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JPH0616867A - 導電性複合体及びその製造法 - Google Patents

導電性複合体及びその製造法

Info

Publication number
JPH0616867A
JPH0616867A JP4172904A JP17290492A JPH0616867A JP H0616867 A JPH0616867 A JP H0616867A JP 4172904 A JP4172904 A JP 4172904A JP 17290492 A JP17290492 A JP 17290492A JP H0616867 A JPH0616867 A JP H0616867A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polyaniline
acid
composite
sulfonic acid
sodium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4172904A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Yamada
憲二 山田
Shigeru Tsurumaki
茂 弦巻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP4172904A priority Critical patent/JPH0616867A/ja
Publication of JPH0616867A publication Critical patent/JPH0616867A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規な導電性複合体及びその製造法を提供す
る。 【構成】 スルホン酸基を1個もしくは2個有するアニ
オン性低分子量化合物と、主鎖に共役二重結合を有する
高分子化合物とから構成されてなる導電性複合体、及び
主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物の原料モノマ
ーに、スルホン酸基を1個もしくは2個有するアニオン
性低分子量化合物及び酸化剤を添加して重合反応させる
上記導電性複合体の製法。この導電性複合体は二次電池
の電極材として利用して、エネルギー密度向上、イオン
稼働率向上という効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な導電性複合体及び
その製造法に関し、本発明の導電性複合体は例えば二次
電池に適用できる優れた電極材として有利である。
【0002】
【従来の技術】主鎖に共役二重結合を有する高分子化合
物とアニオン基を有する高分子電解質を有効成分として
含有する複合物は、これまでに電解重合法〔例えば、
P.Aldebertら,J.Phys.Franc
e,49,2101(1988)〕、化学重合法のいず
れの方法によっても製造できることは公知である。例え
ばスルホン酸基を有するアニオン性高分子化合物と主鎖
に共役二重結合を有する高分子化合物との複合体からな
る高分子電解質が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の従来法
で得た導電性複合物では、二次電池の電極材として使用
した場合、Liイオンの利用率(充放電時にLi+ イオ
ンとClO4 - イオンが複合体フィルムに出入りする
が、このときの出入りする全イオン量に対するLi+
オンの割合)が低いという問題があった。電池の高エネ
ルギー密度化、軽量化にはLiイオンの利用率の高い導
電性複合物を用いる必要があり、その開発が望まれてい
る。本発明はこのような現状に鑑み、スルホン酸基を有
する電解質であって、従来よりLiイオンの利用率の高
い導電性複合体の構造とその製造法を課題としてなされ
たものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決して、二次電池正極材として用いて従来よりもLi +
イオン利用率を向上できる、新規な電解質及びその製造
法を提供するものである。すなわち本発明は、スルホン
酸基を1個もしくは2個有するアニオン性低分子量化合
物と、主鎖に共役二重結合を有する高分子化合物とから
構成されてなる導電性複合体を提供する。また、本発明
の該導電性複合体の製造法は、主鎖に共役二重結合を有
する高分子化合物の原料モノマーに、スルホン酸基を1
個もしくは2個有するアニオン性低分子量化合物および
酸化剤を添加して重合反応させることを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明者等はスルホン酸基を有する高分子電解
質において、1個のスルホン酸基に対応する高分子化合
物部分の分子量が従来法によるものより小さくなれば、
Li+ イオン利用率を向上できると考えつき、このよう
な構造の複合体及びその製法を課題として研究を重ね
た。その結果、従来のスルホン酸基を有する高分子電解
質に代えて、1または2個のスルホン酸基を有する低分
子のアニオン性化合物を、主鎖に共役二重結合を有する
高分子化合物との複合体とすることで上記の課題が解決
できること、またこの構造の実現には、主鎖に共役二重
結合を有する高分子化合物の原料モノマーと該アニオン
性低分子量化合物とを酸化剤の存在下で重合させればよ
いことを見いだし、本発明に至った。本発明で採用した
化学重合法では、主鎖に共役二重結合を有する高分子化
合物の原料モノマーの重合過程で、当該高分子化合物が
正に荷電し、電気的中性を保つために反応系中に存在す
るスルホン酸基を1個または2個有するアニオン性低分
子量化合物がイオンペアを形成することにより、主鎖に
共役二重結合を有する高分子化合物とスルホン酸基を1
個または2個有するアニオン性低分子量化合物とが複合
化する。
【0006】本発明では、主鎖に共役二重結合を有する
高分子化合物の原料モノマーに、スルホン酸基を1個も
しくは2個有するアニオン性低分子量化合物を混合し、
さらに酸化剤を添加して上記モノマーを重合反応させ
る。本発明の該原料モノマーとしては、アニリン、ピロ
ール、チオフェン、3−アルキルチオフェン、アズレン
等の共役二重結合を有する化合物が挙げられる。導電性
複合体中の高分子化合物部分としては、ポリアリニン、
ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ−3−アルキルチ
オフェン等である。
【0007】また、本発明に用いられるスルホン酸基を
1個もしくは2個有するアニオン性低分子量化合物とし
ては、脂肪族または芳香族のモノまたはジスルホン酸系
化合物を挙げることができ、特に好ましくは下記一般式
で表される低分子量化合物が挙げられる。 一般式 Cn 2n+1SO3 - -3 S(CH2)2nSO3 -n-1 2n-1PhSO3 - -3 SPhSO3 - PhNHPhSO3 - CH3 NpSO3 - (ここで各式において、1≦n≦20であり、Phはベ
ンゼン環を、Npはナフタレン環を示す)
【0008】本発明の上記一般式で示される化合物とし
て、更に具体的に示すと、アルキルモノスルホン酸化合
物またはその塩として、例えばメタンスルホン酸、エタ
ンスルホン酸、1−ブタンスルホン酸ナトリウム、1−
ヘプタンスルホン酸ナトリウム、1−デカンスルホン酸
ナトリウム、1−ヘプタデカンスルホン酸ナトリウム
等、アルキルジスルホン酸化合物またはその塩として、
例えば1,4−ブタンスルホン酸ナトリウム、1,2−
エタンスルホン酸ナトリウム、1,8−オクタンスルホ
ン酸ナトリウム、1,12−ドデカンスルホン酸ナトリ
ウム等、芳香族モノスルホン酸またはその塩として、例
えばベンゼンスルホン酸ナトリウム、2,4−ジメチル
ベンゼンスルホン酸ナトリウム、4−ジフェニルアミン
スルホン酸ナトリウム、n−ドデシルベンゼンスルホン
酸ナトリウム、1−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、
2−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、p−トルエンス
ルホン酸ナトリウム、2,5−ジメチルベンゼンスルホ
ン酸ナトリウム等、芳香族ジスルホン酸またはその塩と
して、例えばm−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム、
3,5−ジスルホン安息香酸二ナトリウム塩、1,5−
ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム、アントラキノン
−1,5−ジスルホン酸二ナトリウム塩等が挙げられ
る。
【0009】本発明に用いる酸化剤としては、例えば過
硫酸アンモニウム、過硫酸かりうむ、過硫酸ルビジウ
ム、過硫酸セシウム、塩化鉄(III) 等を挙げることがで
きる。
【0010】出発原料モノマーに対するスルホン酸化合
物またはスルホン酸塩の割合は、等モル量から2倍モル
量が好ましく、スルホン酸塩を使用する場合は、2規定
以上の塩酸溶液中で反応させることが必要である。酸化
剤の使用量は原料モノマーの等モル量、反応時間は4時
間〜6時間、反応温度は0〜−10℃が、本発明の製法
の一般的条件として挙げられる。この酸化重合法により
得られる導電性複合体は高分子化合物の平均分子量は1
千〜100万、スルホン酸基1個あたりの炭素数(分子
量)は13〜20(200〜300)が一般的である。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。実施例1 アルキルスルホン酸化合物とポリアニリンとの複合体の
合成 蒸留水150mlにアニリン3.7g、メタンスルホン
酸11.5gを溶解した。当該水溶液を0℃に保持しつ
つ、撹拌下、1.6mol/リットル過硫酸アンモニウ
ム水溶液68.3gを1時間にわたって滴下した。滴下
後さらに3時間撹拌した後、G4フィルターで濾過し
た。濾過物はアセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜減
圧乾燥した。濾過物の乾燥重量は3.0gであった。ま
た濾過物を元素分析した結果、元素比S/N比は0.3
6/1であった。また赤外線吸収スペクトルによれば、
ポリアニリンに特有である1,290cm-1、1,48
0cm-1の各ピークが見られ、またメタンスルホン酸に
特有である1,030cm -1のピークが見られることに
より、ポリアニリン/メタンスルホン酸複合体の合成を
確認した。表1に当該当該ポリアニリン/メタンスルホ
ン酸複合体の元素分析結果を、また図1に赤外線吸収ス
ペクトルを示す。他のアルキルスルホン酸、すなわち、
エタンスルホン酸を用いて同様の条件でポリアニリン/
エタンスルホン酸複合体が合成でき、元素比S/N比が
0.35/1であることを確認した。得られたポリアニ
リン/エタンスルホン酸複合体の元素分析結果を表1
に、また図2に赤外線吸収スペクトルを示す。
【0012】
【表1】
【0013】実施例2 アルキルスルホン酸化合物とポリアニリンとの複合体の
合成 3mol/リットル塩酸水溶液300mlにアニリン
5.6g、1−ブタンスルホン酸ナトリウム5.0gを
溶解した。当該塩酸水溶液を0℃に保持しつつ、撹拌
下、1.6mol/リットル過硫酸アンモニウム水溶液
32.8gを1時間にわたって滴下した。滴下後さらに
3時間撹拌した後、G4フィルターで濾過した。濾過物
はアセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜減圧乾燥し
た。濾過物の乾燥重量は2.2gであった。また濾過物
を元素分析した結果、元素比S/Nは0.32/1であ
った。また赤外線吸収スペクトルによれば、ポリアニリ
ンに特有である1,290cm-1、1,480cm-1
各ピークが見られ、また1−ブタンスルホン酸に特有で
ある1,030cm-1のピークが見られることにより、
ポリアニリン/1−ブタンスルホン酸複合体の合成を確
認した。他のアルキルスルホン酸ナトリウム、すなわち
1−ヘプタンスルホン酸ナトリウム、1−デカンスルホ
ン酸ナトリウム、1−ヘプタデカンスルホン酸ナトリウ
ムを用いて同様の条件でポリアニリン/アルキルスルホ
ン酸複合体が合成でき、元素比S/Nがそれぞれ0.3
3/1、0.37/1、0.34/1であることを確認
した。
【0014】実施例3 アルキルジスルホン酸化合物とポリアニリンとの複合体
の合成 3mol/リットル塩酸水溶液100mlにアニリン
1.8g、1,4−ブタンジスルホン酸ナトリウム5.
0gを溶解した。当該塩酸水溶液を0℃に保持しつつ、
撹拌下、1.6mol/リットル過硫酸アンモニウム水
溶液20.5gを1時間にわたって滴下した。滴下後さ
らに3時間撹拌した後、G4フィルターで濾過した。濾
過物はアセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜減圧乾燥
した。濾過物の乾燥重量は2.2gであった。また濾過
物を元素分析した結果は表2に示すとおりであり、元素
比S/N比は0.38/1であった。また図3に示すよ
うに赤外線吸収スペクトルによれば、ポリアニリンに特
有である1,290cm-1、1,480cm-1の各ピー
クが見られ、また1,4−ブタンジスルホン酸に特有で
ある1,030cm-1のピークが見られることにより、
ポリアニリン/1,4−ブタンジスルホン酸複合体の合
成を確認した。他のアルキルジスルホン酸ナトリウム、
すなわち1,2−エタンジスルホン酸ナトリウム、1,
8−オクタンジスルホン酸ナトリウム、1,12−ドデ
カンジスルホン酸ナトリウムを用いて同様の条件でポリ
アニリン/アルキルジスルホン酸複合体が合成でき、表
2に示す元素分析結果から元素比S/Nがそれぞれ0.
16/1、0.25/1、0.29/1であることを確
認した。図4に得られたポリアニリン/エタンジスルホ
ン酸複合体の赤外線吸収スペクトルを示す。
【0015】
【表2】
【0016】実施例4 芳香族系スルホン酸化合物とポリアニリンとの複合体の
合成 3mol/リットル塩酸水溶液300mlにアニリン
5.6g、ベンゼンスルホン酸ナトリウム6.0gを溶
解した。当該塩酸水溶液を0℃に保持しつつ、撹拌下、
1.6mol/リットル過硫酸アンモニウム水溶液3
2.8gを1時間にわたって滴下した。滴下後さらに3
時間撹拌した後、G4フィルターで濾過した。濾過物は
アセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜乾燥した。濾過
物の乾燥重量は4.6gであった。また濾過物を元素分
析した結果、元素比S/Nは0.35/1であった。ま
た赤外線吸収スペクトルによれば、ポリアニリンに特有
である1,290cm-1、1,480cm-1の各ピーク
が見られ、またベンゼンスルホン酸に特有である1,0
30cm-1のピークが見られることにより、ポリアニリ
ン/ベンゼンスルホン酸複合体の合成を確認した。他の
芳香族系スルホン酸ナトリウム、すなわち2,4−ジメ
チルベンゼンスルホン酸ナトリウム、4−ジフェニルア
ミンスルホン酸ナトリウム、n−ドデシルベンゼンスル
ホン酸ナトリウム、1−ナフタレンスルホン酸ナトリウ
ム、2−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、p−トルエ
ンスルホン酸ナトリウム、2,5−ジメチルベンゼンス
ルホン酸ナトリウムを用いて同様の条件でポリアニリン
/芳香族系スルホン酸複合体が合成でき、元素比S/N
がそれぞれ0.38/1、0.35/1、0.39/
1、0.31/1、0.34/1、0.33/1、0.
37/1、であることを確認した。
【0017】実施例5芳香族系ジスルホン酸ナトリウムとポリアニリンとの複
合体の合成 3mol/リットル塩酸水溶液300mlにアニリン
5.6g、m−ベンゼンジスルホン酸二ナトリウム8.
0gを溶解した。当該塩酸水溶液を0℃に保持しつつ、
撹拌下、1.6mol/リットル過硫酸アンモニウム水
溶液32.8gを1時間にわたって滴下した。滴下後さ
らに3時間撹拌した後、G4フィルターで濾過した。濾
過物はアセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜乾燥し
た。濾過物の乾燥重量は5.2gであった。また濾過物
を元素分析した結果、元素比S/N比は0.39/1で
あった。また赤外線吸収スペクトルによれば、ポリアニ
リンに特有である1,290cm-1、1,480cm-1
の各ピークが見られ、またベンゼンジスルホン酸に特有
である1,030cm-1のピークが見られることによ
り、ポリアニリン/ベンゼンジスルホン酸複合体の合成
を確認した。
【0018】実施例6 アルキルスルホン酸とポリピロールとの複合体の合成 0.8ml/リットル塩化鉄(III)水溶液に、メタンス
ルホン酸を4.0g溶解した。当該塩化鉄(III)水溶液
を0℃に保持しつつ、撹拌下、ピロール6.2gを一度
に投入した。投入後、2時間撹拌した後、G4フィルタ
ーで濾過した。濾過物は蒸留水、アセトンで洗浄した
後、40℃で一昼夜乾燥した。濾過物の乾燥重量は6.
3gであった。また濾過物を元素分析した結果、元素比
S/Nは0.48/1であった。また赤外線吸収スペク
トルによれば、ポリピロールに特有である1,550c
-1のピークが見られ、またメタンスルホン酸に特有で
ある1,030cm-1のピークが見られることにより、
ポリピロール/メタンスルホン酸複合体の合成を確認し
た。
【0019】本発明の応用例1 ポリアニリンとアルキルスルホン酸の複合体からのフィ
ルム成形 実施例1で合成したポリアニリン/メタンスルホン酸複
合体粉末1gを1.8%水酸化アンモニウムアセトン溶
液250ml中に投入し、室温で2時間撹拌した。撹拌
の後、G4フィルターで濾過し、濾過物をアセトンで洗
浄した。洗浄後40℃で一昼夜減圧乾燥し、アルカリ処
理したポリアニリン/メタンスルホン酸複合体粉末を調
製した。乾燥重量は0.78gであった。当該アルカリ
処理粉末を元素分析した結果、元素比S/Nは0.42
/1であった。また赤外線吸収スペクトルによれば、ポ
リアニリンに特有である1,290cm-1、1,480
cm-1の各ピークが見られ、またメタンスルホン酸に特
有である1,030cm -1のピークが見られることによ
り、アルカリ処理後もポリアニリン/メタンスルホン酸
複合体であることを確認した。当該アルカリ処理粉末2
0mgをN−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと略
す)1mlに投入し、20℃、9時間撹拌することによ
りNMP溶液を調製した後、ステンレス薄板上に流延
し、直ちに80℃、8時間減圧乾燥して当該複合体のキ
ャストフィルムを作成した。実施例1、実施例2で合成
した他のポリアニリン/アルキルスルホン酸複合体粉
末、すなわちポリアニリン/エタンスルホン酸複合体粉
末、ポリアニリン/1−ブタンスルホン酸複合体粉末、
ポリアニリン/1−ヘプタンスルホン酸複合体粉末、ポ
リアニリン/1−デカンスルホン酸複合体粉末、ポリア
ニリン/1−ヘプタデカンスルホン酸複合体粉末を用い
て、同様の条件でアルカリ処理し、アルカリ処理後の元
素比S/Nがそれぞれ0.63/1、0.67/1、0
61/1、0.67/1、0.62/1であることを確
認した。当該アルカリ処理粉末をアルカリ処理ポリアニ
リン/メタンスルホン酸複合体粉末と同様にNMPに溶
解して、当該複合体のキャストフィルムをポリアニリン
/メタンスルホン酸複合体フィルムと同様にして作成し
た。
【0020】本発明の応用例2 ポリアニリンとアルキルジスルホン酸化合物との複合体
からのフィルム成形 実施例3で合成したポリアニリン/
1,4−ブタンジスルホン酸複合体粉末1gを1.8%
水酸化アンモニウムアセトン溶液250ml中に投入
し、室温で2時間攪拌した。攪拌後G4フィルターで濾
過し、濾過物をアセトンで洗浄した。洗浄後40℃で一
昼夜減圧乾燥し、アルカリ処理したポリアニリン/1,
4−ブタンジスルホン酸複合体粉末を調製した。乾燥重
量は0.82gであった。当該アルカリ処理粉末を元素
分析した結果、元素比S/Nは0.39/1であった。
また赤外線吸収スペクトルによれば、ポリアニリンに特
有である1,290cm-1、1,480cm-1の各ピー
クが見られ、また1,4−ブタンジスルホン酸に特有で
ある1,030cm-1のピークが見られることにより、
アルカリ処理後もポリアニリン/1,4−ブタンジスル
ホン酸複合体であることを確認した。当該アルカリ処理
粉末20mgをNMP1mlに投入し、20℃、9時間
撹拌することによりNMP溶液を調製した後、ステンレ
ス薄板上に流延し、直ちに80℃、8時間減圧乾燥して
当該複合体のキャストフィルムを作成した。実施例3で
合成した他のポリアニリン/アルキルジスルホン酸複合
体粉末、すなわちポリアニリン/1,2−エタンジスル
ホン酸複合体粉末、ポリアニリン/1,8−オクタンジ
スルホン酸複合体粉末、ポリアニリン/1,12−ドデ
カンジスルホン酸複合体粉末を用いて、同様の条件でア
ルカリ処理し、アルカリ処理後の元素比S/Nがそれぞ
れ0.29/1、0.38/1、039/1であること
を確認した。当該アルカリ処理粉末をアルカリ処理ポリ
アニリン/1,4−ブタンジスルホン酸複合体粉末と同
様にNMPに溶解して、当該複合体のキャストフィルム
をポリアニリン/1,4−ブタンジスルホン酸複合体フ
ィルムと同様にして作成した。
【0021】本発明の応用例3 ポリアニリンと芳香族系スルホン酸化合物との複合体、
ポリアニリンと芳香族系ジスルホン酸化合物との複合体
からのフィルム成形 実施例4で合成したポリアニリン/ベンゼンスルホン酸
複合体粉末1gを1.8%水酸化アンモニウムアセトン
溶液250ml中に投入し、室温で2時間攪拌した。攪
拌後、G4フィルターで濾過し、濾過物をアセトンで洗
浄した。洗浄後40℃で一昼夜減圧乾燥し、アルカリ処
理したポリアニリン/ベンゼンスルホン酸複合体粉末を
調製した。乾燥重量は0.78gであった。当該アルカ
リ処理粉末を元素分析した結果、元素比S/Nは0.5
5/1であった。また赤外線吸収スペクトルによれば、
ポリアニリンに特有である1,290cm-1、1,48
0cm-1の各ピークが見られ、またベンゼンスルホン酸
に特有である1,030cm-1のピークが見られること
により、アルカリ処理後もポリアニリン/ベンゼンスル
ホン酸複合体であることを確認した。当該アルカリ処理
粉末20mgをNMP1mlに投入し、20℃、9時間
撹拌することによりNMP溶液を調製した後、ステンレ
ス薄板上に流延し、直ちに80℃、8時間減圧乾燥して
当該複合体のキャストフィルムを作成した。実施例4、
実施例5で合成した他のポリアニリン/芳香族系スルホ
ン酸複合体粉末およびポリアニリン/芳香族系ジスルホ
ン酸複合体粉末、すなわちポリアニリン/2,4−ジメ
チルベンゼンスルホン酸複合体粉末、ポリアニリン/4
−ジフェニルアミンスルホン酸複合体粉末、ポリアニリ
ン/n−ドデシルベンゼンスルホン酸複合体粉末、ポリ
アニリン/1−ナフタレンスルホン酸複合体粉末、ポリ
アニリン/2−ナフタレンスルホン酸複合体粉末、ポリ
アニリン/p−トルエンスルホン酸複合体粉末、ポリア
ニリン/2,5−ジメチルベンゼンスルホン酸複合体粉
末、ポリアニリン/ベンゼンジスルホン酸複合体粉末を
用いて、同様の条件でアルカリ処理し、アルカリ処理後
の元素比S/Nがそれぞれ0.37/1、0.33/
1、0.37/1、0.34/1、0.33/1、0.
36/1、0.38/1、0.35/1であることを確
認した。当該アルカリ処理粉末をアルカリ処理ポリアニ
リン/ベンゼンスルホン酸複合体粉末と同様にNMPに
溶解して、当該複合体のキャストフィルムをポリアニリ
ン/1,4−ブタンジスルホン酸複合体フィルムと同様
にして作成した。
【0022】本発明の応用例4 ポリピロールとアルキルスルホン酸との複合体の圧縮成
実施例6で合成したポリピロール/メタンスルホン酸複
合体粉末20mgをステンレスメッシュ上にのせ、20
℃、230kg/cm2 で圧縮成形した。
【0023】比較例1 ポリアニリン/ポリビニルスル
ホン酸複合体の合成 ポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合体の合成 2mol/リットル塩酸水溶液200mlにアニリン
2.5g、後記の合成例1で合成したポリビニルスルホ
ン酸ナトリウム2.5gを溶解した。当該塩酸水溶液を
0℃に保持しつつ、撹拌下、1.6mol/リットル過
硫酸アンモニウム水溶液16.4gを1時間にわたって
滴下した。滴下後、さらに3時間撹拌した後、G4フィ
ルターで濾過した。濾過物はアセトンで洗浄した後、4
0℃で一昼夜減圧乾燥した。濾過物の乾燥重量は2.1
gであった。また濾過物を元素分析した結果、元素比S
/Nは0.36/1であった。また赤外線吸収スペクト
ルによれば、ポリアニリンに特有である1,290cm
-1、1,480cm-1の各ピークが見られ、またポリビ
ニルスルホン酸に特有である1,030cm-1のピーク
が見られることにより、ポリアニリン/ポリビニルスル
ホン酸複合体の合成を確認した。
【0024】合成例1 ポリビニルスルホン酸ナトリウ
ムの合成 25重量%ビニルスルホン酸ナトリウム水溶液40gを
窒素ガスで1時間バブリングを行った。またペルオキソ
二硫酸カリウム/亜硫酸ナトリウム(モル比1:1)
0.86gを窒素ガスでバブリングした蒸留水15gに
溶解させて、レドックス開始剤を調製した。ビニルスル
ホン酸ナトリウム水溶液中に該レドックス開始剤を加
え、窒素ガスをバブリングしながら6時間撹拌した。反
応後、反応溶液をメタノール1リットル中に撹拌しなが
ら加えて生成物を沈殿させた。当該生成物をメタノー
ル、アセトンで洗浄した後、40℃で一昼夜減圧乾燥
し、元素分析、赤外線吸収スペクトル、NMRスペクト
ルにより同定した。元素分析において、元素比C:H:
Sが1:3.0:0.49となった。赤外線吸収スペク
トルにおいて、1,200cm-1にスルホン酸基のS=
O伸縮振動に起因する吸収ピークが現れた。NMRスペ
クトルにおいて、2.2ppm付近、3.5ppm付近
にそれぞれメチレンプロトン、メチンプロトンに起因す
るブロードな吸収ピークが現れた。以上元素分析、赤外
線吸収スペクトル、NMRスペクトルの結果、当該生成
物はポリビニルスルホン酸ナトリウムであることを確認
した。また当該ポリビニルスルホン酸ナトリウムの粘度
平均分子量は1,700であった。
【0025】比較例2 ポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸複合体の合成 比較例1でポリビニルスルホン酸ナトリウムの代わりに
市販のポリスチレンスルホン酸ナトリウム(平均分子量
70,000)を用いる以外は比較例1と全く同様の方
法でポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸複合体を合
成した。濾過物の乾燥重量は2.6gであり、また濾過
物を元素分析した結果、元素比S/Nは0.49/1で
あった。また濾過物の赤外線吸収スペクトルにおいて、
ポリアニリンに特有である1,290cm-1、1,48
0cm-1の各ピークが見られ、またポリスチレンスルホ
ン酸に特有である1,030cm-1のピークが見られる
ことにより、ポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸複
合体の合成を確認した。
【0026】比較例3 ポリピロール/ポリビニルスルホン酸複合体の合成 実施例6でメタンスルホン酸の代わりに合成例1で合成
したポリビニルスルホン酸ナトリウムを用いる以外は実
施例6と全く同様の方法でポリピロール/ポリビニルス
ルホン酸複合体を合成した。濾過物の乾燥重量は6.8
gであり、また濾過物を元素分析した結果、元素比S/
Nは0.53/1であった。また濾過物の赤外線吸収ス
ペクトルにおいて、ポリピロールに特有である1,55
0cm -1のピークが見られ、またポリビニルスルホン酸
に特有である1,030cm-1のピークが見られること
により、ポリピロール/ポリビニルスルホン酸複合体の
合成を確認した。
【0027】比較例による応用例5 ポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合体のフィルム
成形 比較例1で合成したポリアニリン/ポリビニルスルホン
酸複合体粉末1gを応用例1と同様にアルカリ処理して
アルカリ処理ポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合
体粉末を作成した。乾燥重量は0.57gであった。当
該アルカリ処理粉末を元素分析した結果、元素比S/N
は0.35/1であった。また赤外線吸収スペクトルに
よれば、ポリアニリンに特有である1,290cm-1
1,480cm-1の各ピークが見られ、またポリビニル
スルホン酸に特有である1,030cm-1のピークが見
られることにより、アルカリ処理後もポリアニリン/ポ
リビニルスルホン酸複合体であることを確認した。本発
明の応用例1でアルカリ処理したポリアニリン/メタン
スルホン酸複合体粉末の代わりに、当該アルカリ処理し
たポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合体粉末を用
いる以外は本発明の応用例1と全く同様の方法で、ポリ
アニリン/ポリビニルスルホン酸複合体のキャストフィ
ルムを作成した。
【0028】比較例による応用例6 ポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸複合体のフィル
ム成形 比較例2で合成したポリアニリン/ポリスチレンスルホ
ン酸複合体粉末1gを本発明の応用例1と同様にアルカ
リ処理してアルカリ処理ポリアニリン/ポリスチレンス
ルホン酸複合体粉末を作成した。乾燥重量は0.61g
であった。当該アルカリ処理粉末を元素分析した結果、
元素比S/Nは0.34/1であった。また赤外線吸収
スペクトルによれば、ポリアニリンに特有である1,2
90cm-1、1,480cm-1の各ピークが見られ、ま
たポリスチレンスルホン酸に特有である1,030cm
-1のピークが見られることにより、アルカリ処理後もポ
リアニリン/ポリスチレンスルホン酸複合体であること
を確認した。本発明の応用例1でアルカリ処理したポリ
アニリン/メタンスルホン酸複合体粉末の代わりに、当
該アルカリ処理したポリアニリン/ポリスチレンスルホ
ン酸複合体粉末を用いる以外は本発明の応用例1と全く
同様の方法で、ポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸
複合体のキャストフィルムを作成した。
【0029】比較例による応用例7 ポリピロール/ポリビニルスルホン酸複合体の圧縮成形 応用例4でポリピロール/メタンスルホン酸複合体粉末
の代わりに、比較例3で合成したポリピロール/ポリビ
ニルスルホン酸複合体粉末を用いる以外は応用例4と全
く同様の方法で、ポリピロール/ポリビニルスルホン酸
複合体粉末を圧縮成形した。
【0030】以上の応用例1〜7で作成した複合体フィ
ルム、圧縮成形体のエネルギー密度及びイオン稼働率を
測定して、本発明の効果を確認した。 (1)ポリアニリン/アニオン性化合物複合体フィルム 表3には、本発明の応用例1〜3、比較例による応用例
5,6で作成した各種ポリアニリン/アニオン性化合物
複合体フィルムについてのエネルギー密度を示す。エネ
ルギー密度は全て同一条件で測定した。すなわち、電解
液に1mol/リットル過塩素酸リチウムのプロピレン
カーボネート溶液、負極にリチウムを用い、電流密度
0.1A/cm2 で評価した。本発明のポリアニリン/
アニオン性低分子量化合物複合体からなるフィルムのエ
ネルギー密度はいずれも比較例のポリアニリン/ポリビ
ニルスルホン酸複合体またはポリアニリン/ポリスチレ
ンスルホン酸複合体等のポリアニリン/アニオン性高分
子化合物複合体からなるフィルムのエネルギー密度と比
較して高くなった。また、表3にLi+ イオン利用率を
合わせて示す。ここでLi+ イオン利用率とは充放電時
にLi+ イオンとClO4 - イオンが複合体フィルムに
出入りするが、この時の出入りする全イオンに対するL
+ イオンの割合を言う。
【0031】
【表3】
【0032】本発明のポリアニリン/アニオン性低分子
量化合物複合体のフィルムのLi+イオン利用率はいず
れも、ポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合体フィ
ルム、ポリアニリン/ポリビニルスルホン酸複合体フィ
ルム等のポリアリニン/アニオン性高分子化合物複合体
フィルムのLi+ イオン利用率と比較して高くなった。
Li+ イオン利用率が高くなることにより、電池の電解
液量の減少が実現し、電池の高エネルギー密度化が可能
となる。
【0033】本発明のポリアニリン/アニオン性低分子
量化合物複合体フィルムに用いるアニオン性化合物の中
でも、特にメタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1,
2−エタンジスルホン酸、1,4−ブタンジスルホン酸
のように低分子量であってスルホン酸基当たりの分子量
が小さいものでは、そのスルホン酸基がポリアニリンの
充電時の+荷電部に選択的にイオンペアを形成する傾向
が強くなり、Li+ イオン利用率が増加することになっ
て現れた。また、スルホン酸基当たりの分子量が小さい
と、複合体フィルムのエネルギー密度が高くなって現れ
た。以上のことより、いずれにしても本発明のポリアニ
リン/アニオン性低分子量化合物複合体フィルムによ
り、電池用電極として高性能化が実現できた。
【0034】(2)ポリピロール/アニオン性化合物複
合体の圧縮成形体 表4には、本発明の応用例4、比較例による応用例7で
作成したポリピロール/アニオン性化合物複合体の圧縮
成形体についてのエネルギー密度、Li+ イオン利用率
を示す。測定条件は上記(1)のポリアニリン/アニオ
ン性化合物複合体と同一とした。本発明のポリピロール
/アニオン性低分子量化合物複合体の圧縮成形体は比較
例によるポリピロール/ポリビニルスルホン酸複合体の
圧縮成形体と比較して、エネルギー密度、Li+ イオン
利用率共に高くなった。
【0035】
【表4】
【0036】上記(1)と同様に、本発明のポリピロー
ル/アニオン性低分子量化合物複合体フィルムに用いる
アニオン性化合物の中でメタンスルホン酸のように低分
子量であってスルホン酸基当たりの分子量が小さいもの
では、そのスルホン酸基がポリピロールの充電時の+荷
電部に選択的にイオンペアを形成する傾向が強くなり、
Li+ イオン利用率が増加することになって現れた。以
上のことより、本発明のポリピロール/アニオン性低分
子量化合物複合体の成形体により、電池用正極として高
性能化が実現できた。
【0037】
【発明の効果】本発明は、共役二重結合基を有する高分
子化合物と、スルホン酸基を1又は2個有するアニオン
性化合物との複合体およびその製法を提供するものであ
り、本発明の導電性複合体は二次電池の正極材料として
使用することにより、エネルギー密度向上とイオン稼働
率向上という効果が得られ、電池の性能改善が実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるポリアリニン/メタンスルホン酸
複合体の赤外線吸収スペクトル図。
【図2】本発明によるポリアリニン/エタンスルホン酸
複合体の赤外線吸収スペクトル図。
【図3】本発明によるポリアリニン/1,4−ブタンジ
スルホン酸複合体の赤外線吸収スペクトル図。
【図4】本発明によるポリアリニン/1,2−エタンジ
スルホン酸複合体の赤外線吸収スペクトル図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スルホン酸基を1個もしくは2個有する
    アニオン性低分子量化合物と、主鎖に共役二重結合を有
    する高分子化合物とから構成されてなる導電性複合体。
  2. 【請求項2】 主鎖に共役二重結合を有する高分子化合
    物の原料モノマーに、スルホン酸基を1個もしくは2個
    有するアニオン性低分子量化合物および酸化剤を添加し
    て重合反応させることを特徴とする、スルホン酸基を1
    個もしくは2個有するアニオン性低分子量化合物と、主
    鎖に共役二重結合を有する高分子化合物とから構成され
    てなる導電性複合体の製造法。
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