Electrochemical cell, the cathode material and a method of manufacturing the same
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ｇＶＯ 3 ：Ｖ 2 Ｏ 5 ＝２：１のモル比率で含む反応物質を３００〜７００℃で５〜２４時間にわたって加熱することにより起こるものであることを特徴とする電池。
Ｏ：Ｖ 2 Ｏ 5 ＝１：２のモル比率で含む反応物質を３００
〜７００℃で５〜２４時間にわたって加熱することにより起こるものであることを特徴とする電池。
2 Ｏ 5 ＝１：１のモル比率で含む反応物質を３００〜７０
０℃で５〜２４時間にわたって加熱することにより起こるものであることを特徴とする電池。
Ｏ 3 ：Ｖ 2 Ｏ 5 ＝２：１のモル比率で含む反応物質を混合し、次いで、前記反応物質を３００〜７００℃で５〜２
４時間にわたって加熱することにより起こる化学的付加反応により製造することを特徴とする電気化学的電池の製造方法。
2 Ｏ 5 ＝１：２のモル比率で含む反応物質を混合し、次いで、前記反応物質を３００〜７００℃で５〜２４時間にわたって加熱することにより起こる化学的付加反応により製造することを特徴とする電気化学的電池の製造方法。
１：１のモル比率で含む反応物質を混合し、次いで、前記反応物質を３００〜７００℃で５〜２４時間にわたって加熱することにより起こる化学的付加反応により製造することを特徴とする電気化学的電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギー密度でかつ高出力密度の電気化学的セル、その電気化学的セルに用いる陰極剤及びその製造方法に関し、特に改良された
バナジウム酸銀カソード材及びバナジウム酸銀カソードを用いたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】 バナジウム酸銀 （以下、「ＳＶＯ」と称する）は既に一般に知られており、用いられてもいる。
また、ＳＶＯを電池に用いるために分解反応を利用することもよく知られている。 例えば、米国特許第４，３１
０，６０９号明細書、米国特許第４，３９１，７２９号明細書を見られたい。 米国特許第４，３９１，７２９号明細書には、ＳＶＯの製造に関して、以下の分解反応が開示されている。
【化１】
しかしながら、この反応は、ガス状の生成物の放出を伴う。【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、分解反応やガス状生成物の放出が伴わない化合反応や付加反応によってＳＶＯを製造し、これにより電気化学的セルを構成する技術を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電気化学的セルは上記目的を達成するために、陽極と陰極と電解液を含み、かつ上記陰極の材質中に化学的付加反応によって製造された酸化バナジウム銀を含むようにしたものである。
【０００５】本発明に係る電気化学的セルは、隔離体を含む構成とすることができる。
【０００６】本発明に係る電気化学的セルは、上記化学的付加反応における反応物質がAgVO 3及びV 2 O 5である構成とすることができる。
【０００７】本発明に係る電気化学的セルは、上記反応物質の比率が２：１である構成とすることができる。
【０００８】本発明に係る電気化学的セルは、上記反応物質を反応温度で加熱する構成とすることができる。
【０００９】本発明に係る電気化学的セルは、上記化学的付加反応における反応物質がAg 2 O及びV 2 O 5である構成とすることができる。
【００１０】本発明に係る電気化学的セルは、上記反応物質を反応温度で加熱する構成とすることができる。
【００１１】本発明に係る電気化学的セルは、上記反応物質のモル比が１：２である構成とすることができる。
【００１２】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は上記目的を達成するために、 バナジウム酸銀と、粘結剤と、導電剤を含み、上記バナジウム酸銀が化学的付加反応で製造してなるものである。
【００１３】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記化学的付加反応における反応物質がAgVO 3及びV 2 O 5
である構成とすることができる。
【００１４】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記反応物質の比率が２：１である構成とすることができる。
【００１５】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記反応物質を反応温度で加熱する構成とすることができる。
【００１６】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記化学的付加反応における反応物質がAg 2 O及びV 2 O 5である構成とすることができる。
【００１７】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記反応物質のモル比が１：２である構成とすることができる。
【００１８】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤は、
上記反応物質を反応温度で加熱する構成とすることができる。
【００１９】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は上記目的を達成するために、AgVO 3とV 2 O 5をモル比２：１で混合し、反応温度まで加熱し、その生成物によって陰極を形成するものである。
【００２０】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記陰極の形成前に粘結剤と導電剤を追加混合する構成とすることができる。
【００２１】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、粉末状のAgVO 3とV 2 O 5を用いる構成とすることができる。
【００２２】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、AgVO 3とV 2 O 5を一緒に混練する構成とすることができる。
【００２３】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記加熱を不活性ガス雰囲気で行なう構成とすることができる。
【００２４】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記加熱を酸化雰囲気で行なう構成とすることができる。
【００２５】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、Ag 2 OとV 2 O 5をモル比１：２で混合し、反応温度まで加熱し、その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００２６】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記陰極の形成前に粘結剤と導電剤を追加混合する構成とすることができる。
【００２７】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、粉末状のAg 2 OとV 2 O 5を用いる構成とすることができる。
【００２８】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、Ag 2 OとV 2 O 5を一緒に混練する構成とすることができる。
【００２９】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記加熱を不活性ガス雰囲気で行なう構成とすることができる。
【００３０】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記加熱を酸化雰囲気で行なう構成とすることができる。
【００３１】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、銀とV 2 O 5をモル比１：１で混合し、酸化雰囲気中で反応温度まで加熱し、その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００３２】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、上記陰極の形成前に粘結剤と導電剤を追加混合する構成とすることができる。
【００３３】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、粉末状の銀とV 2 O 5を用いる構成とすることができる。
【００３４】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、AgVO 3とV 2 O 5を一緒に反応させ、その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００３５】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、Ag 2 OとV 2 O 5を一緒に反応させ、その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００３６】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、銀とV 2 O 5を酸素の存在下で一緒に反応させ、
その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００３７】本発明に係る電気化学的セルの陰極剤の製造方法は、V 2 O 5と、銀化合物または銀とを付加反応によって反応させ、その生成物によって陰極を形成する構成とすることができる。
【００３８】
【実施例】分解反応によって製造されたＳＶＯを用いるよりも、化合反応や付加反応により製造されたＳＶＯを用いることによってセルを改良でき、しかも製造が容易になるということがわかっている。 ここでセルが改良できるというのは、化合反応や付加反応により製造されたＳＶＯを用いるセルが、分解反応によって得られるＳＶ
Ｏを用いるセルよりも高い間欠放電電圧を維持することが測定されるという意味である。 高い間欠放電電圧を維持できれば、充電時間が短くなり、例えば心臓の細動除去器などに用いた場合にはセルの寿命が長くなる。
【００３９】例えば、酸化雰囲気中で、反応物質の比率を１：２とすると、下記の化学式２によりAg 2 V 4 O 11が製造される。
【化２】
また酸化雰囲気中では、下記の化学式３によってもAg2 V
4 O
11が製造される。
【化３】
【００４０】バナジウム酸銀と五酸化バナジウムを比率２：１で付加反応させると、下記の化学式４のようにAg
2 V 4 O 11もしくはAg 2 V 4 O 11-yを生ずる。 ここでｙは、反応雰囲気が酸化雰囲気か不活性雰囲気かによって、０．２
５から０．３５の範囲で変化する。
【化４】
【００４１】これらの付加反応は、５２０℃のような適当な加熱温度において、５時間から２４時間の範囲内で、組成物の反応を完了させる。 最適な温度範囲は４５
０℃から５５０℃であるが、この範囲に特に限定されるものではなく、３００℃から７００℃の範囲内で可変することができる。 温度が低ければ反応に要する時間が長くなるだけである。 反応が終了した時点で、形成された材料はその温度に保持されることになろうが、好ましからざる結晶粒の成長が発生する。 即ち、高温下に長時間おくと結晶粒の成長によってセルの容量を減らすことになる。 このため一般的には、反応成生物中の結晶粒の発生を低温下で抑さえるようにすることが好ましいとされている。 規定された比率で反応物を混合することが望ましいが、初度反応ではこの範囲を越えたもの（そのような場合には成生物が分離しがたいことが多い）を用いてもよい。 また、化学式通りでない混合物を用いてもよい。
【００４２】次に試験用セルの製造例を説明する。 AgVO
3と粉末状のV 2 O 5をモル比２：１で一緒に混練し、豊アルゴン雰囲気において５２０℃で加熱してAg 2 V 4 O 11を生成し、同じく豊酸素雰囲気において同温度で加熱してAg
2 V 4 O 11-yを生成する。 またAg 2 Oと粉末状のV 2 O 5をモル比１：２で混練し、上記と同じ条件の下でAg 2 V 4 O 11とAg 2 V
4 O 11-yを生成する。 これらの生成物を混合し、導電剤としてカーボンブラックを混ぜ、また粘結剤としてテフロンを混ぜて試験用セルを作る。 この試験用セルは、４cm
2角の小さな矩形片の陰極板をリチウム板の間にはさみ、電解液を満たしたケース中に納めて構成される。 電解液は、プロピレンカーボネートと、１モルの過塩素酸リチウムエステルを含むジグライム（diglyme ）とを１：１の比率で混合したものである。 多孔性のポリプロピレンからなる隔離体はリチウム板と陰極板との間に配置する。 また従来の分解反応によって得られる陰極剤を用いて上記と同一構造の試験用セルを作る。
【００４３】次にこれらの試験用セルを６３μＡ／cm 2
の電流密度で放電する。 この放電は周期的に停止させる。 それから、試験用セルを開路状態におく。 これら試験用セルの開路電圧は図１及び図２の上部に記録されている。 そしてこれらの試験用セルを、１２ｍＡ／cm 2もしくは１９ｍＡ／cm 2で間欠放電させ、０．２５Ｊ／cm
2のエネルギーを放出したところで放電を停止させる。
図１及び図２の下側の線は、放電中の最低電圧を示している。 図１及び図２を比較すれば容易にわかるように、
本願発明に係る試験用セルは、従来のものに比べて開路電圧と間欠放電最低電圧との差が非常に小さいという結果を示している。
【００４４】図３のａは、AgVO 3とV 2 O 5を分解反応させてなるAg 2 V 4 O 11のＸ線回折パターンを示し、図３のｂ、
ｃは本願発明の上記した二つの製法によるAg 2 V 4 O 11のＸ
線回折パターンを示している。 ｂ、ｃはほぼ同一の結果を示しているが、ａは材料の低い結晶度を示す高い背圧レベルを示している。 ａ、ｂ、ｃは夫々ほぼ同じ位置にピークがあり、ｂ、ｃのピークの方が鋭くなっているが、ｂ、ｃとも夫々別の位置にａのピークより幅広のピークがある。 これらの観察結果は、ｂ、ｃの方がａよりも結晶度が高く、高結晶度が金属酸化物の陰極剤では低い容量度につながることが多いことからも注目すべきものとなっている。
【００４５】反応雰囲気については、窒素やヘリウムやその他の不活性ガス雰囲気によることになるが、アルゴンやその他の酸化雰囲気中で反応させたり、また酸素中で反応させたりしてもよい。
【００４６】粘結剤としては、メチルセルロース、エチルプロピレンジェンターポリマー（ＥＰＤＭ）、ポリエチレン、ポリプロピレン及びフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）等を、導電剤であるカーボンブラックと共に使用することができる。 テフロンは単独で用いる。 グラファイトは単独でもカーボンブラックと一緒でも用いることができる。
【００４７】
【発明の効果】本発明は以上説明してきたように、陰極剤となるバナジウム酸銀を分解反応やガス状生成物の放出が伴わない化合反応や付加反応によって製造でき、しかもこれを用いて製造する電気化学的セルが優れた性能のものになるという効果がある。
【図１】本発明に係る陰極剤を用いてなる試験用電気化学的セルの開路電圧と間欠放電電圧を比較して示すグラフである。
【図２】従来の陰極剤を用いてなる試験用電気化学的セルの開路電圧と間欠放電電圧を比較して示すグラフである。
【図３】本発明に係る陰極剤と従来の陰極剤のＸ線回折パターンを示すグラフである。
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