JPH0828219B2 - アルミニウム二次電池の電極 - Google Patents
アルミニウム二次電池の電極Info
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- JPH0828219B2 JPH0828219B2 JP3007681A JP768191A JPH0828219B2 JP H0828219 B2 JPH0828219 B2 JP H0828219B2 JP 3007681 A JP3007681 A JP 3007681A JP 768191 A JP768191 A JP 768191A JP H0828219 B2 JPH0828219 B2 JP H0828219B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集電効率が高く、充放
電効率が良好なアルミニウム二次電池の電極に関する。
電効率が良好なアルミニウム二次電池の電極に関する。
【0002】
【従来の技術】一次電池における負極活物質(リチウ
ム、マグネシウムなど)や正極活物質(マンガン酸化
物、酸化鉄など)、二次電池における負極活物質(鉛、
カドミウムなど)や正極活物質(二酸化鉛、ニッケル酸
化物など)の多くは、充電態又は放電態のいずれか一方
で電気的に絶縁性であり、これが電池の放電特性、充放
電特性の向上を困難にする一因であった。即ち、絶縁態
の形成は電池の内部抵抗を上昇させる主要因であり、特
に二次電池においては電圧効率に悪影響が顕著に現われ
る。また、電池活物質の放電態がごくわずかしかイオン
解離をしなかったり、充電反応が極めて遅かったりする
場合は、電池は二次電池とならず、一次電池としてしか
利用できない。二酸化マンガン系の電池などはこの例で
あり、また深く放電した鉛蓄電池も二次電池としての容
量が著しく低下する。
ム、マグネシウムなど)や正極活物質(マンガン酸化
物、酸化鉄など)、二次電池における負極活物質(鉛、
カドミウムなど)や正極活物質(二酸化鉛、ニッケル酸
化物など)の多くは、充電態又は放電態のいずれか一方
で電気的に絶縁性であり、これが電池の放電特性、充放
電特性の向上を困難にする一因であった。即ち、絶縁態
の形成は電池の内部抵抗を上昇させる主要因であり、特
に二次電池においては電圧効率に悪影響が顕著に現われ
る。また、電池活物質の放電態がごくわずかしかイオン
解離をしなかったり、充電反応が極めて遅かったりする
場合は、電池は二次電池とならず、一次電池としてしか
利用できない。二酸化マンガン系の電池などはこの例で
あり、また深く放電した鉛蓄電池も二次電池としての容
量が著しく低下する。
【0003】また、アルミニウムは軽く、負極活物質と
して起電力が高く、かつ、3価のイオン価数をもつた
め、電池活物質として注目されてはいるが、極めて反応
性が悪いため、未だ二次電池として実用化されていな
い。アルミニウムは以下に述べるような活物質に炭素材
を混合する方法では、殆ど充放電反応が進行しない。
して起電力が高く、かつ、3価のイオン価数をもつた
め、電池活物質として注目されてはいるが、極めて反応
性が悪いため、未だ二次電池として実用化されていな
い。アルミニウムは以下に述べるような活物質に炭素材
を混合する方法では、殆ど充放電反応が進行しない。
【0004】従来、活物質に炭素材(粉末、繊維(チョ
ップ))を混合して、一次、二次電池の特性を向上させ
る試みは多く行なわれている。例えば、次のようなもの
が提案されている。一次電池 Zn/MnO2 電池: MnO2 (正極)側に8〜15wt%の割合で天然もし
くは人造グラファイト等を添加することにより、放電特
性を改善する。 (K.Kordesch,in Batteries−
ManganeseDioxide,Vol.1,K.
Kordesch,Ed.,Dekker,New Y
ork,1974 P.241) Zn/MnO2 電池: MnO2 に10〜20wt%の割合でグラファイト混入
させて、放電特性を改善する。 (F.G.Fischer and M.Wissle
r,in Battery Material Sym
posium,Vol.1,Brussels 198
3, A.Kozawa and M.Nagayama,E
ds.,International Battery
Materials Association,U.
S.Office of the Electroch
em.Society Japan,Clevelan
d,OH,1984,p.367) Li/V2 O5 電池: V2 O5 側にグラファイトを10wt%の割合で混入さ
せて、放電特性を改善する。 (C.R.Walk,in Lithium Batt
eries,J.P.Gabano,Ed.,Acad
emic Press,New York,1983,
p.265)二次電池 アルカリニッケル電池: NiOOH(正極)側にグラファイトを30wt%の割
合で混入させて、充放電特性を改善する。 (W.Lee,J.Power Sources,1
6,131(1985)) 鉛酸電池(鉛蓄電池): 正極側にグラファイト粉を18〜24wt%の割合で混
入させて、充放電特性を改善する。 (P.T.Moseley and N.J.Brid
ger,J.Electrochem.Soc.,13
1,608(1984)) 鉛酸電池(鉛蓄電池): 負極グリッドとして炭素繊維を5〜30wt%混合した
ものを使用して、充放電特性を改善する。 (J.C.Viala,M.El.Morabit,
J.Bouix,D.Micheaus and G.
Dalibard,J.Appl.Electroch
em.,15,421(1985))
ップ))を混合して、一次、二次電池の特性を向上させ
る試みは多く行なわれている。例えば、次のようなもの
が提案されている。一次電池 Zn/MnO2 電池: MnO2 (正極)側に8〜15wt%の割合で天然もし
くは人造グラファイト等を添加することにより、放電特
性を改善する。 (K.Kordesch,in Batteries−
ManganeseDioxide,Vol.1,K.
Kordesch,Ed.,Dekker,New Y
ork,1974 P.241) Zn/MnO2 電池: MnO2 に10〜20wt%の割合でグラファイト混入
させて、放電特性を改善する。 (F.G.Fischer and M.Wissle
r,in Battery Material Sym
posium,Vol.1,Brussels 198
3, A.Kozawa and M.Nagayama,E
ds.,International Battery
Materials Association,U.
S.Office of the Electroch
em.Society Japan,Clevelan
d,OH,1984,p.367) Li/V2 O5 電池: V2 O5 側にグラファイトを10wt%の割合で混入さ
せて、放電特性を改善する。 (C.R.Walk,in Lithium Batt
eries,J.P.Gabano,Ed.,Acad
emic Press,New York,1983,
p.265)二次電池 アルカリニッケル電池: NiOOH(正極)側にグラファイトを30wt%の割
合で混入させて、充放電特性を改善する。 (W.Lee,J.Power Sources,1
6,131(1985)) 鉛酸電池(鉛蓄電池): 正極側にグラファイト粉を18〜24wt%の割合で混
入させて、充放電特性を改善する。 (P.T.Moseley and N.J.Brid
ger,J.Electrochem.Soc.,13
1,608(1984)) 鉛酸電池(鉛蓄電池): 負極グリッドとして炭素繊維を5〜30wt%混合した
ものを使用して、充放電特性を改善する。 (J.C.Viala,M.El.Morabit,
J.Bouix,D.Micheaus and G.
Dalibard,J.Appl.Electroch
em.,15,421(1985))
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法においても、炭素材は活物質中に単に分散し
ているのみであり、炭素材を多量に配合しても十分な改
善効果は得られない。このため、上記従来の方法は、実
用化に到っていないのが現状である。特に、アルミニウ
ムを負極活物質とする二次電池は、従来技術では全く実
用化できる状況ではない。
ずれの方法においても、炭素材は活物質中に単に分散し
ているのみであり、炭素材を多量に配合しても十分な改
善効果は得られない。このため、上記従来の方法は、実
用化に到っていないのが現状である。特に、アルミニウ
ムを負極活物質とする二次電池は、従来技術では全く実
用化できる状況ではない。
【0006】本発明は上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであり、集電効率が高く、充放電効率が良好なアル
ミニウム二次電池の電極を提供することを目的とする。
ものであり、集電効率が高く、充放電効率が良好なアル
ミニウム二次電池の電極を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム二
次電池の電極は、繊維状導電材で構成された嵩比重0.
01g/cm3 以上の集合成型体に、活物質を担持させ
てなる電池の電極であって、該繊維状導電材が炭素繊維
であり、活物質がアルミニウムであることを特徴とす
る。
次電池の電極は、繊維状導電材で構成された嵩比重0.
01g/cm3 以上の集合成型体に、活物質を担持させ
てなる電池の電極であって、該繊維状導電材が炭素繊維
であり、活物質がアルミニウムであることを特徴とす
る。
【0008】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて使用される集合成型体を構成する繊維状導電材
は、炭素繊維であり、従って、本発明に係る集合成型体
としては、炭素繊維のフェルト(不織布)、クロス(織
布)又は炭素繊維を絡み合わせたもの、或いは、導電性
プレートに炭素繊維をひげ状に付着成長させたもの等が
挙げられる。
おいて使用される集合成型体を構成する繊維状導電材
は、炭素繊維であり、従って、本発明に係る集合成型体
としては、炭素繊維のフェルト(不織布)、クロス(織
布)又は炭素繊維を絡み合わせたもの、或いは、導電性
プレートに炭素繊維をひげ状に付着成長させたもの等が
挙げられる。
【0009】このような炭素繊維の集合成型体は、その
嵩密度(見掛け比重)が0.01g/cm3 以上である
ことが必要である。即ち、炭素繊維の集合成型体の嵩密
度が小さいと、炭素繊維同志の接触面積が十分に確保す
ることができず、集電効率が不十分となる。従って、こ
の嵩密度は0.01g/cm3 以上、好ましくは0.1
g/cm3 以上、例えば、後述の実施例に示す如く0.
3g/cm 3 とする。
嵩密度(見掛け比重)が0.01g/cm3 以上である
ことが必要である。即ち、炭素繊維の集合成型体の嵩密
度が小さいと、炭素繊維同志の接触面積が十分に確保す
ることができず、集電効率が不十分となる。従って、こ
の嵩密度は0.01g/cm3 以上、好ましくは0.1
g/cm3 以上、例えば、後述の実施例に示す如く0.
3g/cm 3 とする。
【0010】一方、本発明において、このような炭素繊
維の集合成型体に担持させる活物質は、アルミニウム、
例えば、アルミニウムの粉末である。
維の集合成型体に担持させる活物質は、アルミニウム、
例えば、アルミニウムの粉末である。
【0011】このような活物質を炭素繊維の集合成型体
に担持させる方法としては、例えば、次のような方法が
挙げられる。 活物質の溶液又は懸濁液を含浸させる。 活物質のペーストを塗布する。 活物質のペーストを吹き付ける。 炭素繊維 の集合成
型体への活物質の担持量には特に制限はなく、使用目的
等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、炭素繊維の
集合成型体に対する活物質の担持割合を0.01〜5g
−活物質/cm3 −集合成型体とするのが好ましい。
に担持させる方法としては、例えば、次のような方法が
挙げられる。 活物質の溶液又は懸濁液を含浸させる。 活物質のペーストを塗布する。 活物質のペーストを吹き付ける。 炭素繊維 の集合成
型体への活物質の担持量には特に制限はなく、使用目的
等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、炭素繊維の
集合成型体に対する活物質の担持割合を0.01〜5g
−活物質/cm3 −集合成型体とするのが好ましい。
【0012】このような本発明の電池の電極は、常法に
従って、導電性の線材、網状材、板状材と電気的に接触
させ、電解液を介在させて配置することにより、従来実
用化困難とされていたアルミニウム二次電池を容易に構
成することができる。
従って、導電性の線材、網状材、板状材と電気的に接触
させ、電解液を介在させて配置することにより、従来実
用化困難とされていたアルミニウム二次電池を容易に構
成することができる。
【0013】本発明の電池の電極によれば、アルミ系二
次電池において、電池反応性が大幅に改善されるため、
入出力エネルギー密度の向上、単位重量、体積あたりの
容量の向上、充放電深度等の制限の緩和もしくは解消、
メンテナンスフリー性の向上、安全性の向上、更に製
造、維持に関するコストの低減が可能となり、実用的な
アルミニウム二次電池が提供される。
次電池において、電池反応性が大幅に改善されるため、
入出力エネルギー密度の向上、単位重量、体積あたりの
容量の向上、充放電深度等の制限の緩和もしくは解消、
メンテナンスフリー性の向上、安全性の向上、更に製
造、維持に関するコストの低減が可能となり、実用的な
アルミニウム二次電池が提供される。
【0014】また、これを二酸化マンガンを正極活物質
とする電極と組み合せて二次電池を実現するなどして、
実用可能な電池が提供される。
とする電極と組み合せて二次電池を実現するなどして、
実用可能な電池が提供される。
【0015】しかして、本発明による改善によって、電
池を用いる産業分野の拡大を図ることが可能となり、例
えば、長期サイクル寿命の特に必要な分野、充放電深度
に制限があってはならない分野(太陽光発電システムの
バックアップ電池)、大容量電池(変電所等に設置する
大電力貯蔵用電池)などへの用途拡大が可能とされる。
池を用いる産業分野の拡大を図ることが可能となり、例
えば、長期サイクル寿命の特に必要な分野、充放電深度
に制限があってはならない分野(太陽光発電システムの
バックアップ電池)、大容量電池(変電所等に設置する
大電力貯蔵用電池)などへの用途拡大が可能とされる。
【0016】特に、アルミニウムは比較的安価に入手で
き、かつナトリウム系、リチウム系と比べて安全である
だけでなく、エネルギー密度も劣ることがないので、ア
ルミニウム二次電池を実用化させる意義は極めて大きい
と言える。
き、かつナトリウム系、リチウム系と比べて安全である
だけでなく、エネルギー密度も劣ることがないので、ア
ルミニウム二次電池を実用化させる意義は極めて大きい
と言える。
【0017】
【作用】本発明で用いる炭素繊維の集合成型体では、炭
素繊維が相互に絡み合うような状態ではり巡らされ、互
いに接触して集合成型体を構成しているため、炭素繊維
が、活物質を実質的に大きな接触面積をもって電極が構
成される。このため、反応性の不良な(反応速度の小さ
い)電池反応であっても見掛けの電流密度は比較的大き
くとることができる。その結果、充放電における実質的
な電流密度を大きく下げることが可能になり、電池の特
性が大きく改善される。本発明の電池の電極によれば、
次のような作用効果が奏される。 酸化還元の反応速度が遅く、実用的な二次電池を構
成することができなかったアルミニウム活物質の活用が
図れる。アルミニウムはリチウムやナトリウム と比べて
安価であるため、活物質コストの低廉化が可能である。 電池内部抵抗の低減が図れる。このため電池の効率
及び入、出力密度が大幅に改善される。
素繊維が相互に絡み合うような状態ではり巡らされ、互
いに接触して集合成型体を構成しているため、炭素繊維
が、活物質を実質的に大きな接触面積をもって電極が構
成される。このため、反応性の不良な(反応速度の小さ
い)電池反応であっても見掛けの電流密度は比較的大き
くとることができる。その結果、充放電における実質的
な電流密度を大きく下げることが可能になり、電池の特
性が大きく改善される。本発明の電池の電極によれば、
次のような作用効果が奏される。 酸化還元の反応速度が遅く、実用的な二次電池を構
成することができなかったアルミニウム活物質の活用が
図れる。アルミニウムはリチウムやナトリウム と比べて
安価であるため、活物質コストの低廉化が可能である。 電池内部抵抗の低減が図れる。このため電池の効率
及び入、出力密度が大幅に改善される。
【0018】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
説明する。
【0019】実施例1 次の構成の小型単電池を製作した。鉛線(直径=0.1
mm)フェルト表面を電解酸化し、導電性のある酸化皮
膜を形成させ、これに電解二酸化マンガンを0.08g
/cm2 −鉛フェルト担持した。これを正極として、負
極には、嵩比重0.30g/cm 3 のカーボンクロスに
アルミニウム微粉末を0.04g/cm2 −カーボンク
ロス担持したものを用いた。共に鉛リード線によって充
放電電源に接続した。電解液には過塩素リチウムを溶解
した炭酸プロピレン溶液を用いた。見掛け電流密度0.
1mA/cm2 、温度13℃で連続充放電試験を行なっ
たところ、良好で安定な充放電を行なえ、電圧効率は8
5.8%と極めて良好であった。
mm)フェルト表面を電解酸化し、導電性のある酸化皮
膜を形成させ、これに電解二酸化マンガンを0.08g
/cm2 −鉛フェルト担持した。これを正極として、負
極には、嵩比重0.30g/cm 3 のカーボンクロスに
アルミニウム微粉末を0.04g/cm2 −カーボンク
ロス担持したものを用いた。共に鉛リード線によって充
放電電源に接続した。電解液には過塩素リチウムを溶解
した炭酸プロピレン溶液を用いた。見掛け電流密度0.
1mA/cm2 、温度13℃で連続充放電試験を行なっ
たところ、良好で安定な充放電を行なえ、電圧効率は8
5.8%と極めて良好であった。
【0020】比較例1 アルミニウム微粉末中に単に炭素繊維を重量比(対アル
ミニウム)で50%混合したものをペレット状に成型し
て負極としたこと以外は実施例1と同様の構成の電池を
組み立て、充放電試験を行ったところ、充電電流が0.
01mA/cm 2 以下でないと、80%以上の電圧効率
で充放電ができなかった。
ミニウム)で50%混合したものをペレット状に成型し
て負極としたこと以外は実施例1と同様の構成の電池を
組み立て、充放電試験を行ったところ、充電電流が0.
01mA/cm 2 以下でないと、80%以上の電圧効率
で充放電ができなかった。
【0021】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のアルミニウ
ム二次電池用の電極によれば、電池の集電効率、充放電
効率が大幅に改善され、次のような効果が奏される。 アルミニウム二次電池の充放電特性が大きく向上す
る。 電池反応性が不良で、実用的な二次電池を構成し得
なかったアルミニウムに ついても、本発明により実用的
な電池化が可能となり、良好なアルミニウム二次電池が
実現される。 電池活物質の利用率を向上できるため、入出力エネ
ルギー密度の向上が可能となる。アルミニウム二次電池
の場合、本発明の導入により、100%以上の向上が達
成される場合もある。
ム二次電池用の電極によれば、電池の集電効率、充放電
効率が大幅に改善され、次のような効果が奏される。 アルミニウム二次電池の充放電特性が大きく向上す
る。 電池反応性が不良で、実用的な二次電池を構成し得
なかったアルミニウムに ついても、本発明により実用的
な電池化が可能となり、良好なアルミニウム二次電池が
実現される。 電池活物質の利用率を向上できるため、入出力エネ
ルギー密度の向上が可能となる。アルミニウム二次電池
の場合、本発明の導入により、100%以上の向上が達
成される場合もある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 敬一 千葉県市原市八幡海岸通1番地 三井造船 株式会社千葉事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−128448(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】 繊維状導電材で構成された嵩比重0.0
1g/cm3 以上の集合成型体に、活物質を担持させて
なる電池の電極であって、該繊維状導電材が炭素繊維で
あり、活物質がアルミニウムであることを特徴とするア
ルミニウム二次電池の電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007681A JPH0828219B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | アルミニウム二次電池の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007681A JPH0828219B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | アルミニウム二次電池の電極 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04248268A JPH04248268A (ja) | 1992-09-03 |
JPH0828219B2 true JPH0828219B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=11672537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3007681A Expired - Lifetime JPH0828219B2 (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | アルミニウム二次電池の電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0828219B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4826699B2 (ja) * | 2004-02-16 | 2011-11-30 | 日本電気株式会社 | 蓄電デバイス |
JP4481282B2 (ja) | 2006-09-07 | 2010-06-16 | 住友電気工業株式会社 | 電池用電極基板、電池用電極、及びそれを用いたアルカリ二次電池 |
JP4943308B2 (ja) * | 2007-12-03 | 2012-05-30 | 昭和電工株式会社 | 電池用電極材および二次電池 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62128448A (ja) * | 1985-11-28 | 1987-06-10 | Yuasa Battery Co Ltd | 密閉形ニツケル・亜鉛蓄電池 |
-
1991
- 1991-01-25 JP JP3007681A patent/JPH0828219B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04248268A (ja) | 1992-09-03 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960910 |