溶融塩系新型電池

1. 緒言

 塩化アルミニウム-1-ブチルピリジニウムクロリド(BPC)系、あるいは塩化アルミニウム-1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIC)系溶融塩を電池電解液として用いることにより、アルミニウムやリチウムなどの卑な金属の電極作動が可能となり、有機溶媒系電解液のように、ショートによる電解液の発火の危険性がなくなる。また、これらの電解液は常温で溶融するため、外部から熱エネルギーを加える必要が無く、有機溶媒や水溶液と比べ、高い導電率を有する。
 一方、導電性ポリマーの二次電池用正極活物質への応用は、これまで広く行われてきており、中でも、ポリアニリン(PAn)は、ポリマーユニット当たりのドーピングレベルが高く、高容量を示すため強く期待されると共に、一部では実用化されている。
 よって、これらの利点を有する電解液と活物質を用いれば、軽量で高容量な二次電池の開発が可能となることから、ポリアニリン電極、アルミニウム電極、リチウム電池について、それぞれ現在研究中である。

2. Al/PAn二次電池の開発

1) 正極(PAn)の検討

2) 負極(Al)の検討

 Al粉末の利用効率と反応表面積を向上させるため、Al粉末電極の電極形状について検討を行った。この結果、図に示すように、電極形状によって放電容量に大きな違いが生じた。

 また、さらに電極の容量を向上させるため、電極の導電性や活物質の保持性に大きく影響する導電剤(炭素質、黒鉛質繊維、及び黒鉛質粉末)、結着剤(PTFE、CMC)等の添加剤について、その最適添加量、特性をサイクル試験等により検討した。

3. 常温型溶融塩を用いるリチウム二次電池

 電池作動時に両電極において、異なるイオンが両極で反応をすると電解液の組成変化が大きく、電池作動電流の損失を招くことから、両電極では異なるイオンが反応した方が有利である。そこで、電解液 中に存在するLi+イオンが充放電反応に伴って、正負極間を行き来することにより、浴組成に変化を生じ ないロッキング・チェアタイプのリチウム二次電池の開発を目指した。

 まず、電解液にAlCl3-EMIC系溶融塩を用い、この浴のリチウム二次電池用電解液としての可能性を評価するため、正極活物質として結晶質V2O5を用いて電極特性について検討した。