一緒に、電極及び電解質に対し漏れないように不
活性熱可塑性材料フィルム又はシート中に包み、それらフィルム又はシートを熱
圧縮法により特定の領域の周辺に沿って溶接する。出力端子／コレクタの接点は
溶接領域を通して気密に取り出す。
ここに記載する本発明（図３、４及び５）では、電極（２、６）及びフィルム
／膜−電解質（４）は、両方の側からセパレータ（３、５）により覆われている
が、電極及び電解質に対して周辺に沿って不活性熱可塑性又は他の適当な材料の
枠（１０）に組み込まれている。マイナス（負）電極（２）及びプラス（正）電
極（６）接触出力端子／コレクタ（８、９）は、枠の材料を通って気密に取り出
されている。
電極（２、６）及びセパレータ（３、５）は、対応する電解質で満たされ／飽
和され、電極及び電解質（１）に対し不活性な熱可塑性又は他の適当な材料のフ
ィルム又はシートで覆われた両側から一定の順序（図１、２及び９）で配列され
ている。もし必要ならば、セル結合を行う場合（図１０）、フィルム又はシート
（１）はエレメント又は隣接するセル（２０）のブロックも絶縁する。その後で
、アキュムレータの各エレメントが組み込まれた枠（１０、１５）及び一定の順
序（図７及び８）で配列した覆い／分離フィルム又はシート（１）を溶接又は接
着剤により一緒に固定し、溶接又は接着継ぎ目（１７）を形成する。どの場合で
も適当などのような方法を用いてもよい。もし必要ならば（図８）、特別な層を
重ねて溶接するか又はかぶせて形成する（７）。
従来法とは反対に、ここに記載した本発明では、高電力容量を有し、理論的に
は無限の大きさのアキュムレータ及び異なったセル接続と同様、コンパクトで小
型のものを形成することができる。アキュムレータを包み、エレメント
（elements，要素）又はセルブロックを分離するために適用できる材料を選択す
るための種類及び機会が増加する。なぜなら、固定するためにどのような最も可
能性のある適当な且つ効果的な接着又は溶接方法及び手段でも、それらの組合せ
と同様用いることができるからである。その結果、覆い／パッキング、密封の品
質を一層良好にし、一層良い耐久性及び安全性を達成することができ、重量の増
加程度は非常に僅かにしかならない。
アキュムレータのエレメントを一緒に固定し、それらを分離するために、周辺
に沿って形成した枠を適用するための従来方法が特許ＥＰ ０５５８７５５に見
出すことができ、この場合枠は熱可塑性電気絶縁性材料から作り、マイナス電極
をプラス電極から分離すると共に、両方の電極を機械的に固定し、それらの密封
を確実に与える役割も果たしている。電極の接続出力端子／コレクタは、枠の両
側に配置し、それらに固定されている。
ここで適用する本発明（図３、４及び６）では、アキュムレータのエレメント
の枠はそれらの設計の一部分であり、エレメント−電極（２、６）及びフィルム
／膜−電解質（４）とセパレータ（３、５）は枠の材料（１０、１５）に組み込
まれ、それに必要な場所（１１）では、電極枠の材料を通って接続出力端子／コ
レクタ（８、９）が取り出されている。電極の枠は完全に又は一部分電気伝導性
材料から作ることができ、それによりアキュムレータ操作のパラメータを増大す
る。アキュムレータのエレメントを配列する場合（図１、２、７、８及び９）、
電極の枠（１０）は、電気絶縁性材料フィルム／膜により、即ちセパレータと一
緒になった電解質の枠（１５）により、或は分離膜又はシート（１）により（図
１０）、隔離されている。枠（１０、１５）は、覆い／分離フィルム（１）によ
り一緒に固定され、繋ぎ目（１７）を形成する（図７及び８）。覆い／パッキン
グ構造の耐久性、密封性及び安全性を増大するため、必要ならば（図８）、特別
な層（７）を形成する。
プラス電極をマイナス電極から分離し、それらが接触して直接電気的接触を形
成しないようにするため、特許ＷＯ ９０／１３９２４が適用されており、この
場合プラス電極とマイナス電極の間に、それら電極と電解質に対し不活性な適当
な材料のセパレータが配置されている。
ここに記載する本発明（図６）では、マイナス電極とプラス電極（３、５）の
間に２枚の薄いセパレータを配置し、膜／フィルム−電解質（４）をそれらの間
に配置する。各セパレータ（３、５）の材料は電極（２、６）及び電解質に対し
不活性であり、マイナス電極側のセパレータ（３）の材料はプラス電極側セパレ
ータ（４）の材料とは異なっていてもよい。セパレータ（３、５）のそのような
配置（図１及び２）により、フィルム／膜−電解質は機械的な損傷を受けなくな
り、電極（２、６）と直接接触することはなく、電極がそれに影響を与えなくな
ることを保証する。このようにして、アキュムレータ操作の一層大きな安定性、
安全性及び一層高度の作動資源性が、特に同じセルの電極間の電圧を高くすると
共に確実に与えられる。セパレータ（３、５）のための範囲から最も適当な材料
を見い出し、適用することは一層容易になる。
例１
アキュムレータ（図１）のセルはエレメントである二つのマイナス電極（２）
を有し、それらの間にはプラス電極（６）が配置されており、全ての電極は夫々
別々に枠（１０）に組み込まれ、枠の材料を通して一定の領域（１１）、接続出
力端子／コレクタ（従って、８、９）へ続いており；マイナス電極及びプラス電
極（２、６）は２枚の薄いセパレータ（従って、３、５）により分離されており
、それらの間にフィルム／膜−電解質（４）が配置されており、それらは枠（１
５）に組み込まれている。本質的な点は変わらないが、もし必要があるならば、
マイナス電極及びプラス電極（２、６）、従ってセパレータ（３、５）の位置も
相互に交換することができる。
電極（２、６）及び各セパレータ（３、５）は、適当な組成の電解質で満たさ
れ／飽和されており、その電解質と共に全てのエレメントは一定の順序で配列さ
れている。それらは両側から適合する各材料のフィルム／シート（１）で覆われ
、適当な可能な方法でエレメントの枠（１０、１５）とフィルム又はシート（１
）とを溶接又は接着することにより一緒に固定されている。必要な性質を確実に
与えるために必要ならば、特別な層（７）を形成する。
この例に記載した方法により、アキュムレータ、即ち、理論的には無限な大き
さの数のエレメントを持つ並列セルバッテリ接続体（図９）を形成することがで
き、従って、電極（２、６）及びセパレータの数を補充し、それらの間にフィル
ム／膜−電解質（１６）を配置し、それらを一定の順序で配列することができる
。このようにして、理論的には無限の電力容量及び電流出力端子間の一つのセル
電圧を持つ高電力容量アキュムレータを得ることができる。
例２
アキュムレータのセル（図２）は、マイナス（負）電極（２）、プラス（正）
電極（６）を有し、従ってそれら電極は２枚の薄いセパレータ（３、５）によっ
て分離されており、それらの間にはフィルム／膜−電解質（４）が配置されてい
る。全てのエレメントは枠（従って１０、１５）中に組み込まれている。従って
、電極（２、６）及び対応するセパレータ（３、５）は、対応する組成の電解質
で充填／飽和されており、全てのエレメントは電解質と一緒に、決められた順序
で配列されている。それらの両側は対応する適当な材料のフィルム／シート（１
）で覆われており、エレメントの枠（１０、１５）及びフィルム又はシート（１
）を適当な可能な方法を用いて溶接又は接着することにより、全て一緒に固定さ
れ
ている。
この例に記載した方法によれば、薄く、理論的には無限の大きさのアキュムレ
ータを形成することができる。それらは、ケース又は他の適当な可能な覆いの内
部に配置又は渦巻き状に形成するのに充分な可撓性を持つことができる。アキュ
ムレータのバッテリの電圧を増大するためには、必要な数のセルを直列接続に切
り替えればよい。
例３
単位重量及び単位体積当り大きな電力容量を有し、必要な電力容量と電圧とを
有するアキュムレータ(accumlators) を得るべく、アキュムレータ（図１０）は
、セル又はセルバッテリーの並列接続ブロック（２０）から形成し、ブロック（
２０）間には複数の分離用フィルム又はシート（１）を配列する。適切に配列さ
れたパッキングの両側はシート又はフィルム（１）で被覆し、実現可能な適切な
方法を用いて、全てのエレメントと分離用／被覆用フィルム又はシートとは一緒
に固定し、エレメントの枠(frames，フレーム)（２１）は溶接又は接着して一つ
のブロックを形成する。必要な場合には、必要な性質を得るため、特別な層（７
）を形成し、もし必要ならば、電極の接続出力端子／コレクタ（８、９）及びそ
れらの接続領域をこの層内に配置してもよい。
高電力容量アキュムレータ、理論的には無限の電力容量及び電圧を有する種々
のセルバッテリ接続体を形成することができ、それらを必要に応じて適用するこ
とができる。
炭素電極の従来法の接続出力端子／コレクタは、特許ＥＰ ０４１９００９０
に記載されており、この場合、マイナス炭素電極は二つの層からなる。一つの層
は充電／放電過程を確実にし、他方の層は接続出力端子／コレクタの機能を果た
す。第二の層は、電気伝導度を増大するため、鉄族の金属を含有する。ここに記
載した発明（図３、４、５）では、マイナス及びプラス電極（２、６）の活性物
質は全体的に金属と黒鉛との化学的及び機械的コンパウンド（chemical and
mechanical graphite compounds with metal）を含み、それらは充電／放電過程
を確実に与えると同時に、電極の電気伝導度を増大する活性物質としての働きも
する。電気伝導度を増大するために、枠の外側と、枠の材料（１１）とを通る電
極の出力端子／コレクタ（８、９）は、全体的に金属と黒鉛との化学的及び機械
的コンパウンドを含む。このコンパウンド中、鉄族の金属及び（又は）電極の活
性物質中に存在するのと同じ金属が存在してもよい：
● マイナス電極のためのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、マグネシウム
及びアルミニウム；
● プラス電極のための鉄族金属又はクロム又はマンガン等の遷移族金属。
金属と黒鉛との化学的及び機械的コンパウンドを含む炭素−黒鉛長繊維接続出
力端子／コレクタ（８、９、１１）は、ボール紙、フェルト又は折った材料の形
をしている。
夫々特定のマイナス及びプラスの炭素電極のための炭素−黒鉛長繊維接続出力
端子／コレクタ（８、９、１１）は、電気伝導度を増大するために特定の金属又
は何種類かの金属を含んでいてもよい。
炭素電極の活性物質についての従来法は特許ＪＰ ６０−２０４６６に記載さ
れており、この場合黒鉛とニッケルとの化学的コンパウンドを含む長繊維炭素−
黒鉛物質を高電力容量アキュムレータに適用している。
ここに記載した発明（図３、４、５）では、炭素−黒鉛長繊維材料（１３）、
又は高電力容量アキュムレータのためのマイナス及びプラスの炭素電極（２、
６）の活性物質のための黒鉛高含有炭素成分（１２）と一緒にした組成物として
の炭素−黒鉛長繊維材料を用いており、その長繊維材料（１３）及び黒鉛高含有
炭素成分（１２）は、金属との化学的又は機械的コンパウンドを含む。
化学的又は機械的コンパウンドは、次のものを含む：
マイナス電極の活性物質のためのアルカリ金属、アルカリ土類金属又はマグネ
シウム及びアルミニウム；
プラス電極の活性物質のための、鉄族金属、クロム又はマンガン等の遷移族金
属。
特許ＪＰ ６０−２３９６３では、ボール紙又はフェルトの形の炭素−黒鉛長
繊維材料がプラス電極の活性物質として用いられており、それはここに記載した
発明の従来法である。
ここに記載した発明（図３、４、５）では、炭素−黒鉛繊維（１３）のボール
紙、フェルト又は織物状材料（１３）をプラス及びマイナスの炭素電極のための
活性物質として適用している。炭素電極の活性物質（図３）は、炭素−黒鉛長繊
維材料（１３）、又は黒鉛高含有コンパウンド（１２）と炭素−黒鉛長繊維材料
との組成物（図４、５）だけからなっていてもよい。
炭素電極の活性物質についての構造の従来法は、特許ＷＯ ９０／１３９２４
に記載されており、この場合、マイナス炭素電極の活性成分の組成は、黒鉛高含
有炭素成分と短繊維炭素成分−煤からなる。
ここに記載した発明（図４、５）では、マイナス及びプラスの炭素電極（２、
６）の活性物質の組成は、黒鉛高含有炭素成分（１２）及び炭素−黒鉛長繊維成
分（１３）からなり、それはフェルト、ボール紙又は織物状材料でもよい。黒鉛
高含有成分（１２）（図４）は、炭素−黒鉛長繊維（１３）のフェルト又はボー
ル紙状物に加工されており、同様に黒鉛高含有炭素成分（１２）は、炭素−黒鉛
長繊維（１３）のフェルト、ボール紙、又は織物状材料の間の層として配置して
もよい（図５）。
例４（図３）
プラス及びマイナスの炭素電極（６、２）は、炭素−黒鉛長繊維のボール紙、
フェルト、又は織物状材料からなる。炭素−黒鉛長繊維材料の一つ又は幾つかの
層が存在していてもよい。複数の層で適用された材料は同じ構造体のものでもよ
く、或は特定の性質を与えることが必要ならば、複数の層で適用した材料は、異
なった構造体、ボール紙、フェルト、又は織物状材料からなっていてもよい。
周囲（１１）に沿った電極材料は、枠（１０）中に組み込まれている。適当な
点（１１）で、電極の炭素−黒鉛長繊維接続出力端子／コレクタは、枠の材料を
通って配置されている。炭素長繊維材料は、必要な金属との化学的又は機械的コ
ンパウンドを含有する。
例５（図４）
プラス及びマイナスの炭素電極（６、２）の組成物は、異なった構造の二つの
材料、黒鉛高含有成分（１２）及び炭素−黒鉛長繊維成分（１３）から形成する
。黒鉛高含有炭素成分（１２）は、炭素−黒鉛長繊維（１３）のフェルト及びボ
ール紙状物へ不規則的に加工されている。電極（６、２）の長繊維成分は、周囲
（１１）に沿って枠（１０）に組み込まれている。特別な場所（１１）では、炭
素−黒鉛長繊維材料は、枠の材料を通り、枠（１０）の外側まで存在しており、
それは電極の接続出力端子／コレクタ（９、８）を形成している。
炭素電極の活性物質及び接続出力端子／コレクタの両方の部品とも、必要な金
属と黒鉛との化学的又は機械的コンパウンドを含有する。
例６（図５）
プラス及びマイナスの炭素電極（６、２）の組成物は、異なった構造の二つの
材料、黒鉛高含有成分（１２）及び炭素−黒鉛長繊維成分（１３）から形成され
ている。黒鉛高含有炭素成分（１２）は、炭素−黒鉛長繊維（１３）成分の層の
間の層として配置されている。炭素−黒鉛長繊維成分は、異なった構造を持つ材
料、フェルト、ボール紙、又は織物状材料及びそれらの組成を持つ材料からなっ
ていてもよい。電極中の黒鉛高含有成分（１２）の層の数は、目的とするアキュ
ムレータの必要な性質に依存する。電極の長繊維成分（６、２）は、周囲（１
１）に沿って枠（１０）中に組み込まれている。その必要な場所（１１）では、
枠の材料を通って電極の接続出力端子／コレクタ（９、８）が配置されている。
炭素電極の活性物質の両方の成分は、必要な金属との化学的又は機械的コンパ
ウンドを含有する。
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質についての従来法は、特
許ＷＯ ９０／１３９２４に記載されており、この場合炭素電極の活性物質は、
異なった構造体の炭素材料からなる組成物であり、その炭素材料の成分は全てア
ルカリ金属と黒鉛との化学的コンパウンドを含有する。その特許では、リチウム
とのコンパウンドが記載されている。そのコンパウンド中の金属はしっかりとは
固定されておらず、充電／放電過程中、マイナス電極から電解質へ、更にプラス
電解質へのリチウムの移動が行われる。
その過程は、リチウムにとって少なくとも室温を必要とするが、他のアルカリ
金属が適用されている場合にはその温度は一層高くなければならず、それは、電
極の不動態化、樹枝状物の成長、電極の必要な性質の劣化を起こすことがあり、
これは全て加速された速度で行われる。放電中の電極電位は高くなく、約１Ｖ以
下であるのに対し、充電過程では少なくとも３Ｖが必要である。
ここに記載した発明では、マイナスの炭素電極の活性物質は炭素−黒鉛長繊維
材料であるか、又は炭素材料組成物である。マイナス電極の炭素材料成分は、全
てアルカリ金属、アルカリ土類金属、マグネシウム、又はアルミニウムとの化学
的又は機械的黒鉛コンパウンドを含有する。マイナス電極の活性物質中の金属は
しっかりと固定されており、充電／放電過程中、それは移動しない。電極反応が
行われるために必要な電流は、非水性電解質中のアニオンの流れによって与えら
れる。室温及び上昇させた温度及び低下させた温度で、適用した金属とは無関係
に、電極の均等で良好な操作がこのようにして与えられる。黒鉛と金属とのコン
パウンド中の金属の割合はグラム分子で与えられているので、もし元素周期表中
、互いに近接した位置にある金属が適用されるならば、特にそれらが２又は３個
の電子による充電／放電過程の電気化学的反応に関与するならば、エネルギー的
観点からこれらの金属は実際上同じであり、アルミニウム、マグネシウム、カル
シウム、ナトリウム等の金属及びカリウム等の金属でさえも、リチウムよりもそ
れ程ひどく劣ることはなく、一層容易に入手でき、それ程珍しいものでもなく、
一層安価である。
実際上、電極の特定の電力容量を決定する電極活性物質中の金属の全量は、電
極の活性度物質の黒鉛化の程度及び電解質の性質に依存し、それらは今度は電解
質組成物の成分、特に希望の添加剤成分に依存する。
例７
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、リチウムと黒鉛との
化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモル数
の割合は、式Ｌｉx Ｃ6 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の４〜９％である。
例８
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、ナトリウムと黒鉛と
の化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモル
数の割合は、式Ｎａx Ｃ8 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の１０〜１９％である。
例９
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、カリウムと黒鉛との
化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモル数
の割合は、式Ｋx Ｃ8 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の１２〜２８％である。
例１０
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、マグネシウムと黒鉛
との化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモ
ル数の割合は、式Ｍｇx Ｃ9 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の８〜１７％である。
例１１
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、カルシウムと黒鉛と
の化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモル
数の割合は、式Ｃａx Ｃ9 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の１３〜２７％である。
例１２
高電力容量アキュムレータのマイナス電極の活性物質は、アルミニウムと黒鉛
との化学的又は機械的コンパウンドを含有する。活性物質中の炭素と金属とのモ
ル数の割合は、式Ａｌx Ｃ9 （式中、ｘ＝１）によって決定される。
マイナス電極の活性物質中の金属の量は、その重量の１０〜２０％である。
高電力容量アキュムレータのプラス電極の活性物質についての従来法は、特許
ＷＯ ＪＰ ６０−１０４６５に記載されており、そこではプラス炭素電極の活
性物質は、コンパウンド中の酸化数が＋３以下である遷移金属と黒鉛との化学的
コンパウンドである。プラス炭素電極の活性物質の構造は均一である。ここに記
載する発明では、全ての炭素成分／材料は、遷移金属と黒鉛との化学的又は機械
的コンパウンドを含み、そのコンパウンド中の金属の酸化数は＋３以上である。
クロム、マンガン、鉄、又はニッケルのような遷移金属をコンパウンド中に用い
るのが最も有利である。プラス電極の活性物質中の金属はしっかりと固定されて
おり、充電／放電過程中移動しない。
電極の特定の電力容量を決定する電極活性物質中の金属の全量は、実際上炭素
電極の活性物質の黒鉛化度及び電解質の性質に依存し、それは今度は電解質組成
物の内容物、特に希望の添加剤に依存する。
例１３
高電力容量アキュムレータのプラス炭素電極の活性物質は、鉄との化学的又は
機械的コンパウンドを含む。活性物質中の炭素と金属のグラム分子の割合は、式
Ｆｅx Ｃ16Ａｎy （式中、ｘ＝１、ｙ＝ｘ・ＺMe／ＺAn、ここでＺMeはコンパウ
ンド中に含まれる金属の酸化数であり、ＺAnはアニオン電荷の大きさである）に
より決定される。プラス炭素電極の活性物質中の金属の量は、酸化数がＺme＝０
としての条件にあるとして、重量の１０〜２２％である。
例１４
高電力容量アキュムレータのプラス炭素電極の活性物質は、クロムとの化学的
又は機械的コンパウンドを含む。活性物質中の炭素と金属のグラム分子の割合は
、式Ｃｒx Ｃ16Ａｎy （式中、ｘ＝１、ｙ＝ｘ・ＺMe／ＺAn）ここでＺMeはコン
パウンド中に含まれる金属の酸化数であり、ＺAnはアニオン電荷の大きさである
）により決定される。プラス炭素電極の活性物質中の金属の量は、酸化数がＺme
＝０としての条件にあるとして、重量の８〜２１％である。
例１５
高電力容量アキュムレータのプラス炭素電極の活性物質は、マンガンとの化学
的又は機械的コンパウンドを含む。活性物質中の炭素と金属のグラム分子の割合
は、式Ｍｎx Ｃ18Ａｎy （式中、ｘ＝１、ｙ＝ｘ・ＺMe／ＺAn、ここでＺMeはコ
ンパウンド中に含まれる金属の酸化数であり、ＺAnはアニオン電荷の大きさであ
る）により決定される。プラス炭素電極の活性物質中の金属の量は、酸化数が
Ｚme＝０としての条件にあるとして、重量の８〜２１％である。
例１６
高電力容量アキュムレータのプラス炭素電極の活性物質は、ニッケルとの化学
的又は機械的コンパウンドを含む。活性物質中の炭素と金属のグラム分子の割合
は、式Ｎｉx Ｃ16Ａｎy （式中、ｘ＝１、ｙ＝ｘ・ＺMe／ＺAn、ここでＺMeはコ
ンパウンド中に含まれる金属の酸化数であり、ＺAnはアニオン電荷の大きさであ
る）により決定される。プラス炭素電極の活性物質中の金属の量は、酸化数が
Ｚme＝０としての条件にあるとして、重量の１０〜２２％である。
高電力容量アキュムレータ電解質についてここに記載した発明の原型になるも
のは見出されていない。電解質は三つの層からなる：
● マイナス電極が含浸／充填されている（２）マイナス電極の空隙にある電
解質及びその側面のセパレータ（３）；
● プラス電極が含浸／充填されている（６）プラス電極の空隙にある電解質
及びその側面のセパレータ（５）；
● マイナス及びプラスの電極の空隙にある電解質が混合せず、それらの必要
な性質を失わないようにする、電極の空隙の前述の両方の電解質の間にあるフィ
ルム／膜−電解質。
三つの電解質層全ての組成は異なっている。必要条件に応じ、セルの電極間の
電圧が低い場合、それら組成物の基本的成分は僅かな程度異なっていてもよいが
、分離層の組成物中の希望の添加剤は異なっている。セルの電極間の電圧が高い
場合には、異なった層の組成物の成分は著しく異なっている。
電解質層の三つの組成物は全て共通の性質を有する：
● 実際上三つの層全てについて同じであるアニオンの選択的電気伝導度：カ
チオンの易動度は低く、実質上全てのカチオンがしっかり固定されている；
● 電解質、三つ層全ての組成物の成分は充電／放電過程には関与しないが、
アニオンの電気的伝導性を可能にし、その過程が行われるようにするために必要
である；
● 電解質は電極の作動を安定化し、それらの必要な目的とする性質を確実に
与えるのに役立つ。
電解質の電気伝導度を与えるために、主にアニオンＦ及びＣｌが用いられてき
ているが、ＢＦ4及びその他のものも用いることができる。次のものを含む電解
質層の組成物が一層よく研究されている：
● アミン、それらを含むポリマー及び物質；
● 置換アンモニウム塩、それらを含むポリマー及び物質；
● 金属塩及び他の希望の添加剤。
例１７
高電力容量アキュムレータ（図１、２）の電解質は、三つの層からなる：
● マイナス電極の空隙にある電解質層（２、３）の組成物；
● プラス電極の空隙にある電解質層（５、６）の組成物；
● フィルム／膜−電解質（４）の組成物。
マイナス電極のための空隙電解質層の内容物：
● ポリエチレンポリアミン〔アミノ基は、第三級アミンがそれらの全量の２
０〜８０％を占め、第四アンモニウム塩（塩化物、フッ化物）が１０〜８０％を
占め、第三級アンモニウム塩（塩化物、フッ化物）が０〜２０％を占めるような
やり方でメチル化されている〕、４０〜８０％；
● トリエチルアミン、２０〜５０％；
● トリメチルアミン、０〜４０％；
● 電極の活性物質中に存在する希望の添加剤、金属塩（塩化物、フッ化物）
、０〜飽和まで。
フィルム／膜−電解質組成物の内容物：
● ポリエチレンポリアミン〔アミノ基の１０〜８０％はメチレン基により、
又は他のやり方でそれらの間で架橋されており、第三アミンがアミノ基の全量の
２０〜８０％を占め、第四アンモニウム塩（塩化物、フッ化物）が２０〜８０％
を占め、第三アンモニウム（塩化物、フッ化物）が０〜２０％を占めるようなや
り方でメチル化されている〕、５０〜９０％；
● Ｎ，Ｎ’−テトラメチレンジアミン、５〜４５％；
● トリメチルアミン、０〜２０％；
● 希望の添加剤、金属塩−ＡｌＣｌ3 及び（又は）他のもの、０〜飽和まで
、 プラス電極のための空隙電解質層組成物の内容物：
● ポリエチレンポリアミン〔アミノ基は、第三アミンがアミノ基の全量の５
〜８０％を占め、第四級アンモニウム塩（塩化物、フッ化物）が５〜９０％を占
め、第三級アンモニウム塩（塩化物、フッ化物）が０〜２０％を占めるようなや
り方でメチル化されている〕、４０〜８０％；
● トリエチルアミン、０〜５０％；
● トリメチルアミン、０〜４０％；
● 電極の活性物質及び（又は）他のものの中に存在する希望の添加剤、金属
塩（塩化物、フッ化物）、０〜飽和まで。
ここに与えた本発明で記載した実施例を適用することにより、実際上どのよう
な大きさ及び電力容量のアキュムレータでも作ることができ、それらのセルバッ
テリの種々の接続体を作ることができ、後者の特定の出力容量は１００〜１５０
Ｗ．ｈ／ｋｇであるが、製造技術を質的に入念に開発し、最も可能性のあるも
のを適用することにより、２００〜３００ Ｗ．ｈ／ｋｇまでにさえなる特定の
電力容量を達成することができる。もし直列結合を適用するならば、アキュムレ
ータバッテリの電圧は理論的には無限である。一つのセルの電極間電圧は１．５
〜２Ｖから４〜５Ｖである。
これらの高電力容量アキュムレータを適用して、輸送機関、電気及び電子装置
、及び家庭電化製品で良好な結果を得ることができる。
選択により、アキュムレータは人々及び環境に対し完全に無害にすることがで
きる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
High power capacity accumulator
〔Technical field〕
"High Power Capacity Accumulator" of the present invention
Relates to secondary electrochemical power supplies.
(Background technology)
Accumulators currently being manufactured and developed include: V. Korovin
) Written in "Electrochemical energetics"
Its features are described.
The most widely manufactured and used are lead, nickel-cadmium, nickel
It is an accumulator of ruthenium and nickel-zinc. 4th and 5th of the periodic table
And six cycles of chemical compound were applied to the electrodes with the accumulator described above.
Accumulators are heavy and simple.
The power capacity per unit mass is low, 10-45W. h / kg, nickel-zinc
Only 50-70W. h / kg. The voltage between the electrodes of one cell is not high and is 1
２2V. The active substance is the electrochemical process of charging and discharging one or two electrons.
Participate in the reaction, apart from which the components of the electrolyte often also participate in these chemical reactions
. The work resource is not very large, hundreds to thousands of cycles.
For example, the power capacity of the nickel-zinc accumulator is 100 to 400 cycles.
Nickel-hydrogen and bromine-zinc accumulators have higher energy,
~ 75W. h / kg, and the chlorine-zinc accumulator is 100-150W. h
/ Kg. However, they also have some of the disadvantages mentioned above, and
The voltage between the electrodes is not so high, 1.1 to 1.95 V, the operating source is small,
200 to 1500 cycles, but operation of the nickel-hydrogen accumulator
The source is high, 2000-10000 cycles. The weight of these accumulators
The key drawback is the high rate of self-discharge, which can be as high as several percent per hour.
The largest in a high energy capacity chlorine-zinc accumulator.
It has a self-discharge rate. For storing hydrogen and halogen in accumulators
The problem is that chlorine storage is particularly difficult and complicated. Those problems are these things
This is also caused by the high quality diffusion capacity, which is the accumulator's self.
Start self-discharge and increase. Regarding fire safety, hydrogen leakage is dangerous,
Chlorine and bromine leaks can cause serious environmental pollution and threaten human life.
It can even be.
Sulfur-sodium accumulators and lithium accumulators are used for non-aqueous electrolysis.
It has the highest power capacity, although quality is utilized.
An important drawback of sulfur-sodium accumulators is their high operating temperature,
150-300 ° C., the power capacity is high, 70-230 W. h
/ Kg, the voltage between electrodes of one cell is 1.75 to 1.85 V,
Is 1000 to 5000 cycles.
The power capacity of a lithium accumulator using a non-aqueous electrolyte is 60 to 200 W
. h / kg, and the voltage between the electrodes of the same cell is 1.5 to 3 V. The electrolyte component is
Participates in charge / discharge chemical reactions. The operation of these accumulators is unstable
The growth of dendrites proceeds, and the electrodes passivate. Their operating sources are also low
, 100 to several hundred cycles. Their many operating temperatures are 50-150 ° C.
In addition, their properties are such that if the temperature is lower than 25 ° C., the degree of the deterioration becomes large.
The stability and operating source of the accumulator have been increased to about 1000 cycles,
If the operating period is perfect, the power capacity is reduced several times.
Active substances in accumulators are often poorly conductive, and to increase
Add special components to the quality and / or make the collector and current output terminals from metal
However, this reduces the power capacity of the accumulator. In direct contact with the electrolyte
A thin layer of active material on an electrode is often involved in electrochemical processes,
Increases the passivation and consequently reduces the power capacity of the accumulator. Because
This is because the utilization of the active substance is not perfect. Energy saving during operation
The capacity can be very significantly reduced.
Fast self-discharge caused by high mobility / diffusion of atoms in active material
Is a high power capacity hydrogen or halogen (chlorine, bromine)
Get up in the accumulator. It is also a problem that gas accumulates in the accumulator,
Apart from that, these active substances are dangerous if a leak occurs.
For many accumulator charging / discharging processes, the electrolyte components are directly electrochemical
Participate in the reaction, so that during the process the properties and operating parameters of the electrolyte change,
As a result, the quality of the electrode active material deteriorates, its structure changes, passivates, dendrites
Material is generated. They all make the operating parameters of the accumulator worse, ie
, Reduced operating time and operating source, requiring constant inspection and proper maintenance during operation
become.
Accumulators are often made of expensive and rare materials.
Connecting the accumulator cells in series and in parallel usually reduces their weight.
And the volume increases, resulting in a decrease in their total power capacity.
It is an object of the present invention to provide for the total power capacity of the accumulator, i.
The full power capacity of the cell batteries switched in parallel and / or in series.
Their stable, long-term operation and energy conservation with minimal
Make sure that the loss (minimum self-discharge) is given;
Being able to perform maintenance; small, theoretically infinitely large accumulators
(Series and parallel connection of cell batteries)
And these high power capacity accumulators to ensure that they are harmless to humans and the environment.
To ensure safe use in such a way.
To secure and package the accumulator elements together
The prior art of U.S. Pat.
The element of the generator, together with the electrolyte, must not leak to the electrodes and the electrolyte.
Wrap in an active thermoplastic material film or sheet and heat the film or sheet
It is welded along the periphery of a specific area by a compression method. Output terminal / collector contact
Remove hermetically through the welding area.
In the invention described here (FIGS. 3, 4 and 5), the electrodes (2, 6) and the film
/ Membrane-electrolyte (4) covered by separators (3,5) from both sides
Is made of an inert thermoplastic or other suitable material along the perimeter for the electrodes and electrolyte.
It is incorporated in the frame (10). Negative (negative) electrode (2) and positive (positive) electrode
The pole (6) contact output terminals / collectors (8, 9) are hermetically withdrawn through the frame material
Have been.
The electrodes (2, 6) and the separators (3, 5) are filled / saturated with the corresponding electrolyte.
Of thermoplastic or other suitable material which is inert to the electrodes and electrolyte (1).
Arranged in a certain order (Figures 1, 2 and 9) from both sides covered by film or sheet
ing. If necessary, combine cells (Fig. 10), film or sheet
(1) also insulates elements or blocks of adjacent cells (20). after
, Frames (10, 15) in which each element of the accumulator is incorporated, and a certain order
The cover / separation film or sheet (1) arranged in the introduction (FIGS.
Secured together by an adhesive to form a welded or adhesive seam (17). In which case
Any suitable method may be used. If necessary (Figure 8), add a special layer
It is formed by overlapping welding or covering (7).
Contrary to conventional methods, the invention described herein has a high power capacity and is theoretically
Is compact and small as well as an infinite number of accumulators and different cell connections
Molds can be formed. Wrap the accumulator and element
Select a material that can be applied to separate the elements or cell blocks
Types and opportunities for What the most possible because of the fixation
Even suitable and effective bonding or welding methods and means capable of
This is because it can be used similarly to. As a result, covering / packing and sealing goods
Better quality, better durability and safety, and increased weight.
The degree of addition is very little.
Perimeter to secure the accumulator elements together and separate them
A conventional method for applying a frame formed along with is found in patent EP 0558755.
In this case, the frame is made of a thermoplastic electrically insulating material and has a negative electrode
Separate from the positive electrode and mechanically secure both electrodes and seal them
It also plays a role in reliably giving. Electrode connection output terminal / collector
Placed on the side and fixed to them.
In the present invention applied here (FIGS. 3, 4 and 6), the accumulator element
Frames are part of their design, element-electrodes (2, 6) and film
/ Membrane-electrolyte (4) and separator (3,5) incorporated in frame material (10,15)
In rare cases, where necessary (11), the connection output terminal /
Lectors (8, 9) have been removed. Electrode frame is fully or partially electrically conductive
Can be made from materials, thereby increasing the parameters of accumulator operation
You. When arranging the elements of the accumulator (FIGS. 1, 2, 7, 8 and 9)
The electrode frame (10) is made of an electrically insulating material film / membrane, i.e.
With the frame of electrolyte (15) or the separation membrane or sheet (1) (see FIG.
10), isolated. The frames (10, 15) are covered by a cover / separation film (1).
Together to form a seam (17) (FIGS. 7 and 8). Cover / Packing
If necessary (Fig. 8) to increase the durability, sealing and safety of the
A layer (7) is formed.
Separate the positive electrode from the negative electrode and make contact to form a direct electrical contact
In order to avoid this, patent WO 90/13924 has been applied,
If suitable between the positive and negative electrodes, inert to those electrodes and the electrolyte
A separator made of various materials is arranged.
In the present invention described herein (FIG. 6), the negative electrode and the positive electrode (3, 5)
With two thin separators in between, the membrane / film-electrolyte (4) is placed between them
To place. The material of each separator (3, 5) is for the electrodes (2, 6) and the electrolyte.
It is inactive, and the material of the separator (3) on the negative electrode side is
May be different from the material of the data (4). Such as separator (3,5)
The arrangement (FIGS. 1 and 2) keeps the film / membrane-electrolyte from mechanical damage.
No direct contact with the electrodes (2, 6) and the electrodes no longer affect them.
Guarantee that In this way, greater stability of accumulator operation,
Safety and higher operating resource availability, especially when increasing the voltage between the electrodes of the same cell
Both are definitely given. Most suitable material from the range for separators (3, 5)
It is easier to find and apply.
Example 1
The cell of the accumulator (Fig. 1) consists of two negative electrodes (2) as elements
And a positive electrode (6) is arranged between them, and all the electrodes are respectively
Separately integrated into the frame (10), through the material of the frame a certain area (11), connection connection
Leads to force terminal / collector (hence 8, 9); negative electrode and positive electrode
The poles (2,6) are separated by two thin separators (thus 3,5)
, Between which a film / membrane-electrolyte (4) is arranged, which
5). The essentials remain the same, but if necessary,
The position of the minus and plus electrodes (2, 6) and thus also the separators (3, 5)
Can be interchanged with each other.
The electrodes (2, 6) and each separator (3, 5) are filled with an electrolyte of a suitable composition.
All elements together with their electrolyte are arranged in a certain order.
Have been. They are covered with a film / sheet (1) of suitable material from both sides
Frame (10, 15) and film or sheet (1) in any suitable possible manner.
) Are fixed together by welding or bonding. Make sure you have the properties you need
If necessary for application, a special layer (7) is formed.
With the method described in this example, an accumulator, ie, a theoretically infinite
To form a parallel cell battery connection (Fig. 9) with a number of elements.
Thus replenishing the number of electrodes (2, 6) and separators and filling between them
The membrane / membrane-electrolyte (16) and arrange them in a certain order
. In this way, one cell between theoretically infinite power capacity and current output terminals
A high power capacity accumulator having a voltage can be obtained.
Example 2
The accumulator cell (Fig. 2) has a negative (negative) electrode (2) and a positive (positive) electrode.
It has electrodes (6), which are therefore separated by two thin separators (3, 5).
And a film / membrane-electrolyte (4) arranged between them.
You. All elements are incorporated into the frame (and therefore 10, 15). Therefore
, The electrodes (2, 6) and the corresponding separators (3, 5) are made of an electrolyte of a corresponding composition
Filled / saturated with all elements together with the electrolyte in a defined order
It is arranged in. On both sides are films / sheets (1
), The element frame (10, 15) and the film or sheet (1)
) Are fixed together by welding or gluing using suitable possible methods.
Re
ing.
According to the method described in this example, a thin, theoretically infinite size accumulator
Data can be formed. They should be placed inside a case or other suitable covering.
It can be flexible enough to be placed in a part or formed in a spiral. Accu
In order to increase the voltage of the battery of the murator, the required number of cells must be connected in series.
I just need to replace it.
Example 3
It has a large power capacity per unit weight and unit volume.
To obtain accumulators, the accumulator (FIG. 10)
, Cells or cell batteries formed from parallel connection blocks (20), the blocks (
Between 20), a plurality of separation films or sheets (1) are arranged. Properly arranged
The sides of the packed packing are covered with a sheet or film (1) and a suitable
Using the method, all the elements and the separating / coating film or sheet together
And the elements (frames) (21) are welded or glued together
To form a block. If necessary, special layers (7
), And if necessary, the connection output terminals / collectors (8, 9) of the electrodes and their
These connection regions may be arranged in this layer.
High power capacity accumulators, various with theoretically unlimited power capacity and voltage
Cell battery connections can be formed and applied as needed.
Can be.
Conventional connection output terminals / collectors for carbon electrodes are disclosed in patent EP 0 419 090
In this case, the negative carbon electrode is composed of two layers. One layer
Ensures the charging / discharging process, the other layer acts as a connection output terminal / collector
You. The second layer contains an iron group metal to increase electrical conductivity. Write here
In the described invention (FIGS. 3, 4, 5), the active material of the negative and positive electrodes (2, 6)
The quality is entirely based on the chemical and mechanical compounds of metal and graphite.
mechanical graphite compounds with metal), which are charging / discharging processes
As well as acting as an active substance to increase the electrical conductivity of the electrode
I do. In order to increase the electrical conductivity, the electricity passing through the outside of the frame and through the material (11) of the frame
The pole output terminals / collectors (8, 9) are entirely metal and graphite chemical and mechanical
Including compounds. During this compound, the activity of the iron group metal and / or electrode
The same metals that may be present in the active substance may be present:
● Alkali metal or alkaline earth metal, magnesium for negative electrode
And aluminum;
● Iron group metals or transition group metals such as chromium or manganese for the positive electrode.
Carbon-graphite long fiber splicing including chemical and mechanical compounds of metal and graphite
Force terminals / collectors (8, 9, 11) in the form of cardboard, felt or folded material
You are.
Carbon-graphite long fiber connection output for specific negative and positive carbon electrodes respectively
Terminals / collectors (8, 9, 11) may be made of specific metal or metal to increase electrical conductivity.
May contain several types of metals.
A conventional method for the active material of the carbon electrode is described in patent JP 60-20466.
In this case, long-fiber carbon containing a chemical compound of graphite and nickel
Graphite material is applied to high power capacity accumulators.
In the invention described here (FIGS. 3, 4, and 5), the carbon-graphite long fiber material (13),
Or negative and positive carbon electrodes for high power capacity accumulators (2,
6) as a composition with the graphite-rich carbon component (12) for the active substance
Carbon-graphite long-fiber material, and the long-fiber material (13) and the graphite content are high.
The carbon component (12) includes a chemical or mechanical compound with a metal.
Chemical or mechanical compounds include:
Alkali metal, alkaline earth metal or magneto for negative electrode active material
Calcium and aluminum;
Transition group gold, such as iron group metal, chromium or manganese, for the active material of the positive electrode
Genus.
Patent JP 60-23963 discloses a carbon-graphite length in the form of cardboard or felt.
Fiber material is used as the active material of the positive electrode, which is described here
1 is a conventional method of the invention.
In the invention described herein (FIGS. 3, 4, and 5), a ball of carbon-graphite fiber (13) is used.
Paper, felt or woven material (13) for plus and minus carbon electrodes
Applied as active substance. The active material of the carbon electrode (Fig. 3) is a carbon-graphite filament.
Fiber material (13) or graphite-rich compound (12) and carbon-graphite long fiber material
(FIGS. 4 and 5).
Conventional methods of construction for active materials of carbon electrodes are described in patent WO 90/13924.
In this case, the composition of the active component of the negative carbon electrode is high in graphite.
It is composed of a carbon component and a short fiber carbon component-soot.
In the invention described here (FIGS. 4 and 5), the negative and positive carbon electrodes (2,
The composition of the active substance 6) is as follows: the graphite-rich carbon component (12) and
(13), which may be felt, cardboard or woven material. graphite
The high content component (12) (FIG. 4) is felt or bod of carbon-graphite long fiber (13).
Similarly, the graphite-rich carbon component (12) is made of carbon-graphite.
Arranged as a layer between felt, cardboard or woven material of long fibers (13)
(FIG. 5).
Example 4 (FIG. 3)
The positive and negative carbon electrodes (6, 2) are carbon-graphite long fiber cardboard,
It consists of felt or woven material. One or several carbon-graphite long fiber materials
Layers may be present. Materials applied in multiple layers can be of the same structure
Or if it is necessary to provide certain properties, the material applied in multiple layers may be different.
It may be made of an unstructured structure, cardboard, felt, or woven material.
The electrode material along the perimeter (11) is incorporated into the frame (10). Appropriate
At point (11), the carbon-graphite long fiber connection output terminal / collector of the electrode changes the material of the frame.
Are arranged through. The long carbon fiber material must be chemically or mechanically co-
Contains compound.
Example 5 (FIG. 4)
The composition of the positive and negative carbon electrodes (6, 2) consists of two different structures.
Formed from material, high graphite content component (12) and carbon-graphite long fiber component (13)
. The graphite-rich carbon component (12) is made of felt and bob of carbon-graphite long fiber (13).
Is irregularly processed into paper. The long fiber component of the electrodes (6, 2)
It is incorporated in the frame (10) along (11). In a special place (11), charcoal
The elementary-graphite long fiber material passes through the material of the frame and extends to the outside of the frame (10),
It forms the connection output terminals / collectors (9, 8) of the electrodes.
Both the active material of the carbon electrode and the connection output terminal / collector components require the required gold
It contains chemical or mechanical compounds of the genus and graphite.
Example 6 (FIG. 5)
The composition of the positive and negative carbon electrodes (6, 2) consists of two different structures.
Material, high graphite content component (12) and carbon-graphite long fiber component (13)
ing. The graphite-rich carbon component (12) is a layer of the carbon-graphite long fiber (13) component.
It is arranged as an intervening layer. Carbon-graphite long fiber components are materials with different structures
Material, felt, cardboard or woven materials and materials having their composition
May be. The number of layers of the graphite-rich component (12) in the electrode depends on the desired accu
Depends on the required properties of the murator. The long fiber component of the electrode (6, 2)
It is integrated into the frame (10) along 1). In the necessary place (11),
The connection output terminals / collectors (9, 8) of the electrodes are arranged through the material of the frame.
Both components of the carbon electrode active material are chemically or mechanically compatible with the required metals.
Contains und.
Conventional methods for the active material of the negative electrode of a high power capacity accumulator are
WO 90/13924, wherein the active material of the carbon electrode is:
A composition composed of carbon materials with different structures, and the components of the carbon materials are all
Contains a chemical compound of rukari metal and graphite. In that patent, lithium
Is described. The metal in the compound is firm
Not fixed, plus from negative electrode to electrolyte during charge / discharge process, plus
Transfer of lithium to the electrolyte takes place.
The process requires at least room temperature for lithium, but other alkaline
If metal is applied, its temperature must be higher, which is
May cause pole passivation, dendritic growth, and degradation of the required properties of the electrode.
This is all done at an accelerated speed. The electrode potential during discharge is not high, and
In contrast, the charging process requires at least 3V.
In the invention described herein, the active material of the negative carbon electrode is carbon-graphite filament.
Material or a carbon material composition. The carbon material component of the negative electrode is
With alkali metals, alkaline earth metals, magnesium or aluminum
Containing mechanical or mechanical graphite compounds. The metal in the active material of the negative electrode is
It is firmly fixed and does not move during the charging / discharging process. Electrode reaction
The current required to be performed is provided by the flow of anions in the non-aqueous electrolyte.
It is. At room temperature and at elevated and decreased temperatures, independent of applied metal
In addition, an even and good operation of the electrodes is thus provided. Graphite and metal
Since the proportion of metal in a pound is given in gram molecules,
If two or three metals which are in close proximity to one another are applied, in particular two or three
Energy involved in the electrochemical reaction of the charge / discharge process
From a point of view, these metals are practically the same: aluminum, magnesium,
Metals such as sodium and sodium and even metals such as potassium are less so than lithium.
Not so bad, more readily available, not less unusual,
It is cheaper.
In practice, the total amount of metal in the electrode active material that determines the specific power capacity of the electrode is
Depending on the degree of graphitization of the polar active material and the nature of the electrolyte, they are
Depends on the components of the porous composition, especially the desired additive components.
Example 7
The active material of the negative electrode of the high power capacity accumulator is lithium and graphite.
Contains chemical or mechanical compounds. Number of moles of carbon and metal in active substance
Of the formula Lix C6 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 4-9% of its weight.
Example 8
The active material of the negative electrode of the high power capacity accumulator is sodium and graphite.
Containing chemical or mechanical compounds. Moles of carbon and metal in the active substance
The proportion of numbers is given by the formula Nax C8 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 10-19% of its weight.
Example 9
The active material of the negative electrode of the high power capacity accumulator is potassium and graphite.
Contains chemical or mechanical compounds. Number of moles of carbon and metal in active substance
Is calculated by the formula Kx C8 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 12-28% of its weight.
Example 10
The active material of negative electrode of high power capacity accumulator is magnesium and graphite
And chemical or mechanical compounds. Model of carbon and metal in active material
The ratio of the number ofx C9 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 8-17% of its weight.
Example 11
The active material of the negative electrode of the high power capacity accumulator is calcium and graphite.
Containing chemical or mechanical compounds. Moles of carbon and metal in the active substance
The proportion of numbers is given by the formula Cax C9 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 13-27% of its weight.
Example 12
The active material of the negative electrode of the high power capacity accumulator is aluminum and graphite
And chemical or mechanical compounds. Model of carbon and metal in active material
The ratio of the number ofx C9 (Where x = 1).
The amount of metal in the active material of the negative electrode is 10-20% of its weight.
Conventional method for active material of positive electrode of high power capacity accumulator is patented
WO JP 60-10465, where the activity of a positive carbon electrode is described.
The chemical substance is a chemical compound of graphite and a transition metal whose oxidation number in the compound is +3 or less.
It is a compound. The structure of the active material of the positive carbon electrode is uniform. Write here
In the listed invention, all carbon components / materials are chemically or mechanically composed of a transition metal and graphite.
And the oxidation number of the metal in the compound is +3 or more.
Use transition metals such as chromium, manganese, iron, or nickel in the compound
Most advantageously. The metal in the active material of the positive electrode is firmly fixed
And does not move during the charging / discharging process.
The total amount of metal in the electrode active material that determines the specific power capacity of the electrode is effectively carbon
It depends on the degree of graphitization of the active material of the electrode and the nature of the electrolyte, which in turn depends on the electrolyte composition
It depends on the contents of the product, especially on the desired additives.
Example 13
The active material of the positive carbon electrode of the high power capacity accumulator is chemically or with iron
Including mechanical compounds. The ratio of gram molecules of carbon and metal in the active substance is given by the formula
Fex C16Any (Where x = 1, y = x · ZMe/ ZAn, Where ZMeIs Compau
The oxidation number of the metal contained in theAnIs the size of the anion charge)
Determined by The amount of metal in the active material of the plus carbon electrode is such that the oxidation number is Zme= 0
And 10 to 22% of the weight.
Example 14
The active material of the high-power capacity accumulator plus carbon electrode is chemically active with chromium
Or including a mechanical compound. The ratio of carbon and metal gram molecules in the active substance is
, Formula Crx C16Any (Where x = 1, y = x · ZMe/ ZAn) Where ZMeIs con
The oxidation number of the metal contained in the compound, ZAnIs the magnitude of the anion charge
). The amount of metal in the active material of the plus carbon electrode is such that the oxidation number is Zme
= 0 to 8% by weight under the condition of = 0.
Example 15
The active material of the high-power capacity accumulator plus carbon electrode is a chemical with manganese
Including mechanical or mechanical compounds. The proportion of gram molecules of carbon and metal in the active substance
Is of the formula Mnx C18Any (Where x = 1, y = x · ZMe/ ZAn, Where ZMeIs
The oxidation number of the metal contained in the compound, ZAnIs the magnitude of the anion charge
). The amount of metal in the active material of the plus carbon electrode depends on the oxidation number.
Zme= 0 to 8% by weight under the condition of = 0.
Example 16
The active material of the high-power capacity accumulator plus carbon electrode is a chemical with nickel
Including mechanical or mechanical compounds. The proportion of gram molecules of carbon and metal in the active substance
Is the formula Nix C16Any (Where x = 1, y = x · ZMe/ ZAn, Where ZMeIs
The oxidation number of the metal contained in the compound, ZAnIs the magnitude of the anion charge
). The amount of metal in the active material of the plus carbon electrode depends on the oxidation number.
Zme= 0 to 22% of the weight under the condition of = 0.
The prototype of the invention described here for the high power capacity accumulator electrolyte
Has not been found. The electrolyte consists of three layers:
● The negative electrode is impregnated / filled.
Degrading and its side separator (3);
● Positive electrode impregnated / filled (6) Electrolyte in void of positive electrode
And a separator (5) on the side thereof;
● The electrolyte in the gap between the negative and positive electrodes is not mixed,
Between the two electrolytes described above in the electrode gap to prevent loss of
Lum / membrane-electrolyte.
The compositions of all three electrolyte layers are different. Depending on the requirements, between the cell electrodes
When the voltage is low, the basic components of the compositions may differ slightly.
The desired additives in the composition of the separation layer are different. High voltage between cell electrodes
In some cases, the components of the compositions of the different layers are significantly different.
All three compositions of the electrolyte layer have common properties:
● Selective electrical conductivity of the anion, which is practically the same for all three layers:
Thion has low mobility and virtually all cations are firmly anchored;
● The electrolyte and the components of the composition of all three layers do not participate in the charge / discharge process,
Necessary to enable the electrical conductivity of the anions and to allow the process to take place
Is;
● Electrolytes stabilize the operation of the electrodes and ensure their required desired properties
Help to give.
Anions F and Cl have mainly been used to provide the electrical conductivity of the electrolyte.
But BFFourAnd others can also be used. Electrolysis, including:
The composition of the stratum corneum has been better studied:
● amines, polymers and substances containing them;
● substituted ammonium salts, polymers and substances containing them;
● Metal salts and other desired additives.
Example 17
The electrolyte of the high power capacity accumulator (FIGS. 1, 2) consists of three layers:
The composition of the electrolyte layers (2, 3) in the gaps of the negative electrode;
The composition of the electrolyte layers (5, 6) in the gaps of the positive electrode;
● Film / membrane-electrolyte (4) composition.
Contents of the void electrolyte layer for the negative electrode:
● Polyethylene polyamines [amino groups are tertiary amines whose total amount is 2
Quaternary ammonium salts (chloride, fluoride) account for 10-80%
Tertiary ammonium salts (chlorides, fluorides) occupy 0-20%
Methylated in a manner], 40-80%;
● triethylamine, 20-50%;
● trimethylamine, 0-40%;
● Desired additives and metal salts (chlorides, fluorides) present in the active material of the electrode
, 0 to saturation.
Contents of the film / membrane-electrolyte composition:
● Polyethylene polyamine [10-80% of amino groups are
Or otherwise bridged between them, so that the tertiary amine is
20-80%, quaternary ammonium salts (chloride, fluoride) 20-80%
Tertiary ammonium (chloride, fluoride) accounts for 0-20%
Methylated by the method], 50-90%;
● N, N'-tetramethylenediamine, 5-45%;
● trimethylamine, 0-20%;
● Desired additive, metal salt-AlClThree And / or others, from 0 to saturation
The contents of the void electrolyte layer composition for the positive electrode:
● Polyethylene polyamine [amino group is a tertiary amine whose total amount is 5
Quaternary ammonium salts (chloride, fluoride) account for 5-90%.
Tertiary ammonium salts (chlorides, fluorides)
Methylated by the method], 40-80%;
● triethylamine, 0-50%;
● trimethylamine, 0-40%;
● desired additives, metals present in the electrode active material and / or other
Salt (chloride, fluoride), from 0 to saturation.
By applying the embodiment described in the present invention given here,
Accumulators of various sizes and power capacities can be made and their
Various connections of terry can be made, the specific output capacity of the latter being 100-150
W. h / kg, but the manufacturing technology has been developed qualitatively and
By applying 200 to 300 W. h / kg up to a certain
Power capacity can be achieved. If you apply series coupling, accumulate
The battery voltage is theoretically infinite. The voltage between electrodes of one cell is 1.5
２2V to 4-5V.
Applying these high power capacity accumulators, transportation, electric and electronic equipment
And good results with home appliances.
By choice, the accumulator can be completely harmless to people and the environment.
Wear.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 4/58 Ｈ０１Ｍ 4/58
10/40 10/40 Ａ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 4/58 H01M 4/58 10/40 10/40 A