導電性高分子をマトリクスに用いるエネルギー貯蔵電極の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555271
• Research Institution: Osaka Universit
• Principal Investigator: 米山 宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80029082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 太田 璋 松下電池工業(株), 技術研究所, 所長 ; 桑畑 進 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40186565)
• Keywords: ポリピロール / ポリアニリン / V_2O_5 / LiMn_2O_4 / 複合体 / リチウム二次電池 / 正極活物質

Research Abstract

1. ポリアニリンを導電性マトリクスに用いたV_2O_5正極活物質
アニリンの化学酸化重合によって得たポリアニリンを還元し、N-メチルピロリドンに溶解することによってポリアニリン溶液を調製した。それへ、V_2O_5粒子を分散させた後に集電体にキャストし、乾燥させてポリアニリンとV_2O_5との複合膜(V_2O_5/PAn)を調製した。複合膜を正極に、リチウム板を負極に用いてリチウム二次電池としての充放電特性を調べた結果、V_2O_5/PAn複合膜のポリアニリンがV_2O_5粒子のバインダー兼導電性マトリクスとして働くことにより、V_2O_5の充放電反応をスムーズに進行させ、V_2O_5の利用率はほぼ100%に達した。さらに、ポリアニリンの酸化還元反応による電気量も充放電容量に寄与するので、炭素材料を導電性マトリクスに、フッ素系高分子をバインダーに用いて調製する通常のV_2O_5正極活物質よりも容量密度は大きなものであった。また、充放電にともなって複合膜を出入りするイオン種を調べたところ、ほぼLi^+だけであったので、このことは、この複合膜がリチウム二次電池の正極活物質として適したものであることを示している。
2. ポリピロールとLiMn_2O_5の複合体の調製と、4V級リチウム二次電池の正極としての特性
LiMn_2O_4粉末を分散させた酸性水溶液にピロールを滴下すると、LiMn_2O_4が酸化剤として働くことによってピロールの酸化重合が進行し、ポリピロールとLiMn_2O_4の複合体粉末(LiMn_2O_4/PPy)が調製される。粉末を集電体とともに加圧成形して、4V級リチウム二次電池用の正極活物質として調べたところ、ポリピロールはバインダー兼導電性マトリクスとして機能することがわかった。また、4Vvs.Li/Li^+の電位領域では、ポリピロールはキャパシターとしての特性を示すが、複合体ではそれによる充放電容量も利用できることがわかった。

Research Products

• [Publications] Susumu Kuwabata,et al.: "Charge-discharge properties of composite of synthetic graphite and poly(3-n-hexylthiophene)as an anode active material in rechargeable lithium-ion batteries" Journal of The Electrochemical Society. 145. 1415-1420 (1998)
• [Publications] Susumu Kuwabata,et al.: "Charge-discharge properties of composite films of polyaniline and crystalline V_2O_5 particles" Journal of The Electrochemical Society. 145. 2707-2710 (1998)