CN102484253B - 蓄电装置用电极活性物质和蓄电装置以及电子设备和输送设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蓄电装置用电极活性物质以及包含该电极活性物质的蓄电装置,所述蓄电装置用电极活性物质包含下述聚合物,所述聚合物包含由选自EBDT及其衍生物、TTF及其衍生物、EBDT与TTF的缩合物及其衍生物、和TTF二聚体及其衍生物中的化合物衍生的4价基团、2价基团-S-A-S-(式中A表示2价的脂肪族基或式-E-D-E-(式中,D表示2价的环状脂肪族基、2价的芳香族基或羰基。2个E各自独立地表示2价的脂肪族基。)所示的2价基团),相邻的2个上述4价基团介由1或2个上述2价基团而结合。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电装置用电极活性物质和蓄电装置以及电子设备和输送设备。更具体而言,本发明涉及蓄电装置用电极活性物质的改进。
背景技术
近年来,随着由汽油和电这两者的能量驱动的混合动力汽车、不间断电源、移动式通信设备、便携式电子设备等需要能够充放电的电源的设备的普及,作为其电源而被使用的蓄电装置的高性能化的要求非常高。具体而言,要求具有高输出、高容量和优异的循环特性的高性能蓄电装置。
关于蓄电装置的高性能化,提出了各种对策。特别是,由于电极活性物质的高能量密度化直接引起蓄电装置本身的高能量密度化,因此积极进行了电极活性物质的研究。例如,作为期待高速率充放电的新的电极活性物质,提出了具有π共轭电子云的有机化合物(参照专利文献1~6)。
专利文献1公开了化学结构式(Q1)所示的四硫富瓦烯(以下记为“TTF”)等具有π共轭电子云的有机化合物。TTF具有约260mAh/g的高能量密度。
专利文献2公开了化学结构式(Q2)所示的2,2’-联二亚甲基-双-1,3-二硫杂环戊二烯(以下记为“EBDT”)等具有π共轭电子云的有机化合物。EBDT具有约230mAh/g的高能量密度。此外,EBDT的电化学反应速度非常快。
可是,电解质往往含有具有溶解低分子量有机化合物的特性的非水溶剂(有机溶剂)。因此,在将有机化合物作为电极活性物质使用的系统中,有时需要抑制电极活性物质在电解质中溶解。针对该课题,专利文献3中公开了在高分子化合物的主链结合有具有π共轭电子云的有机化合物的电极活性物质。作为高分子化合物,可列举聚乙炔、聚甲基丙烯酸甲酯等。作为具有π共轭电子云的有机化合物,可列举TTF等。
专利文献4中公开了化学结构式(Q3)所示的TTF三聚体。TTF三聚体由于具有将多个TTF骨架在平面上扩张的结构,因此难以溶解于电解质。因此,包含TTF三聚体的蓄电装置用电极活性物质的容量和输出高,循环特性优异。
专利文献5中公开了具有化学结构式(Q1)、(Q2)和(Q3)所示的各骨架的有机化合物。该有机化合物由于具有平面状的分子结构,并且在与平面状的分子结构垂直的方向具有π共轭电子云,因而充放电时容易形成结晶质。通过使用包含该有机化合物的电极活性物质,可获得具有高容量和高输出、循环特性优异的蓄电装置。
专利文献6中公开了具有包含化学结构式(Q1)所示的TTF骨架作为重复单元的主链、且不溶解于电解质的聚合物。通过将专利文献6的聚合物作为电极活性物质使用,可获得具有高输出和高容量、循环特性等优异的蓄电装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-111374号公报
专利文献2:日本特开2004-342605号公报
专利文献3:日本特开2007-305461号公报
专利文献4:日本特开2008-159275号公报
专利文献5:国际公开第2007/132786号
专利文献6:国际公开第2010/013491号
发明内容
发明所要解决的课题
虽然认为专利文献1和2中记载的具有π共轭电子云的有机化合物具有高容量、高输出和优异的循环特性,但是根据电解质组成、蓄电装置的构成不同,有时会溶解于电解质。为了抑制在电解质中溶解,需要进行衍生物化或高分子化。例如,通过在TTF骨架或EBDT骨架的两端导入不溶性官能团来进行衍生物化。
然而,不溶性官能团由于不参与氧化还原反应,因此不溶性官能团的导入会使反应骨架的能量密度降低。对于高分子化而言,不参与氧化还原反应的官能团的导入是不可缺少的。因此,所得的衍生物、高分子体与作为反应骨架的TTF骨架和EBDT骨架相比能量密度低,将能量密度提高到与反应骨架同等程度较困难。
在专利文献3中,通过将专利文献1的具有π共轭电子云的有机化合物与高分子化合物的主链结合来进行高分子化。而且,在高分子化时,不导入不参与氧化还原反应的官能团。因此,专利文献3的电极活性物质与专利文献1、专利文献2中导入了不溶性官能团等的电极活性物质相比能量密度高。然而,专利文献3的电极活性物质包含高分子化合物的主链。因此,存在进一步提高能量密度的余地。
专利文献4的TTF三聚体由于可以容易地导入官能团的部位少,因此分子设计受到限制。TTF三聚体的衍生物仅在以官能团取代与分子末端的TTF骨架所含的碳原子结合的氢原子的情况下获得。蓄电装置需要根据用途来变更电压、容量等特性。然而,TTF三聚体由于不能合成大量衍生物,因此不能应对那样的变更。即,具有TTF三聚体的材料设计的自由度不充分这样的课题。
专利文献5的有机化合物对电解质显示耐溶解性,可以向蓄电装置提供良好的循环特性,但是存在进一步提高的余地。
专利文献6的聚合物通过在Ni催化剂、Pd催化剂等金属催化剂的存在下实施的偶联反应来合成。然而,这样的偶联反应具有下述课题:
(a)反应控制难,所得的聚合物的分子量分布容易超出预先设定的范围,
(b)在所得的聚合物中容易混入金属催化剂,混入的金属催化剂可能对电池性能带来影响,
(c)上述那样的金属催化剂非常昂贵。
此外,根据要合成的聚合物的种类,必须使用反应性非常高的试剂,因此强制在例如-78℃等低温下反应。为了在低温下实施反应,需要特殊的反应设备。此外,使用反应性高的试剂的反应由于难以控制,因此要求熟练。因此,为了以工业规模大量生产专利文献6的聚合物,需要进一步研究。
此外,为了提高蓄电装置的循环特性、输出特性,认为将包含EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架的分子衍生物化,设计结晶质且不易溶解于电解质、并且能量密度高的分子是有效的。然而,关于设计何种分子结构会得到简便且容易放大的合成法,专利文献1~6中尚未有充分的认识。
本发明的目的是提供能量密度高的蓄电装置用电极活性物质、包含上述电极活性物质且循环特性、输出特性优异的蓄电装置、以及具备上述蓄电装置作为电源的电子设备和输送设备。
用于解决课题的方法
本发明的蓄电装置用电极活性物质包含下述聚合物或化合物,所述聚合物或化合物包含下述通式(X)所示的重复单元X、和重复单元Y,相邻的2个重复单元Y介由1个或2个重复单元X而结合,重复单元Y是选自下述通式(Y1)所示的重复单元Y1、下述通式(Y2)所示的重复单元Y2、下述通式(Y3)所示的重复单元Y3、和下述通式(Y4)所示的重复单元Y4中的至少1种。
在下文中,分别将重复单元X简写为“单元X”,将重复单元Y简写为“单元Y”,将重复单元Y1简写为“单元Y1”,将重复单元Y2简写为“单元Y2”,将重复单元Y3简写为“单元Y3”和将重复单元Y4简写为“单元Y4”。
式(X)中,A表示2价的脂肪族基或式-E-D-E-(式中,D表示2价的环状脂肪族基、2价的芳香族基或羰基。2个E各自独立地表示2价的脂肪族基。)所示的2价基团。式(Y1)和式(Y3)中,R1和R2各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基。上述1价和2价的脂肪族基、上述2价的环状脂肪族基以及上述1价和2价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。
本发明的蓄电装置具备含有正极活性物质的正极、含有负极活性物质的负极、和电解质,正极活性物质和负极活性物质中的至少一者是上述蓄电装置用电极活性物质。
本发明的电子设备具备上述蓄电装置作为电源。
本发明的输送设备具备上述蓄电装置作为电源。
发明的效果
本发明的蓄电装置用电极活性物质(以下简称为“电极活性物质”)的能量密度高,无论是否包含作为有机化合物的聚合物,均难以溶解于电解质。
本发明的蓄电装置由于使用上述电极活性物质,因此能量密度高,循环特性、输出特性优异。因此,本发明的蓄电装置作为例如电子设备、输送设备等的电源是有用的。
在所附的权利要求书中记载了本发明的新的特征,关于构成和内容这两者,与本申请的其它目的和特征一起,通过对照附图的以下详细说明更好地理解本发明。
附图说明
图1是示意性示出本发明的实施方式之一的纽扣型蓄电装置的构成的纵截面图。
图2是显示实施例1的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
图3是显示实施例15的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
图4是显示实施例13的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
图5是实施例1和实施例15的蓄电装置的循环伏安图。
图6是比较例1的蓄电装置的循环伏安图。
图7是显示实施例19的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
图8是显示实施例23的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
图9是实施例27的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。
具体实施方式
本发明者们为了得到可以解决以往技术问题的新的电极活性物质而进行了深入研究。其结果发现了将EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架介由特定的2价基团结合成的聚合物或化合物(以下总称为“聚合物”)。而且,该聚合物具有比反应骨架单体高的能量密度,循环特性优异,不易溶解于电解质,作为电极活性物质是非常有用的。此外,关于该聚合物,在其合成工序中不需要昂贵的金属催化剂、极低温反应,可以由非常简便且容易放大的方法合成。认为该聚合物具有上述那样的优异的特性的理由如下。
在将EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架介由特定的2价基团而结合的情况下,反应骨架的电化学反应不会受到结合部位的影响,而与反应骨架单独存在的情况同样地进行。因此,在聚合物内,反应骨架的电化学反应的反应速度不会降低。此外,通过将反应骨架介由特定的2价基团而结合,可获得不易溶解于电解质的聚合物。由此,蓄电装置的循环特性提高。此外,如果介由特定的2价基团而结合,则反应骨架本身的反应电位提高。由此,电压提高,可实现高的能量密度。
此外,将反应骨架介由2个特定的2价基团而结合成的聚合物由于在分子内具有二个结合部位,因此以结合部位为基点的分子的旋转、扭转被抑制。由此,分子容易形成平面结构。如果分子为平面结构,则产生分子叠层成的分子堆(分子スタツク),从而分子容易形成结晶质。此外,与反应骨架单体相比,分子的链长延长,在分子间起作用的分子间力增大,作为结晶的稳定性增加。因此,将反应骨架介由2个特定的2价基团而结合成的聚合物(后述的二结合性聚合物)对电解质的溶解性进一步降低。
这样,本发明者们发现,通过将EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架介由特定的2价基团而结合,可获得具有高能量密度、难以溶解于电解质的聚合物,还发现该聚合物可显著地提高蓄电装置的循环特性、输出特性,从而完成了本发明。
本发明的电极活性物质的特征在于包含特定的聚合物。该聚合物包含单元X和单元Y,相邻的2个单元Y介由1个或2个单元X而结合。这里,单元Y是选自单元Y1、单元Y2、单元Y3和单元Y4中的至少1种。
优选单元Y的4个结合位置中,至少2个结合位置上结合有单元X,未结合单元X的剩余结合位置上结合有基团-R(其中R表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基。1价的脂肪族基和1价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。)。另外,在未结合单元X的结合位置有多个、取代多个基团-R的情况下,多个基团-R可以相同也可以不同。
此外,当单元Y位于聚合物的末端时,单元Y的4个结合位置中,可以在3个结合位置上结合有基团-R(R与上述相同。)。
此外,当单元X位于聚合物的末端时,单元X的2个结合位置中,可以在一个结合位置上结合有单元Y,在另一个结合位置上结合有基团-R(R与上述相同。)。另外,在单元X上结合2个单元Y的情况下,2个单元Y可以相同也可以不同。
本发明的电极活性物质所含的聚合物包含一结合性聚合物、其它形态的一结合性聚合物、二结合性聚合物和不规则结合性聚合物。一结合性聚合物中,相邻的2个单元Y介由1个单元X而结合。二结合性聚合物中,相邻的2个单元Y介由2个单元X而结合。不规则结合性聚合物中,具有相邻的2个单元Y介由1个单元X而结合的部分、和相邻的2个单元Y介由2个单元X而结合的部分。
一结合性聚合物优选包含选自下述通式(Z1)所示的重复单元Z1(单元Z1)、下述通式(Z2)所示的重复单元Z2(单元Z2)、下述通式(Z3)所示的重复单元Z3(单元Z3)、和下述通式(Z4)所示的重复单元Z4(单元Z4)中的至少1种。
式(Z1)~式(Z4)中,A表示2价的脂肪族基或式-E-D-E-(式中,D表示2价的环状脂肪族基、2价的芳香族基或羰基。2个E各自独立地表示2价的脂肪族基。)所示的2价基团。R1~R3和R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基。上述1价和2价的脂肪族基、上述2价的环状脂肪族基以及上述1价和2价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。p1~p4是一结合性聚合物中的单元Z1~Z4的合计重复数,表示2以上的实数。
在上述各式中,为了方便,记载了具有反式结合位置的重复单元,但实际上存在:包含具有反式结合位置的重复单元的聚合物、包含具有顺式结合位置的重复单元的聚合物、和具有反式结合位置的重复单元与具有顺式结合位置的重复单元混合存在的聚合物。本发明中使用的聚合物包含全部这些聚合物。
在一结合性聚合物中,优选一结合性聚合物(1)。作为一结合性聚合物(1),可列举例如,选自下述通式(1a)所示的聚合物1a、下述通式(1b)所示的聚合物1b、下述通式(1c)所示的聚合物1c、下述通式(1d)所示的聚合物1d、下述通式(1e)所示的聚合物1e和下述通式(1f)所示的聚合物1f中的至少1种。
上述各式中,A和R1~R3和R6与上述相同。R4和R5各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基。上述1价的脂肪族基和上述1价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环。n表示1以上的实数。
其它形态的一结合性聚合物优选包含选自下述通式(Z6)所示的重复单元Z6(单元Z6)、下述通式(Z7)所示的重复单元Z7(单元Z7)、下述通式(Z8)所示的重复单元Z8(单元Z8)、下述通式(Z9)所示的重复单元Z9(单元Z9)和下述通式(Z10)所示的重复单元Z10(单元Z10)中的至少1种。
在上述各式中,A和R1~R4与上述相同。q1~q5为其它形态的一结合性聚合物中的单元Z6~Z10的合计重复数,表示2以上的实数。
在上述各式中,为了方便,记载了具有反式结合位置的重复单元,但是实际上存在:包含具有反式结合位置的重复单元的聚合物、包含具有顺式结合位置的重复单元的聚合物、和具有反式结合位置的重复单元与具有顺式结合位置的重复单元混合存在的聚合物。本发明中使用的聚合物包含全部这些聚合物。
在其它形态的一结合性聚合物中,优选一结合性聚合物(2)。作为一结合性聚合物(2),可列举例如,选自下述通式(2a)所示的聚合物2a、下述通式(2b)所示的聚合物2b、下述通式(2c)所示的聚合物2c、下述通式(2d)所示的聚合物2d、下述通式(2e)所示的聚合物2e和下述通式(2f)所示的聚合物2f中的至少1种。
上述各式中,A、R1~R6和n与上述相同。与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环。
二结合性聚合物优选包含选自下述通式(Z11)所示的重复单元Z11(单元Z11)、下述通式(Z12)所示的重复单元Z12(单元Z12)、下述通式(Z13)所示的重复单元Z13(单元Z13)和下述通式(Z14)所示的重复单元Z14(单元Z14)中的至少1种。
上述各式中,A、R1和R2与上述相同。r1~r4是二结合性聚合物中的单元Z11~Z14的合计重复数,表示2以上的实数。
在二结合性聚合物中,优选二结合性聚合物(3)。作为二结合性聚合物(3),可列举例如,选自下述通式(3a)所示的聚合物3a、下述通式(3b)所示的聚合物3b、下述通式(3c)所示的聚合物3c、下述通式(3d)所示的聚合物3d、下述通式(3e)所示的聚合物3e和下述通式(3f)所示的聚合物3f中的至少1种。
上述各式中,A、R1~R6和n与上述相同。与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环。
作为不规则结合性聚合物的优选具体例,可列举例如,包含重复单元I和重复单元II的不规则结合性聚合物(4)。作为重复单元I,可列举选自单元Z1、单元Z2、单元Z3和单元Z4中的至少1种。作为重复单元II,可列举选自单元Z11、单元Z12、单元Z13和单元Z14中的至少1种。
本说明书的各通式中,2价的脂肪族基优选为亚烷基、亚烯基或亚炔基。
在2价基团-E-D-E-中,作为符号D所示的2价的环状脂肪族基,优选为亚环烷基。作为符号E所示的2价的脂肪族基,优选为亚烷基、亚烯基或亚炔基。其中,优选为亚烷基,更优选为碳原子数1~4的直链状亚烷基。
在2价基团-E-D-E-中,作为符号D所示的2价的芳香族基,优选为亚芳基,更优选为亚苯基,进一步优选为对亚苯基。作为符号E所示的2价的脂肪族基,优选为亚烷基、亚烯基或亚炔基。其中,优选为亚烷基,更优选为碳原子数1~4的直链状亚烷基。
本说明书的各通式中,1价的脂肪族基优选为式-(S)f-Rb或式-(S)f-Ra-(CO-O)g-Rb(上述各式中,Ra表示亚烷基。Rb表示1价的脂肪族基。上述1价的脂肪族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。f和g各自独立地表示0或1。)所示的1价基团。作为Ra所示的亚烷基,优选为碳原子数1~6的直链状亚烷基,更优选为碳原子数1~4的直链状亚烷基。作为Rb所示的1价的脂肪族基,优选为碳原子数1~6的烷基,更优选为碳原子数1~6的直链状烷基。作为这样的1价的脂肪族基的具体例,可列举烷基、烷硫基、烷基氧羰基烷基、烷基氧羰基烷硫基等。
在本说明书的各通式中,1价的芳香族基优选为式-(S)h-(Ra)i-Rc(式中,Ra表示亚烷基。Rc表示1价的芳香族基。上述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。h和i各自独立地表示0或1。)所示的1价基团。作为Ra所示的亚烷基,优选为碳原子数1~6的直链状亚烷基,更优选为碳原子数1~4的直链状亚烷基。作为Rc所示的1价的芳香族基,优选为芳基,更优选为苯基。作为这样的1价的芳香族基的具体例,可列举芳基、芳硫基、芳基烷基、芳基烷硫基等。
在上述聚合物中,优选单元Y的合计重复数为6以上。由此,聚合物对电解质的耐溶解性和能量密度进一步提高。
包含上述聚合物的本发明的电极活性物质由于电池反应中的能量密度高、不易溶解于电解质,因此作为各种蓄电装置的电极活性物质是有用的。此外,上述聚合物是有机化合物,因此与作为无机化合物的电极活性物质相比轻量。因此,包含上述聚合物的本发明的电极活性物质会促进蓄电装置的轻量化。
此外,本发明的蓄电装置具备含有正极活性物质的正极、含有负极活性物质的负极、和电解质,正极活性物质和负极活性物质中的至少一者为上述电极活性物质。通过包含上述电极活性物质,成为循环特性和输出特性优异的蓄电装置。
在这样的蓄电装置中,电解质优选含有相对介电常数10~30的非水溶剂、和溶解于非水溶剂的由阴离子和阳离子构成的支持盐。上述非水溶剂优选为相对介电常数10以下的非水溶剂与相对介电常数30以上的非水溶剂的混合物。相对介电常数10以下的非水溶剂是选自链状碳酸酯、链状羧酸酯和链状醚中的至少1种,并且相对介电常数30以上的非水溶剂优选为选自环状碳酸酯和环状醚中的至少1种。
支持盐所含的阳离子优选为季铵离子或锂离子。负极优选含有金属锂、锂合金、或者、吸留和释放锂离子的材料。
此外,本发明的电子设备和输送设备通过具备上述蓄电装置作为电源,可以长时间稳定地发挥其功能。
在本说明书中记载的各通式中,符号A、D、E、R、R1~R6和Ra~Re所示的各官能团具体如下。
作为2价的脂肪族基,可列举2价的链状饱和脂肪族基、2价的环状饱和脂肪族基、2价的链状不饱和脂肪族基和2价的环状不饱和脂肪族基。
作为2价的链状饱和脂肪族基,可列举亚烷基。作为亚烷基,可列举亚甲基、亚乙基、三亚甲基、四亚甲基、五亚甲基、六亚甲基等碳原子数1~6的直链状亚烷基。其中,优选碳原子数1~4的直链状亚烷基。作为2价的环状饱和脂肪族基,可列举亚环烷基。作为亚环烷基,可列举亚环丙基、亚环丁基、亚环戊基、亚环己基等碳原子数3~8的亚环烷基。
作为2价的链状不饱和脂肪族基,可列举亚烯基、亚炔基等。作为亚烯基,可列举亚乙烯基、1-亚丙烯基、2-亚丙烯基、1-甲基-1-亚丙烯基、2-甲基-1-亚丙烯基、2-甲基-2-亚丙烯基、2-亚丙烯基、1-亚丁烯基、2-亚丁烯基、3-亚丁烯基等碳原子数2~6的直链或支链状亚烯基。亚烯基包含反式体和顺式体两者。另外,作为符号A所示的2价的链状不饱和脂肪族基,优选两末端为亚甲基的直链状亚烯基。
作为亚炔基,可列举亚乙炔基、2-亚丙炔基、1-甲基-2-亚丙炔基、2-亚丁炔基、3-亚丁炔基等碳原子数2~6的直链或支链状亚炔基。亚炔基包含反式体和顺式体这两者。另外,作为符号A所示的2价的链状不饱和脂肪族基,优选两末端为亚甲基的直链状亚炔基。
作为2价的环状不饱和脂肪族基,可列举亚环烯基、亚环炔基等。作为亚环烯基,可列举亚环丙烯基、亚环丁烯基、亚环戊烯基、亚环己烯基等碳原子数3~8的亚环烯基。作为亚环炔基,可列举亚环丙炔基、亚环丁炔基、亚环戊炔基、亚环己炔基等碳原子数3~8的亚环炔基。
作为2价的芳香族基,可列举亚芳基。作为亚芳基,可列举亚苯基、甲代亚苯基(tolylene)、亚萘基等碳原子数6~10的亚芳基。
作为1价的脂肪族基,可列举1价的链状饱和脂肪族基、1价的环状饱和脂肪族基、1价的链状不饱和脂肪族基和1价的环状不饱和脂肪族基。
作为1价的链状饱和脂肪族基,可列举烷基。作为烷基,可列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基等碳原子数1~6的直链或支链状烷基。
作为1价的环状饱和脂肪族基,可列举环烷基。作为环烷基,可列举环丙基、环丁基、环戊基、环己基等碳原子数3~8的环烷基。
作为1价的链状不饱和脂肪族基,可列举烯基、炔基等。作为烯基,可列举乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-甲基-1-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基等碳原子数2~6的直链或支链状烯基。作为炔基,可列举乙炔基、2-丙炔基、1-甲基-2-丙炔基、2-丁炔基、3-丁炔基等碳原子数2~6的直链或支链状炔基。烯基和炔基包含反式体和顺式体这两者。
作为1价的环状不饱和脂肪族基,可列举环烯基。作为环烯基,可列举环丙烯基、环丁烯基、环戊烯基、环己烯基、甲基环戊烯基、甲基环己烯基等碳原子数3~8的环烯基。
作为1价的芳香族基,可列举芳基。作为芳基,可列举苯基、甲苯基、萘基等碳原子数6~10的芳基。
1价和2价的脂肪族基(以下有时将它们总称为“脂肪族基”)以及1价和2价的芳香族基(以下有时将它们总称为“芳香族基”)可以具有1个或多个选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子(以下有时总称为“原子G”)。1个卤原子,取代脂肪族基、芳香族基中的与碳原子结合的1个氢原子。卤原子有氟、氯、溴、碘等。氧原子作为氧代基而取代脂肪族基或芳香族基中的与碳原子结合的2个氢原子。
此外,包含除了卤原子以外的原子G的基团,可以取代脂肪族基、芳香族基中的与碳原子结合的氢原子。作为包含氮原子的基团,可列举硝基、氨基、酰胺基、亚氨基、氰基等。作为包含氧原子的基团,可列举羟基、羧基等。作为包含硫原子的基团,可列举磺基、亚磺基、次磺基(sulfeno)、巯基等。作为包含硅原子的基团,可列举甲硅烷基等。脂肪族基和芳香族基可以具有选自这里举出的各种官能团中的至少1个。
此外,脂肪族基和芳香族基作为取代基可以具有苯基等芳基。
在本说明书中记载的化学结构式中,有具有将相邻的2个碳原子的结合以波状线表示的下述结构的化学结构式。
式中,R1和R2与上述相同。W1~W4各自独立地表示有机基团。
在本说明书中,该结构包含下述所示的3个结构。
式中,R1、R2和W1~W4与上述相同。
接下来,关于本发明的电极活性物质、蓄电装置以及电子设备和输送设备,按照顺序更详细地说明。
[电极活性物质]
在本发明中作为电极活性物质而使用的聚合物包含单元X和单元Y,相邻的2个单元Y介由1或2个单元X而结合。即,单元X与单元Y交替地结合。该聚合物的末端可以以单元X和单元Y的任一者终止,优选以单元Y终止。
关于本发明的聚合物,通过将单元X与进行电化学反应(氧化还原反应)的单元Y交替地结合,从而抑制单元Y的氧化还原性能降低,具有高的能量密度。此外,关于本发明的聚合物,通过将单元X与单元Y交替地结合,从而提高分子结构的对称性和平面性,相对于电解质所含的非水溶剂显示稳定的耐溶解性。此外,本发明的聚合物与TTF、EBDT等反应骨架的单体相比,成为在平面上扩张的长分子。因此,分子叠层,在分子间强的引力起作用。该分子间的引力成为对电解质显示耐溶解性的一个原因。
此外,本发明的聚合物具有材料设计的自由度高这样的特征。关于本发明的聚合物,通过选择单元X中的-A-部分的结构、或将与构成单元Y的碳-碳单键的碳原子结合的氢原子以1价的脂肪族基、1价的芳香族基取代,从而比较容易合成分子结构不同的大量衍生物。因此,即使蓄电装置的规格有变更,也容易选择具有可以应对该规格变更的分子结构的衍生物。
单元X是式-S-A-S-(式中A与上述相同。)所示的2价基团。单元Y是选自单元Y1、单元Y2、单元Y3和单元Y4中的至少1种。单元Y1是从EBDT或其衍生物中除去了规定位置的4个氢原子后的4价基团。单元Y2是从TTF或其衍生物中除去了规定位置的4个氢原子后的4价基团。单元Y3是从EBDT与TTF的缩合物或其衍生物中除去了规定位置的4个氢原子后的4价基团。单元Y4是从2个TTF的缩合物(以下记为“TTP”)或其衍生物中除去了规定位置的4个氢原子后的4价基团。
本发明的聚合物具有下述特征:具有分子结构的对称性和平面性、在氧化还原反应时结构不会大幅度变化。此外,本发明的聚合物在其分子中包含EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架,在其分子上形成有能够进行电子的授受的π共轭电子云。通过对反应骨架的氧化还原反应来进行电子授受。例如,在氧化反应(充电反应)时,反应骨架被氧化,电解质中的阴离子与π共轭电子云配位。在还原反应(放电反应)时,与π共轭电子云配位的阴离子脱离。可以利用该反应作为蓄电反应。
此外,对于良好的氧化还原特性而言重要的是EBDT骨架、TTF骨架等反应骨架本身。因此,在反应骨架所具有的官能团,即单元Y1和单元Y3中,对符号R1和R2所示的官能团的种类和结构没有特别的限制。另外,具有各种官能团的EBDT骨架和TTF骨架与不具有官能团的EBDT骨架和TTF骨架具有同样的氧化还原特性,这在例如“TTF Chemistry,undamentals and Applications of Tetrathiafulvalene”(山田顺一、杉本丰成编,2004年出版,(株)讲谈社サイエンテイフイク刊)等文献中被报告。
本发明的聚合物在氧化还原反应中不会发生键的断裂和再结合等大的结构变化。基于该氧化还原反应,可获得可以向蓄电装置赋予高容量、高输出、以及优异的循环特性和输出特性的本发明的电极活性物质。作为本发明的聚合物,可列举例如,一结合性聚合物、其它形态的一结合性聚合物、二结合性聚合物、不规则结合性聚合物等。
一结合性聚合物是选自单元Z1、Z2、Z3和Z4中的至少1种结合成链状的聚合物。在一结合性聚合物中,优选一结合性聚合物(1)。作为一结合性聚合物(1),可列举上述聚合物1a~1f。在聚合物1a~1f中,更优选R1~R6为相同官能团的聚合物。在聚合物1a和1c~1e中,优选R1和R2为氢原子、苯基或苯硫基的聚合物。此外,在通式(1a)~(1f)中,如果n的值充分大,则这些聚合物成为单元X与单元Y的共聚物。
单元Z1~Z4分别包含TTF骨架、EBDT骨架、EBDT与TTF的缩合骨架、TTP骨架等反应骨架(以下,只要没有特别指明,则将这些骨架总称为“反应骨架”)各1个。只要一结合性聚合物中的单元Z1~Z4的重复数(聚合度)为2以上,则没有特别的限制,优选为2~100的范围的实数。更优选单元Z1~Z4的重复数的下限值为3。更优选的形态的一结合性聚合物以上述范围内的重复数包含单元Z1~Z4,进而在-S-A-S-侧的末端结合有单元Y。
在单元Z1~Z4的重复数小的情况下,考虑到对电解质的溶解性,优选适当选择电解质所含的非水溶剂的组成、蓄电装置的构成、导入到各单元的官能团等。另一方面,在单元Z1~Z4的重复数大的情况下,可以没有这样的限制地构成蓄电装置。单元Z1~Z4的重复数大的聚合物优选平均分子量为1万以上。在反应骨架为EBDT骨架的情况下,聚合物中的反应骨架的重复数优选为约25以上。
在一结合性聚合物1a~1f中,优选一结合性聚合物1a、1b、1d和1f。
作为一结合性聚合物1a的更优选的具体例,可列举例如,下述表1和表2所示的聚合物(10)~(20)。聚合物(10)~(14)为EBDT或其衍生物的二聚体。聚合物(15)和(16)为EBDT或其衍生物的三聚体。聚合物(17)~(20)为EBDT或其衍生物的多聚体。
作为一结合性聚合物1b的更优选的具体例,可列举例如,下述表3所示的聚合物(21)~(26)。聚合物(21)~(23)为TTF或其衍生物的二聚体。聚合物(24)~(26)为TTF衍生物的多聚体。
作为一结合性聚合物1d的更优选的具体例,可列举下述表4所示的聚合物(27)~(31)。聚合物(27)和(28)为EBDT与TTF的缩合物或其衍生物的二聚体。聚合物(29)~(31)为EBDT与TTF的缩合物或其衍生物的多聚体。
作为一结合性聚合物1f的更优选的具体例,可列举例如,下述表4所示的聚合物(32)。聚合物(32)为TTP的衍生物的二聚体。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
其它形态的一结合性聚合物优选为选自单元Z6、Z7、Z8、Z9和Z10中的至少1种结合成Z形的聚合物。在这样的一结合性聚合物中,优选一结合性聚合物(2)。作为一结合性聚合物(2),可列举上述的聚合物2a~2f。在聚合物2a~2f中,更优选R1~R6为相同官能团的聚合物。
在聚合物2a和2c~2e中,优选R1和R2为氢原子、苯基或苯硫基的聚合物。此外,在通式(2a)~(2f)中,如果n的值充分增大,则这些聚合物成为单元X与单元Y的共聚物。
单元Z6~Z10分别包含反应骨架各1个。只要其它形态的一结合性聚合物中的单元Z6~Z10的重复数(聚合度)为2以上,则没有特别的限制,优选为2~100的范围的实数。更优选单元Z6~Z10的重复数的下限值为6。更优选的形态的一结合性聚合物以上述范围内的重复数包含单元Z6~Z10,而且在-S-A-S-侧的末端结合有单元Y。
在单元Z6~Z10的重复数小的情况下,考虑到对电解质的溶解性,优选适当选择电解质所含的非水溶剂的组成、蓄电装置的构成、导入到各单元的官能团等。另一方面,在单元Z6~Z10的重复数大的情况下,可以没有这样的限制地构成蓄电装置。单元Z6~Z10的重复数大的聚合物优选平均分子量为1万以上。在反应骨架为EBDT骨架的情况下,优选聚合物中的反应骨架的重复数为约25以上。
在一结合性聚合物2a~2f中,优选一结合性聚合物2a、一结合性聚合物2b和一结合性聚合物2d。作为一结合性聚合物2a的优选具体例,可列举例如,下述表5所示的聚合物(33)~(37)。聚合物(33)~(35)为EBDT或其衍生物的三聚体。聚合物(36)~(37)为EBDT或其衍生物的多聚体。作为一结合性聚合物2b的优选具体例,可列举例如,下述表6所示的作为TTF衍生物的3聚体的聚合物(38)。作为一结合性聚合物2d的优选具体例,可列举例如,下述表6所示的作为EBDT与TTF的缩合物的衍生物的多聚体的聚合物(39)。
[表5]
[表6]
优选二结合性聚合物为选自单元Z11、Z12、Z13和Z14中的至少1种结合成链状的聚合物。在二结合性聚合物中,优选二结合性聚合物(3)。作为二结合性聚合物(3),可列举上述聚合物3a~3f。在聚合物3a~3f中,优选R1~R6为相同官能团的聚合物。在聚合物3a和3c~3e中,优选R1和R2为氢原子、苯基或苯硫基的聚合物。此外,在通式(3a)~(3f)中,如果n的值充分大,则二结合性聚合物成为单元X与单元Y的共聚物。
单元Z11~Z14分别包含反应骨架各1个。只要二结合性聚合物中的单元Z11~Z14的重复数为2以上,则没有特别的限制,优选为2~100的范围的实数。更优选单元Z11~Z14的重复数的下限值为3。更优选的形态的二结合性聚合物,以上述范围内的重复数包含单元Z11~Z14,而且在-S-A-S-侧的末端结合有单元Y。
在单元Z11~Z14的重复数小的情况下,考虑到对电解质的溶解性,优选适当选择电解质所含的非水溶剂的组成、蓄电装置的构成、导入到各单元中的官能团等。另一方面,在单元Z11~Z14的重复数大的情况下,可以没有这样的限制地构成蓄电装置。单元Z11~Z14的重复数大的聚合物优选平均分子量为1万以上。在反应骨架为EBDT骨架的情况下,聚合物中的反应骨架的重复数优选为约25以上。
在二结合性聚合物(3)中,优选聚合物3a~3d和3f。作为二结合性聚合物3a的更优选的具体例,可列举例如,表7所示的聚合物(40)~(44)。聚合物(40)~(42)为EBDT衍生物的二聚体。聚合物(43)为EBDT衍生物的三聚体。聚合物(44)为EBDT衍生物的多聚体。
作为二结合性聚合物3b的更优选的具体例,可列举例如,表8所示的作为TTF衍生物的二聚体、三聚体或多聚体的聚合物(45)~(50)。作为二结合性聚合物3c的更优选的具体例,可列举例如,表9所示的作为EBDT与TTF的缩合物的衍生物的二聚体或多聚体的聚合物(51)、(52)和(56)。作为二结合性聚合物3d的更优选的具体例,可列举例如,表9所示的作为EBDT与TTF的缩合物的衍生物的二聚体的聚合物(53)~(55)。作为二结合性聚合物3f的更优选的具体例,可列举例如,表10所示的作为TTP或其衍生物的二聚体或三聚体的聚合物(57)~(61)。
[表7]
表7所示的聚合物(42)为包含EBDT骨架的聚合物,为聚合物(40)的衍生物。在聚合物(42)中,在构成碳-碳单键的全部碳原子上取代有苯基。通过苯基的附加,能够控制聚合物(42)的氧化还原电位,能够设计与用途、性能等对应的蓄电装置。此外,由于在苯基的苯环上可以取代各种官能团,因此如果附加苯基,则能够经由各种合成路线来合成各种衍生物。因此,聚合物(42)的材料设计的自由度特别大。
[表8]
表8所示的聚合物(46)为包含TTF骨架的聚合物,为聚合物(45)的衍生物。聚合物(46),一个分子末端的R3与R4彼此结合而形成1,4-二硫杂-环己烷环,另一个分子末端的R5与R6彼此结合而形成1,4-二硫杂-环己烷环。这样,通过在分子的两末端附加1,4-二硫杂-环己烷环,能够控制聚合物(46)对电解质的溶解性,能够设计与用途对应的蓄电装置。
[表9]
表9所示的聚合物(54)为包含EBDT与TTF的缩合骨架的聚合物,为聚合物(53)的衍生物。在聚合物(54)中,在构成碳-碳单键的全部碳原子上取代有苯基。因此,与聚合物(42)同样地通过使用聚合物(54),能够容易地控制氧化还原电位并设计与用途、性能对应的蓄电装置,材料设计的自由度特别大。此外,在聚合物(55)中,由于在分子两末端形成有1,4-二硫杂-环己烷环,因此与聚合物(46)同样地能够控制对电解质的溶解性并设计与用途对应的蓄电装置。
[表10]
作为不规则结合性聚合物(4)的优选的具体例,可列举例如,包含单元Z1和单元Z11的聚合物4a、包含单元Z2和单元Z12的聚合物4b、包含单元Z3和单元Z13的聚合物4c、包含单元Z4和单元Z14的聚合物4d等。将聚合物4a~4d的具体例列举在下述表11中。在表11中,将具有1个2价基团-S-A-S-(式中A与上述相同。)的单元Z1~Z4设为一结合性单元。将具有2个2价基团-S-A-S-(式中A与上述相同。)的单元Z11~Z14设为二结合性单元。
在下述通式(4a)~(4d)中,只要一结合性单元的重复数和二结合性单元的重复数分别为1以上的实数,则没有特别的限制。一结合性单元和二结合性单元分别包含反应骨架各1个。因此,只要聚合物中的单元Z1~Z4与单元Z11~Z14的合计重复数为2以上,则没有特别的限制。优选聚合物中的合计重复数为2~100的范围的实数。更优选合计重复数的下限值为3。更优选的形态的不规则结合性聚合物(4),以上述范围内的重复数包含一结合性单元和二结合性单元,而且在-S-A-S-侧的末端结合有单元Y。
在一结合性单元和二结合性单元的合计重复数小的情况下,考虑到对电解质的溶解性,优选适当选择电解质所含的非水溶剂的组成、蓄电装置的构成、导入到各单元中的官能团等。另一方面,在一结合性单元和二结合性单元的合计重复数大的情况下,可以没有这样的限制地构成蓄电装置。合计重复数大的聚合物优选平均分子量为1万以上。在反应骨架为EBDT骨架的情况下,聚合物中的反应骨架的数优选为约25以上。
在不规则结合性聚合物(4)中,对一结合性单元与二结合性单元的含有比例没有特别的限制,但从优选为95摩尔%~5摩尔%、更优选为95摩尔%~50摩尔%的范围中选择一结合性单元的含有比例,从优选为5摩尔%~95摩尔%、更优选为5摩尔%~50摩尔%的范围中选择二结合性单元的含有比例。即,优选以一结合性单元作为主成分、并且部分地包含二结合性单元的聚合物。因此,可以任意地控制聚合物对非水溶剂的溶解性。更具体而言,例如,可以获得对蓄电装置的电解质所含的非水溶剂为不溶解、并且在合成时和纯化时所使用的有机溶剂中能够溶解的聚合物。因此,可以容易地获得循环特性优异、并且纯度高的聚合物。
表11
在式(4a)~(4d)中,A、R1、R2和R与上述相同。
如上所述,具有被2价基团-S-A-S(式中A与上述相同。)结合的反应骨架的本发明的聚合物可以合成大量衍生物。其中,具有被2价基团-S-A-S(式中A与上述相同。)结合的EBDT骨架或EBDT与TTF的缩合骨架的聚合物也可以合成大量衍生物。这是因为,EBDT骨架在其分子中具有碳-碳单键,能够将与构成该碳-碳单键的碳原子结合的氢原子取代成其它官能团。
此外,上述例示的各聚合物在分子末端具有1,3-二硫杂环戊二烯环。与构成1,3-二硫杂环戊二烯环所含的碳-碳不饱和键的2个碳原子结合的氢原子可以被甲硫基等各种官能团取代。这样,作为在1,3-二硫杂环戊二烯环上取代的官能团,通过适当选择给电子性基团、吸电子性基团等,能够控制氧化还原电位。其结果是,能够设计适合蓄电装置的用途、规格等的电极活性物质。
此外,通式(1a)~(1f)、(2a)~(2f)和(3a)~(3f)中的n如上所述,表示各聚合物中的重复数(聚合度)。关于本发明的聚合物,重复数越大,则不易溶解于电解质的性质越强。因此,在作为电极活性物质而使用的情况下,本发明的聚合物的重复数越大,则对电解质的溶出越被抑制,越可得到优异的循环特性、保存特性。其结果是,蓄电装置的设计自由度增大。
另外,在重复数小的情况下,考虑到对电解质的溶解性,电解质的溶剂组成、蓄电装置的构成、导入到本发明的聚合物中的官能团等受到限定。然而,在通式(1a)~(1f)、(2a)~(2f)和(3a)~(3f)中,重复数n为1以上的实数的本发明的聚合物由于对电解质的溶解性非常低,因此在聚合度小,即分子量不大的情况下,也可以适合用作电极活性物质。
通过不需要昂贵的金属催化剂、而且不需要极低温区域等特殊环境的简便合成方法,可以制造本发明的电极活性物质所含的聚合物。下述所示的各种合成方法容易放大,适于工业规模的大量生产。
例如,可以通过实施选自下述反应式1所示的偶联反应、下述反应式2所示的维悌希(Witting)反应和下述反应式3所示的偶联反应中的至少1种的反应来合成一结合性聚合物。这些反应可以根据需要重复实施。通过反应式1和2的反应来合成包含EBDT骨架的聚合物。反应式2的反应为由醛、酮形成碳-碳双键的合成方法。可以通过反应式3来合成包含EBDT与TTF的缩合骨架的聚合物。
在反应式1~3中,R1~R6和n与上述相同。
由反应式1~3获得的聚合物中,末端的R3、R5等有时不是1价的脂肪族基或1价的芳香族基。例如,有时末端基在反应式1中为氰基等,在反应式2中为三乙基氧化膦基等叔膦基、醛基等,在反应式3中为羧基、酮基、硫酮基等。可以将具有这些末端基的聚合物直接用作本发明的聚合物。或者,可以通过公知的方法将这些末端基取代成1价的脂肪族基或1价的芳香族基。
例如,可以通过实施选自下述反应式4所示的偶联反应、下述反应式5所示的偶联反应和下述反应式6所示的维悌希反应中的至少1种的反应来合成二结合性聚合物。这些反应可以根据需要重复实施。可以通过反应式4和5的反应来合成包含TTF骨架的聚合物。可以通过反应式6的反应来合成包含EBDT骨架的聚合物。
[反应式4~6中,A、R3~R6和n与上述相同。]
由反应式4~6获得的聚合物有时末端基不是1价的脂肪族基或1价的芳香族基。例如,末端基在反应式4中为羰基、硫酮基等,在反应式5中为硫酮基等,在反应式6中为三乙基氧化膦基等叔膦基、醛基等。可以将具有这些末端基的聚合物直接用作本发明的聚合物。或者,可以通过公知的方法将这些末端基取代成1价的脂肪族基或1价的芳香族基。
此外,例如,可以通过反应式7所示的反应利用相同原料化合物和相同反应来合成一结合性聚合物、二结合性聚合物和不规则结合性聚合物。
在反应式7中,A、R3、R4、R6和n与上述相同。Rs、Rt、Rv和Rw各自独立地表示-SC2H4COOCH3、-SC2H4COOC2H5或-SC2H4CN。X1表示卤原子。
根据反应式7,可以通过在碱(CsOH)的存在下使TTF衍生物与二卤代烷烃等二卤代化合物(X1-A-X1)反应来合成TTF衍生物介由2价基团-S-A-S而结合成的聚合物。这样的聚合物即使是例如TTF衍生物的二结合性聚合物,也具有与高分子相当的分子量。
反应式7的反应机制如下。TTF衍生物所具有的取代基(Rs、Rt、Rv和Rw),TTF衍生物中的除了与碳原子直接结合的硫原子以外的部位作为硫原子的保护基起作用。如果使碱作用于TTF衍生物,则发生脱保护反应,从TTF衍生物的取代基中除去除了硫原子以外的部位。其结果是,生成具有硫醇根离子的TTF衍生物。另一方面,二卤代化合物由于碱的作用而被脱卤化,变成-A-。而且,通过硫醇根离子与-A-结合,可获得本发明的电极活性物质所含的聚合物。
在反应式7的反应中,可以通过控制碱的添加量、二卤代化合物的添加量等来分开制作一结合性聚合物、二结合性聚合物和不规则结合性聚合物。具体而言,在合成一结合性聚合物的情况下,碱的使用量相对于TTF衍生物为1当量左右,二卤代化合物的使用量相对于TTF衍生物为1~2当量左右即可。如果使1当量的碱作用于TTF衍生物,则TTF衍生物的4个取代基中,约2个取代基发生脱保护反应,生成具有2个硫醇根离子的TTF衍生物。由此,获得一结合性聚合物。
此外,为了合成二结合性聚合物,碱的使用量相对于TTF衍生物为2当量以上的过剩量,二卤代化合物相对于TTF衍生物为2~4当量左右即可。如果使2当量以上的碱作用于TTF衍生物,则TTF衍生物的4个取代基发生脱保护反应,生成具有4个硫醇根离子的TTF衍生物。由此,获得二结合性聚合物。此外,通过在一结合性聚合物的合成中的各个使用量与二结合性聚合物的合成中的各个使用量之间选择碱和二卤代化合物的使用量,来获得不规则结合性聚合物。
合成一结合性聚合物或不规则结合性聚合物后,有时取代基(Rs、Rt、Rv和Rw)以结合状态残留在聚合物所含的TTF骨架上。该情况下,通过将取代基烷硫基化等,可以形成非反应性部位。此外,通过将二卤代化合物的一部分变更为单卤代化合物,可以容易地实施烷硫基化,并且可以控制聚合反应,获得具有所需重复数的聚合物。从由同一起始原料开始仅由合成方法分开制作一结合性聚合物、二结合性聚合物和不规则结合性聚合物这样的观点出发,作为反应式7中的合成生成物的聚合物的取代基R3、R4、R6优选为含硫脂肪族基。更优选为硫烷基。另外,在本实施方式中使用TTF衍生物作为例子进行了合成方法的说明。然而,通过代替TTF衍生物而使用EBDT或其衍生物、EBDT与TTF的缩合物或其衍生物、或TTP或其衍生物,可以与上述同样地操作,来合成EBDT骨架、EBDT与TTF的缩合骨架、或具有TTP骨架的聚合物。
如果要合成的聚合物的结构不同,则一般使用不同的原料化合物、试剂,在不同的反应条件下进行合成。与此相对,在合成本发明的电极活性物质所含的聚合物的情况下,使用相同原料化合物、试剂,仅仅变更它们的使用比例,就可以合成一结合性、二结合性或不规则结合性的聚合物。
此外,在本发明中,在合成聚合物的情况下,从TTF骨架、EBDT骨架、EBDT与TTF的缩合骨架和TTP骨架中选择反应骨架,并且从一结合性、二结合性和不规则结合性中选择结合结构。因此,可以合成能够用作电极活性物质的多种聚合物。因此,可以容易地获得最适合于蓄电装置的设计的电极活性物质。
具体而言,为了抑制在电解质中溶解、提高作为电极活性物质的可靠性,例如,只要设计二结合性聚合物、反应骨架的重复数大的聚合物即可。为了提高能量密度,例如,只要设计包含TTF骨架、EBDT与TTF的缩合骨架的聚合物即可。为了将蓄电装置高输出化,例如,只要设计包含TTF骨架、EBDT骨架的聚合物即可。
另外,在合成本发明的聚合物的情况下,有时作为重复数不同的多个聚合物的混合物而获得。在该情况下,有时平均重复数为小数目。
[蓄电装置]
本发明的蓄电装置的特征在于,正极和负极中至少一者使用上述的本发明的电极活性物质。例如,正极和负极中的任一方的电极使用本发明的电极活性物质,另一方的电极使用一般的蓄电装置中使用的以往的电极活性物质。当然,正极和负极的两方均可以使用本发明的电极活性物质。本发明的电极活性物质优选作为正极活性物质而使用。
本发明的蓄电装置包含例如正极、负极、隔板和电解质。正极和负极以隔着隔板而相对的方式配置。
正极包含正极集电体和正极活性物质层,正极活性物质层以位于隔板侧的方式配置。作为正极集电体,没有特别的限定,可以使用例如由镍、铝、金、银、铜、不锈钢、铝合金、铜合金等金属材料制成的多孔性片或无孔的片。多孔性片有网状体、织布、无纺布等。无孔片有金属箔等。
可以在正极集电体的表面涂布碳等碳材料。由此,可以使正极活性物质层与正极集电体进行化学或物理结合。其结果是,例如,正极的电阻值降低,赋予由碳材料带来的催化效果,正极活性物质层与正极集电体结合被强化。
正极活性物质层设置于正极集电体的至少一个表面,包含正极活性物质,根据需要,包含电子传导剂、离子传导剂、粘合剂等。在将本发明的电极活性物质作为正极活性物质而使用的情况下,作为负极活性物质,可以优选使用例如天然石墨、人造石墨等石墨材料;石墨化碳(graphite)、活性炭等非晶质碳材料;锂金属;含有锂的复合氮化物;含有锂的钛氧化物;硅、硅氧化物、硅合金等硅材料;锡、锡氧化物、锡合金等锡材料;等等。
电子传导剂和离子传导剂例如降低电极的电阻。作为电子传导剂,没有特别的限制,可列举例如,炭黑、石墨、乙炔黑等碳材料、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电性高分子化合物等。作为离子传导剂,也没有特别的限制,可列举例如,聚氧化乙烯等固体电解质、聚甲基丙烯酸甲酯等凝胶电解质等。
粘合剂例如使电极的构成材料的粘合性提高。作为粘合剂,没有特别的限制,可列举例如,聚1,1-二氟乙烯、1,1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、1,1-二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚橡胶、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺等。
例如,可以通过混合正极活性物质和电子传导剂、离子传导剂、粘合剂等,使所得的混合物压接于正极集电体来形成正极活性物质层。此外,调制将上述各材料与分散介质混合成的正极合剂浆料,将该正极合剂浆料涂布在正极集电体表面,将所得的涂膜进行干燥和轧制,从而可以形成正极活性物质层。正极合剂浆料所含的分散介质与负极合剂浆料所含的分散介质相同。此外,在正极活性物质包含上述聚合物,具有能够溶解上述聚合物的有机溶剂的情况下,可以调制在正极活性物质的有机溶剂溶液中溶解了电子传导剂、离子传导剂、粘合剂等的正极合剂浆料。通过使用这样的正极合剂浆料而形成正极活性物质层,可以高效率地制作高能量密度的电极。
负极包含负极集电体和负极活性物质层,负极活性物质层以位于隔板侧的方式配置。负极集电体可以使用由与正极集电体同样的金属材料制成的多孔性片或无孔片。在负极集电体的表面也涂布碳等碳材料,可以实现电阻值的降低、催化效果的赋予、负极活性物质层与负极集电体的结合强化等。
负极活性物质层设置于负极集电体的至少一个表面,包含负极活性物质,根据需要包含电子传导剂、离子传导剂、粘合剂等。在将本发明的电极活性物质作为负极活性物质而使用的情况下,作为正极活性物质,没有特别的限制,优选例如,LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等含有锂的复合金属氧化物、橄榄石型磷酸锂等。电子传导剂、离子传导剂和粘合剂与正极活性物质层所含的电子传导剂、离子传导剂和粘合剂是相同的。
例如,可以通过在负极集电体的表面涂布负极合剂浆料,将所得的涂膜进行干燥和轧制来形成负极活性物质层。可以通过将负极活性物质和根据需要的电子传导剂、离子传导剂、粘合剂、增稠剂等与分散介质混合来调制负极合剂浆料。作为分散介质,可以使用例如,二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲胺、丙酮、环己酮、水等。
不使用分散介质,将负极活性物质和根据需要的电子传导剂、离子传导剂、粘合剂等混合,使所得的混合物压接于负极集电体,从而可以形成负极活性物质层。此外,在作为负极活性物质使用硅材料或锡材料的情况下,可以通过真空蒸镀、溅射等来形成负极活性物质层。此外,作为负极,可以使用锂金属板与负极集电体的叠层体。
隔板以介于正极与负极之间存在的方式配置。隔板可使用兼备规定的离子透过率、机械强度、绝缘性等的多孔性片。作为多孔性片的具体例,可列举例如,微多孔膜、织布、无纺布等。隔板的材料可以使用各种树脂材料,但如果考虑到耐久性、关闭功能、电池的安全性等,则优选聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃。
电解质主要是被浸渍在隔板中的液体电解质。液体电解质包含非水溶剂和能够溶解于非水溶剂的支持盐。支持盐由阳离子和阴离子构成。作为阳离子,可列举锂、钠、钾等碱金属的阳离子、镁等碱土类金属的阳离子、四乙铵、1,3-乙基甲基咪唑等季铵阳离子等。阳离子可以单独使用1种或2种以上组合使用。其中,优选锂阳离子和季铵阳离子,更优选锂阳离子(锂离子)。
作为阴离子,可列举卤素阴离子、高氯酸根阴离子、三氟甲基磺酸根阴离子、四氟化硼阴离子、三氟六氟化磷阴离子、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺阴离子、双(全氟乙磺酰基)酰亚胺阴离子等。阴离子可以单独使用1种或2种以上组合使用。
作为支持盐的具体例,可列举例如,氯化锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰基酰亚胺锂、硫氰酸锂、高氯酸镁、三氟甲基磺酸镁、四氟硼酸钠(NaBF4)等。支持盐可以单独使用1种或2种以上组合使用。
为了使蓄电装置发生电化学反应,例如,需要将支持盐溶解于非水溶剂而解离为阳离子和阴离子。因此,要求非水溶剂的相对介电常数高。此外,在本发明的电极活性物质中有容易溶解在相对介电常数高的非水溶剂中的物质。因此,在本发明的蓄电装置中,优选在电解质中使用具有适当的相对介电常数的非水溶剂。
从上述观点考虑,作为非水溶剂,优选相对介电常数10~30的非水溶剂。作为相对介电常数10~30的非水溶剂,可以直接使用具有上述范围的相对介电常数的非水溶剂。此外,可以将相对介电常数不同的多个非水溶剂混合,将所得的混合溶剂的相对介电常数调整到上述范围内。优选通过将相对介电常数10以下的非水溶剂与相对介电常数30以上的非水溶剂混合,来获得相对介电常数为上述范围的非水溶剂。
如果非水溶剂的相对介电常数大幅度低于10,则支持盐对非水溶剂的溶解性降低,可能会发生电化学的氧化还原反应不会顺利进行的情况。在使用液体电解质的蓄电装置中,为了进行电化学氧化还原反应,需要成为非水溶剂溶解支持盐、构成支持盐的阳离子和阴离子的结合和解离能够可逆地进行的状态。如果非水溶剂的相对介电常数大幅度超过30,则本发明的电极活性物质有可能对非水溶剂显示溶解性。虽然本发明的电极活性物质衍生物化了,但也可能会对相对介电常数大幅度超过30的非水溶剂显示使蓄电装置的特性降低的程度的溶解性。
作为相对介电常数10以下的溶剂,可列举链状碳酸酯、链状羧酸酯、链状醚等。其中可以使用1种或2种以上溶剂。作为相对介电常数为30以上的溶剂,可以使用环状碳酸酯、环状醚等。其中,可以使用1种或2种以上溶剂。
作为链状碳酸酯,可列举碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸正丙酯、碳酸二丁酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯等。作为链状羧酸酯,可列举甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、戊酸甲酯等。作为链状醚,可列举1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙醚、甲醚、甲基乙基醚、丙醚。
作为环状碳酸酯,可列举碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯等。作为环状醚,可列举四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,4-二烷、1,3-二氧戊环、3-甲基-1,3-二氧戊环、2-甲基-1,3-二氧戊环等。
作为电解质,可以使用固体电解质、凝胶状聚合物电解质。
作为固体电解质,可列举Li2S-SiS2-锂化合物(这里锂化合物为选自Li3PO4、LiI和Li4SiO4中的至少1种。)、Li2S-P2O5、Li2S-B2S5、Li2S-B2S5、Li2S-P2S5-GeS2、钠/氧化铝(Al2O3)、相转移温度(Tg)低的无定形聚醚、无定形1,1-二氟乙烯共聚物、不同种类聚合物的掺混体、聚氧化乙烯等。
作为凝胶状聚合物电解质,可以使用将液体电解质以聚合物凝胶化后的电解质等。作为液体电解质,优选包含碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等低分子量的非水溶剂的液体电解质。作为聚合物,可以使用例如,聚丙烯腈、乙烯与丙烯腈的共聚物、它们的交联物等。
本发明的蓄电装置是可以在内部蓄积通过电化学氧化还原反应而获得的电能的装置。作为蓄电装置的具体例,可列举例如,一次电池、二次电池、电化学电容器、电解电容器、传感器、电致变色元件等。
[电子设备和输送设备]
本发明的电子设备除了使用本发明的蓄电装置作为电源以外,具有与以往的电子设备相同的构成。此外,本发明的输送设备除了使用本发明的蓄电装置作为电源以外,也具有与以往的输送设备相同的构成。在使用本发明的蓄电装置作为电子设备和输送设备的电源的情况下,本发明的蓄电装置优选为二次电池。此外,本发明的电子设备和输送设备可以具有除了本发明的蓄电装置以外的电源。
实施例
以下列举实施例、比较例和试验例,具体地说明本发明。
(实施例1)
作为本实施方式的蓄电装置,制作图1所示的纽扣型蓄电装置1。图1为示意性示出本发明的实施方式之一的纽扣型蓄电装置1的构成的纵截面图。
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(11)。
化合物(71)的合成
在1升的2口茄型烧瓶中加入化合物(70)36g,将茄型烧瓶的内部的气氛置换成氩气。接着,加入丙酮440ml和3-溴丙腈17ml,在70℃搅拌5小时,在室温搅拌过夜。将所得的反应混合物进行硅藻土过滤,将所得的滤液用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(71)28.1g。收率为92.5%。
化合物(72)的合成
在500ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(71)20.0g,将茄型烧瓶内部的气氛置换成氩气。接着,加入四氢呋喃250ml,加入氢氧化铯一水合物11.0g的甲醇100ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中加入碘甲烷20.5ml和乙腈100ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,使用甲醇进行再沉淀。将所得的固体物质进行洗涤,真空干燥,从而获得了化合物(72)14.66g。收率为84.1%。
化合物(74)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(72)1.69g和化合物(73)1.0g,进行氩气置换,向其中加入干燥甲苯40ml和干燥亚磷酸三甲酯40ml,在110℃搅拌2小时。反应结束后,将所得的反应混合物用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器浓缩,使用己烷进行再沉淀。将所得的固体物质进行洗涤,真空干燥,从而获得了化合物(74)1.61g。收率为83.7%。
[一结合性聚合物(11)的合成]
在300ml的茄型烧瓶中加入化合物(74)1.0g和干燥四氢呋喃80ml,向其中加入氢氧化铯一水合物0.45g的甲醇40ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中加入二碘甲烷1.8ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,用水洗涤,进行过滤。将所得的滤液用蒸发器浓缩,用己烷进行再沉淀。将所得的固体物质进行洗涤和干燥,从而获得了黄色固体的一结合性聚合物(11)0.58g。通过NMR(以下记为“NMR”)确认了获得一结合性聚合物(11)。收率为64.7%。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=5.75(t,J=1.0Hz,4H),4.12(d,J=1.6Hz,2H),2.39~2.45(18H,m).
(2)蓄电装置的制作
将由上述获得的一结合性聚合物(11)用研钵粉碎。粉碎后的一结合性聚合物(11)的粒径为约10μm。使用其作为正极活性物质。将一结合性聚合物(11)12.5mg和乙炔黑(导电剂)100mg均匀地混合,然后加入聚四氟乙烯(粘合剂)25mg进行混合,从而调制出正极合剂。
将该正极合剂压接在由铝金属网制成的正极集电体12上,进行真空干燥,在正极集电体12上形成正极活性物质层13。将其进行冲裁而裁断,从而制作直径13.5mm的圆盘状的正极21。正极活性物质的涂布重量是每单元面积正极21为1.5mg/cm2。
将锂金属板(厚度300μm)冲裁成直径15mm的圆盘状作为负极活性物质层16,将其与直径15mm的圆盘状的不锈钢制的负极集电体17重叠,从而制作负极22。
作为电解质,使用在碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯的混合溶剂(体积比1∶5,相对介电常数:18)中以1摩尔/L的浓度溶解了作为支持盐的四氟硼酸锂(LiBF4)的电解质。
以正极集电体12与壳体11的内面接触的方式将正极21配置在壳体11上,在正极21上设置由多孔质聚乙烯片制成的隔板14。将由上述获得的电解质注入壳体11内。在密封板15的内面压接负极22,在密封板15的周缘部安装树脂制密封环18。以正极21与负极22隔着隔板14而相对的方式,在壳体11的开口部安装该密封板15。而且,用压机将壳体11的开口端部介由密封环18而敛缝于密封板15的周缘部,将壳体11用密封板15密封。这样,制作出纽扣型蓄电装置1。
(实施例2)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(12)。
[一结合性聚合物(12)的合成]
在实施例1的一结合性聚合物(11)的合成工序中,代替二碘甲烷而使用同当量的1,4-二氯甲基苯,而且使用三乙胺3ml,除此以外,与实施例1同样地操作,合成了一结合性聚合物(12)。由NMR和元素分析确认了获得一结合性聚合物(12)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.80,4.60,6.26,6.32,7.79
元素分析:C:40.73,H:3.56
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(12)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例3)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(13)。
[一结合性聚合物(13)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(75)以外,与实施例2同样地操作,合成了一结合性聚合物(13)。由NMR和元素分析(S)确认了获得一结合性聚合物(13)。
1H-NMR(270Hz,CDCl3)δ=2.80,4.60,6.26,6.32,7.79
元素分析:S;58.13
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(13)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例4)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(14)。
[一结合性聚合物(14)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替1,4-二氯甲基苯而使用同当量的1,3-二氯丙烷-2-酮以外,与实施例2同样地操作,合成了一结合性聚合物(14)。由元素分析(S,C,H)确认了获得一结合性聚合物(14)。
元素分析:C;35.10,H;3.06,S;59.97
1H-NMR(270Hz,CDCl3)δ=2.80,4.03,6.07
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(14)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例5)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(19)。
[一结合性聚合物(19)的合成]
在进行了氩气置换的50ml茄型烧瓶中加入EBDT衍生物(76)106mg、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)20ml和氢氧化铯一水合物51mg,在室温搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷52μl,在室温搅拌2小时。将所得的反应混合物使用水和二氯甲烷进行萃取和洗涤,用硫酸钠脱水,干燥,从而获得了黄色粉末。
由元素分析和NMR确认了所得的黄色粉末为一结合性聚合物(19)。由凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography,以下记为“GPC”)确认了,所得的一结合性聚合物(19)的聚苯乙烯换算的分子量为33650。由于每1反应骨架的分子量为约571,因此所得的一结合性聚合物(19)的重复数n为约58,获得了59聚体。此外,由元素分析(S)的结果确认了为一结合性。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=1.25,2.61,3.09,3.80
元素分析:S;43.78
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(19)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例6)
(1)正极活性物质的制作根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(20)。
[一结合性聚合物(20)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(77)以外,与实施例2同样地操作,合成了一结合性聚合物(20)。由红外线吸收光谱(以下记为“IR”)、元素分析和GPC确认了获得了一结合性聚合物(20)。由GPC确认了,一结合性聚合物(20)的聚苯乙烯换算的分子量为8400,为约17聚体(n≒16)。
IR(KBr)1520,1260,850,620cm-1
元素分析:S;51.00
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(20)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例7)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(21)。
[一结合性聚合物(21)的合成]
在实施例1的一结合性聚合物(11)的合成工序中,代替化合物(74)而使用化合物(78),并且使用三乙胺,除此以外,与实施例1同样地操作,合成了一结合性聚合物(21)。由NMR确认了获得了一结合性聚合物(21)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.43,4.16
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(21)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例8)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(22)。
[一结合性聚合物(22)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(79)以外,与实施例2同样地操作,合成了一结合性聚合物(22)。由NMR和元素分析确认了获得了一结合性聚合物(22)。
元素分析:C;38.67,H;3.08
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.80,4.59,7.11
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(22)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例9)
(1)正极活性物质的制作根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(23)。
[一结合性聚合物(23)的合成]
在实施例4的一结合性聚合物(14)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(80)以外,与实施例4同样地操作,合成了一结合性聚合物(23)。由NMR和元素分析确认了获得了一结合性聚合物(23)。
元素分析:C;33.39,H;3.06
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.80,4.04
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(23)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例10)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(24)。
[一结合性聚合物(24)的合成]
在实施例1的一结合性聚合物(11)的合成工序中,代替化合物(74)而使用化合物(81),并且代替四氢呋喃(THF)而使用二甲基甲酰胺(DMF),除此以外,与实施例1同样地操作,合成了一结合性聚合物(24)。由NMR和元素分析确认了获得了一结合性聚合物(24)。此外,由GPC确认了所得的一结合性聚合物(24)的聚苯乙烯换算的分子量为40000,为约80聚体(n=约79)。
元素分析:C;30.30,H;3.30
1H-NMR(270Hz,CDCl3)δ=1.19,2.54,3.26,4.04
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(24)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例11)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(25)。
[一结合性聚合物(25)的合成]
在氩气置换后的50ml Schlenk管中加入TTF衍生物(82)100mg和二甲基甲酰胺(DMF)20ml,向其中加入氢氧化铯一水合物71mg和二碘甲烷76μl,在室温搅拌2小时。将所得的反应混合物用甲醇和水进行洗涤,从而获得了黄色固体41mg。由NMR和元素分析确认了获得了一结合性聚合物(25)。由GPC确认了,所得的一结合性聚合物(25)的聚苯乙烯换算的分子量为19200,为约51聚体(n=约50)。
元素分析:C;29.26,H;3.03
1H-NMR(270Hz,CDCl3):δ=2.30,4.00
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(25)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例12)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(26)。
[一结合性聚合物(26)的合成]
在氩气置换后的200ml茄型烧瓶中加入TTF衍生物(83)304mg和二甲基甲酰胺(DMF)15ml进行搅拌后,加入氢氧化铯一水合物230mg的甲醇溶液,在室温搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入1,4-二氯甲基苯100mg和三乙胺2.3ml,在室温搅拌5小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,将所得的固体物质用甲醇和水洗涤后,用硫酸钠脱水,干燥,从而获得了固体物质70.7mg。
由NMR确认了所得的固体物质为一结合性聚合物(26)。此外,由GPC确认了,所得的一结合性聚合物(26)的聚苯乙烯换算的分子量为5200,为约10聚体(n=约9)。
1H-NMR(270Hz,CDCl3)δ=4.06,2.30,7.28
元素分析:C;43.29,H;3.99
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(26)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例13)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(28)。
[一结合性聚合物(28)的合成]
在氩气置换后的50ml茄型烧瓶中加入化合物(84)0.1毫摩尔和化合物(85)0.25毫摩尔,再加入干燥四氢呋喃20ml,在-70℃搅拌20分钟。在所得的反应混合物中慢慢地滴加BuLi(0.18ml),搅拌1小时后,升温到-30℃。在所得的反应混合物中加入甲醇,过滤出析出的固体物质,干燥,从而获得了橙色的一结合性聚合物(28)0.0779g(收率66.8%)。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(28)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例14)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(32)。
[一结合性聚合物(32)的合成]
在氩气置换后的200ml茄型烧瓶中加入TTP衍生物(86)116mg、十六烷基三甲基溴化铵73mg和四氢呋喃(THF)20ml,再加入氢氧化铯一水合物24.6mg进行搅拌。在所得的反应混合物中加入氢氧化铯一水合物2.2mg和二甲基甲酰胺(DMF)10ml进行搅拌,再加入二碘甲烷53μl进行搅拌。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,将所得的固体物质用甲醇和水洗涤,真空干燥,从而获得了红色固体82.8mg。由NMR和元素分析确认了获得了一结合性聚合物(32)。
元素分析:C;27.76,H;1.96
1H-NMR(270Hz,CDCl3):δ=0.90,1.26,1.36,2.52,2.72,2.96,4.01,7.20
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(32)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例15)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(34)。
化合物(88)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(87)0.52g,用氩气置换烧瓶内部的气氛。接着,加入乙腈50ml,加入氢氧化铯一水合物0.19g的甲醇30ml溶液,在室温搅拌30分钟。由于有未溶物,因此加入四氢呋喃30ml,再在室温搅拌30分钟。向其中加入氯碘甲烷0.5ml,搅拌2小时。
将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。再用蒸发器浓缩后,用己烷再沉淀。将所得的固体物质进行洗涤,真空干燥,从而获得了化合物(88)0.41g。收率为80.3%。除了代替化合物(87)而使用化合物(88)以外,与上述同样地操作,合成了化合物(89)。
[一结合性聚合物(34)的合成]
在100ml的3口茄型烧瓶中加入化合物(89)0.22g,用氩气置换烧瓶内部的气氛。接着,加入四氢呋喃(THF)10ml,加入氢氧化铯一水合物0.18g的甲醇10ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中,加入在氩气气氛下使化合物(88)0.40g溶解于四氢呋喃15ml而得的溶液和三乙胺3ml,搅拌过夜。将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠脱水,干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷∶己烷=1∶2)来分离。再用蒸发器浓缩后,用甲醇进行再沉淀。将所得的固体物质进行洗涤和真空干燥,从而获得了一结合性聚合物(34)0.26g。收率为49.0%。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(34)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例16)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(37)。
[一结合性聚合物(37)的合成]
在氩气置换后的50mlSchlenk管中加入EBDT衍生物(90)100mg和二甲基甲酰胺(DMF)20ml,向其中加入氢氧化铯一水合物71mg和二碘甲烷76μl,在室温搅拌2小时。将所得的反应混合物用甲醇和水洗涤,通过过滤离析出固体物质。由NMR和元素分析确认了所得的固体物质为一结合性聚合物(37)。由GPC确认了所得的一结合性聚合物(37)的聚苯乙烯换算的分子量为3500,为约6聚体(n=约5)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=1.56,2.40,4.21,5.68
元素分析:C;32.92,H;2.72
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(37)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例17)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(38)。
[一结合性聚合物(38)的合成]
在氩气置换后的50ml茄型烧瓶中加入TTF衍生物(91)108mg和乙腈25ml,再加入氢氧化铯一水合物43.6mg的甲醇溶液,搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入TTF衍生物(92)在室温搅拌一晚。将所得的反应混合物用二氯甲烷萃取,用水和氯化钠洗涤,干燥,从而获得了粉末32mg。由NMR和元素分析确认了所得的粉末为一结合性聚合物(38)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.45,4.79
元素分析:C;29.53,H;2.54
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(38)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例18)
(1)正极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了一结合性聚合物(39)。
[一结合性聚合物(39)的合成]
在氩气置换后的200ml茄型烧瓶中加入TTF与EBDT的缩合物的衍生物(93)100mg和二甲基甲酰胺(DMF)60ml、十六烷基三甲基溴化铵110mg和氢氧化铯一水合物38mg的甲醇溶液,搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷46μl、氢氧化铯一水合物168mg的甲醇溶液和三乙胺3ml,搅拌2小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,将所得的固体物质用水和氯化钠洗涤,干燥,从而获得了粉末13mg。
由NMR和元素分析确认了所得的粉末为一结合性聚合物(39)。由GPC确认了一结合性聚合物(39)的聚苯乙烯换算的分子量为48500,为约68聚体(n=约66)。一结合性聚合物(39)为作为EBDT与TTF的缩合物的衍生物的反应骨架结合成Z形的聚合物。而且,Z形部分的反应骨架数为约66,因此n=约66。实际上,在两末端分别具有反应骨架各1个,作为一结合性聚合物(39)整体,成为约68聚体。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=1.27,3.15,6.07
元素分析:S;49.08
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的一结合性聚合物(39)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例19)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(40)。
化合物(96)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(94)0.75g和化合物(95)1.45g,进行氩气置换。向其中加入干燥甲苯13ml和干燥亚磷酸三甲酯13ml,在110℃搅拌2小时。反应结束后,将反应混合物用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(96)0.85g。收率为54.9%。
化合物(97)的合成方法
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(96)0.61g,进行氩气置换,加入四氢呋喃45ml,再加入氢氧化铯一水合物0.21g的甲醇10ml溶液,在室温搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷1.0ml,搅拌2小时,用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(97)0.48g。收率为88.5%。
[二结合性聚合物(40)的合成]
在200ml的茄型烧瓶中加入化合物(97)0.47g和四氢呋喃50ml,向其中加入氢氧化铯一水合物0.22g的甲醇(20ml)溶液,在室温搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷0.05ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物在甲醇中展开,过滤,用水和甲醇洗涤,进行真空干燥,从而获得了二结合性聚合物(40)。由IR确认了获得了二结合性聚合物(40)。
IR(KBr)2913,1522,1489,1421cm-1
此外,对所得的二结合性聚合物(40)进行X射线衍射测定,结果确认了来源于化合物的衍射图案,因此确认了二结合性聚合物(40)为结晶质。X射线衍射测定如下进行,入射X射线使用Cu-Kα射线,通过2θ/θ法,在测定角度范围为1°~34°(2θ)的范围内,以扫描速度1度/分钟的速度来进行。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(40)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例20)
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(41)。
[二结合性聚合物(41)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(98)以外,与实施例2同样地操作,合成了二结合性聚合物(41)。由NMR确认了获得二结合性聚合物(41)。
1H NMR(270MHz,CDCl3)δ=2.33,4.53,5.70,7.20,7.30
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(41)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例21)
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(59)。
[二结合性聚合物(59)的合成]
在氩气置换后的200ml茄型烧瓶中加入以与实施例17同样地方式合成的TTP的2聚体的衍生物(99)89mg和四氢呋喃(THF)112ml,接下来加入十六烷基三甲基溴化铵64mg和氢氧化铯一水合物38mg,再加入二甲基甲酰胺(DMF)56ml,搅拌1小时。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷22.9μl,搅拌1小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,用水和甲醇洗涤,干燥,从而获得了橙色固体物质58mg。收率为74%。由元素分析确认了所得的固体物质为二结合性聚合物(59)。
元素分析:C;40.08,H;4.12,S:55.23
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(59)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例22)
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(44)。
[二结合性聚合物(44)的合成]
在氩气置换后的50ml茄型烧瓶中加入EBDT衍生物(100)49mg、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)30ml和氢氧化铯一水合物49mg,搅拌30分钟。接着,加入二碘甲烷52μl,在室温搅拌2小时。在所得的反应混合物中加入氢氧化铯一水合物51mg,搅拌1小时,再加入氢氧化铯一水合物49mg,搅拌1小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,将所得的固体物质用水和甲醇洗涤,干燥,从而获得了粉末。
由NMR和元素分析确认了所得的粉末为二结合性聚合物(44)。此外,由GPC确认了所得的二结合性聚合物(44)的聚苯乙烯换算的分子量为33000,为约80聚体(n=约79)。
元素分析:C;32.06,H;2.68,S;65.30
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(44)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例23)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(45)。
化合物(102)的合成
在500ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(101)15.0g,进行氩气置换,加入氯仿350ml、乙酸汞23.5g和乙酸83ml,在室温搅拌2小时。将所得的反应混合物过滤,加入水和碳酸氢钠水溶液进行分液,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(102)3.02g。收率为21.3%。
化合物(104)的合成
在100ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(102)1.15g和化合物(103)0.90g,进行氩气置换,向其中加入干燥亚磷酸三乙酯20ml,在甲苯中在110℃搅拌2小时。反应结束后,在所得的反应混合物中加入己烷,冷却,过滤出析出的沉淀物。将所得的固体物质溶解在二氯甲烷中,使用柱色谱(硅胶,二氯甲烷)进行分离。使用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(104)1.25g。收率为67.1%。
化合物(105)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(104)1.0g,进行氩气置换,加入四氢呋喃50ml,加入氢氧化铯一水合物0.36g的甲醇(30ml)溶液,在室温搅拌30分钟。在所得的反应混合物中加入二碘甲烷0.09ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷∶己烷=2∶1)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(105)0.80g。收率为89.0%。
[二结合性聚合物(45)的合成]
在200ml的茄型烧瓶中加入化合物(105)0.78g和四氢呋喃40ml,向其中加入氢氧化铯一水合物0.37g的甲醇20ml溶液,在室温搅拌30分钟。然后,加入二碘甲烷0.1ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物在甲醇中展开,过滤,用水和甲醇洗涤,进行真空干燥,从而获得了二结合性聚合物(45)。由IR确认了获得了二结合性聚合物(45)。
IR(KBr)2916,1654,1420,1203cm-1
进行所得的二结合性聚合物(45)的X射线衍射测定,结果确认了来源于二结合性聚合物(45)的衍射图案,因此确认了二结合性聚合物(45)为结晶质。X射线衍射测定如下进行,入射X射线使用Cu-Kα射线,通过2θ/θ法,在测定角度范围在1°~34°(2θ)的范围内,以扫描速度1度/分钟的速度来进行。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(45)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例24)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(48)。
[二结合性聚合物(48)的合成]
在氩气置换后的100ml茄型烧瓶中加入TTF衍生物(106)85.5mg和二甲基甲酰胺(DMF)15ml,再加入氢氧化铯一水合物51.3mg和乙腈3ml,搅拌30分钟。接着,加入二碘甲烷43.4μl,在室温搅拌一晚。将所得的反应混合物加入到甲醇中,将析出的沉淀物用甲醇洗涤,干燥,从而获得了红色粉末44.6mg。由元素分析确认了所得的红色粉末为二结合性聚合物(48)。
元素分析:C;39.96,H;4.37,S;55.66
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(48)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例25)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(49)。
[二结合性聚合物(49)的合成]
在实施例2的一结合性聚合物(12)的合成工序中,除了代替化合物(74)而使用化合物(107)以外,与实施例2同样地操作,合成了二结合性聚合物(49)。由NMR确认了获得了二结合性聚合物(49)。
1H-NMR(270Hz,CDCl3):2.44,3.83,7.18,7.26
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(49)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例26)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(50)。
[二结合性聚合物(50)的合成]
除了代替EBDT衍生物(100)而使用TTF衍生物(108)以外,与实施例22同样地操作,合成了二结合性聚合物(50)。由NMR和元素分析确认了获得了二结合性聚合物(50)。
1H-NMR(270Hz,CDCl3):1.19,2.54,3.26,4.04
元素分析:C;27.30,H;2.30,S;70.12
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(50)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例27)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(52)。
化合物(116)的合成
在500ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(115)5.37g和硫酸二甲酯33.5ml,进行氩气置换,在70℃搅拌1小时。反应结束后,在所得的反应混合物中加入乙醚,冷却,使沉淀物析出,进行倾析,从而获得了化合物(116)。
化合物(117)的合成
在化合物(116)中加入乙腈80ml,一边用冰浴冷却一边加入硼氢化钠1.33g,搅拌1小时。将所得的反应混合物每次少量分次加入冰水中,用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(117)3.53g。收率为62.9%。
化合物(118)的合成
在300ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(117)5.8g和乙酸酐90ml,一边用冰浴冷却一边加入四氟硼酸的42重量%水溶液7.58g,搅拌1小时。反应结束后,加入乙醚,使沉淀物析出,进行倾析和真空干燥,从而获得了化合物(118)3.98g。收率为61.0%。
化合物(119)的合成
在300ml茄型烧瓶中加入化合物(118)3.98g、乙腈40ml和三苯基膦3.2g,在室温搅拌1小时。反应结束后,在所得的反应混合物中加入乙醚,使沉淀物析出,进行倾析和真空干燥,从而获得了化合物(119)5.29g。收率为77.0%。
化合物(120)的合成
在300ml茄型烧瓶中加入化合物(119)5.29g、乙腈110ml、乙二醛的40重量%水溶液4.93g和三乙胺12ml,在室温搅拌2小时。反应结束后,将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(120)1.96g。收率为73.4%。
化合物(121)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(120)1.96g,进行氩气置换,加入四氢呋喃50ml,加入氢氧化铯一水合物1.1g的甲醇25ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中加入二碘甲烷0.25ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物用水和二氯甲烷萃取,进行洗涤,用硫酸钠进行脱水和干燥。然后,用蒸发器浓缩,通过柱色谱(硅胶,二氯甲烷)来分离。用蒸发器除去溶剂后,进行真空干燥,从而获得了化合物(121)0.55g。收率为32.9%。
化合物(122)的合成
在200ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(121)0.55g,进行氩气置换,加入四氢呋喃30ml,加入氢氧化铯一水合物0.7g的甲醇20ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中加入二碘甲烷0.1ml,搅拌2小时。在所得的反应混合物中加入甲醇,将析出的沉淀过滤出,真空干燥,从而获得了化合物(122)0.30g。收率为67.8%。
化合物(124)的合成
在300ml的2口茄型烧瓶中加入化合物(123)1.34g,进行氩气置换,加入干燥四氢呋喃60ml,加入氢氧化铯一水合物2.33g的甲醇40ml溶液,在室温搅拌30分钟。向其中加入氯化锌0.5g,搅拌20分钟,加入四丁基溴化铵1.23g,搅拌30分钟。然后,将所得的反应混合物在真空进行浓缩,进行氩气置换,加入干燥四氢呋喃60ml,冷却至-78℃。向其中加入乙酸23ml,升温至-25℃,搅拌,加入1,1’-硫代羰基二咪唑1.9g,升温,搅拌过夜。在所得的反应混合物中加入甲醇,滤取析出的沉淀,通过柱色谱(硅胶,二硫化碳)来分离。用蒸发器浓缩,加入己烷进行再沉淀,进行过滤和真空干燥,从而获得了化合物(124)0.98g。收率为84.7%。
[二结合性聚合物(52)的合成]
在50ml茄型烧瓶中加入化合物(124)0.275g、化合物(122)0.102g和干燥二甲苯12ml,加入干燥四氢呋喃40ml,向其中加入氢氧化铯(0.37g)的甲醇(20ml)溶液,在室温搅拌30分钟。然后,加入二碘甲烷0.1ml,搅拌2小时。将所得的反应混合物在甲醇中展开,过滤,用水和甲醇洗涤,真空干燥,从而获得了二结合性聚合物(52)0.105g。由IR确认了获得了二结合性聚合物(52)。收率为33%。
IR(KBr)2913,1504,1453,1427cm-1
进行所得的二结合性聚合物(52)的X射线衍射测定,结果确认了来源于二结合性聚合物(52)的衍射图案,因此确认了二结合性聚合物(52)为结晶质。X射线衍射测定如下进行,入射X射线使用Cu-Kα射线,通过2θ/θ法,在测定角度范围在1°~34°(2θ)的范围内,以扫描速度1°/分钟的速度来进行。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(52)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例28)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了二结合性聚合物(56)。
[二结合性聚合物(56)的合成]
在氩气置换后的100ml茄型烧瓶中加入TTF与EBDT的缩合物的衍生物(125)81mg、十六烷基三甲基溴化铵195mg和四氢呋喃(THF)60ml,再加入氢氧化铯一水合物30mg的甲醇溶液,搅拌20分钟。接着,加入二碘甲烷72μl、三乙胺3ml和二甲基甲酰胺(DMF)20ml,在室温搅拌2小时。在所得的反应混合物中加入氢氧化铯一水合物30mg的甲醇溶液,搅拌1小时,再加入氢氧化铯一水合物30mg的甲醇溶液,搅拌1小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析出固体物质,将所得的固体物质用水和甲醇洗涤,真空干燥,从而获得了粉末51.8mg。
由元素分析确认了所得的粉末为二结合性聚合物(56)。此外,由GPC确认了所得的二结合性聚合物(56)的聚苯乙烯换算的分子量为22000,为约46聚体(n=约45)。
元素分析:C31.14,H2.14
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的二结合性聚合物(56)以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(实施例29)
(1)电极活性物质的制作
根据以下所示的合成工序,合成了在表11所示的不规则结合性聚合物(4a)中R=S(CH2)2COOC2H5的聚合物(62)。另外,聚合物(62)具有表12所示的一结合性单元、二结合性单元和末端基。
[表12]
[不规则结合性聚合物(62)的合成]
在氩气置换后的50ml茄型烧瓶中加入TTF复合衍生物(126)103mg和二甲基甲酰胺(DMF)15ml,再加入氢氧化铯一水合物55.4mg的甲醇溶液,搅拌30分钟。接着,加入二碘甲烷243ml,在室温搅拌2小时,再加入氢氧化铯一水合物55.4mg的甲醇溶液,搅拌1小时。通过过滤从所得的反应混合物中离析固体物质,将所得的固体物质用水和甲醇洗涤,真空干燥,从而获得了粉末29.2mg。
由NMR和元素分析确认了所得的粉末为不规则结合性聚合物(62)。元素分析确认了在不规则结合性聚合物(62)中一结合性单元与二结合性单元的存在比率分别为约50摩尔%。此外,由GPC确认了所得的不规则结合性聚合物(62)的聚苯乙烯换算的分子量为22000,为约46聚体(n=约45)。
元素分析:S;64.00
1H-NMR(270Hz,CDCl3):1.28,2.68,3.07,4.15
(比较例1)
(1)正极活性物质的制作
合成了下述化学结构式所示的包含1个EBDT骨架的EBDT衍生物。EBDT衍生物按照Tetrahedron Letters,vol.33,1373(1992)记载的方法来合成。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的EBDT衍生物以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(比较例2)
(1)正极活性物质的制作
合成了下述化学结构式所示的包含1个EBDT和1个TTF的缩合骨架的EBDT/TTF衍生物。EBDT/TTF衍生物按照J.Master.Chem.,1995,5(10),1571-1579中记载的方法来合成。
IR(KBr)1507,1492cm-1
(2)蓄电装置的制作
除了使用上述获得的EBDT/TTF衍生物以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(比较例3)
(1)电极活性物质的制作
对下述化学结构式所示的包含1个TTF骨架的TTF衍生物(商品名:テトラキス(メチルチオ)テトラチアフルバレン(四(甲硫基)四硫富瓦烯),东京化成(株)制)进行X射线衍射测定,结果确认了来源于TTF衍生物的衍射图案,因此确认了TTF衍生物为结晶质。X射线衍射测定如下进行,入射X射线使用Cu-Kα射线,通过2θ/θ法,在测定角度范围为1°~34°(2θ)的范围内,以扫描速度1度/分钟的速度来进行。
(2)蓄电装置的制作
除了使用上述的TTF衍生物以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(比较例4)
(1)电极活性物质的制作
合成了下述化学结构式所示的包含2个TTF的缩合骨架的TTP衍生物。TTP衍生物按照Chemistry Letters,p2324,1992中记载的方法来合成。
对所得的TTP衍生物进行X射线衍射测定,结果确认了来源于TTP衍生物的衍射图案,因此确认了TTP衍生物为结晶质。X射线衍射测定如下进行,入射X射线使用Cu-Kα射线,通过2θ/θ法,在测定角度范围为1°~34°(2θ)的范围内,以扫描速度1度/分钟的速度来进行。
(2)蓄电装置的制作
除了使用由上述获得的TTP衍生物以外,与实施例1同样地操作,制作出纽扣型蓄电装置。
(试验例1)
将具有EBDT骨架的电极活性物质的性能进行比较。对实施例1(EBDT衍生物的二聚体)和实施例15(EBDT衍生物的三聚体)以及比较例1(EBDT单体的衍生物)的纽扣型蓄电装置,分别在电流0.2mA、3.0~3.75V的电压范围内分别实施10循环的恒流充放电循环试验。将实施例1和15的试验结果(充放电曲线)分别示于图2和图3中。
此外,对实施例2~4(EBDT衍生物的二聚体)和实施例5、6、16(EBDT衍生物的多聚体)也实施同样的充放电循环试验。
图2是显示实施例1的蓄电装置的充放电循环试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图2确认了,实施例1的蓄电装置能够实现放电电压为约3.3~3.5V且可逆的充放电动作。图3是显示实施例15的蓄电装置的充放电循环试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图3确认了,实施例15的蓄电装置能够实现放电电压为约3.3~3.5V且可逆的充放电动作。
此外,关于实施例1~6和15~16以及比较例1的蓄电装置,求出10循环后的放电容量维持率。10循环后的放电容量维持率为第10循环的放电容量相对于第1循环的放电容量的百分率。将结果示于表13中。
[表13]
由表13明确了,各实施例的蓄电装置,与比较例1的蓄电装置相比,10循环后的放电容量维持率(以下简称为“放电容量维持率”)显著高。因此判断,一结合性聚合物可以实施可逆的充放电动作,作为电极活性物质是有用的。将试验结束后的电池单元分解,结果特别是在比较例的电池中显著地确认了被认为是由活性物质的溶出引起的电解质的着色,在实施例的电池中电解质的着色被大幅度抑制,因此强烈暗示出放电容量降低的一个主要原因是电极活性物质在电解质中溶解。
实施例1、15的电极活性物质为EBDT骨架的二聚体和三聚体的衍生物。比较例1的电极活性物质为EBDT骨架的单体的衍生物。都是EBDT衍生物,推定为基本的分子结构类似,是能够充放电的分子。然而确认了,作为电极活性物质的功能差异大。作为其原因之一,认为是因为分子结构不同,使得充放电时对电解质的溶解性不同。推定出,实施例1、15的电极活性物质即使为二聚体或三聚体,也会因为多聚体化,而对电解质的溶解性大幅度减少,放电容量维持率产生差别。
由表13的实施例1~3的比较可知,关于S-A-S部分的结构,明确了如下情况。即,与介由-(CH2)m-(式中,m表示1以上的整数。以下相同。)而结合相比,通过介由-(CH2)m-(C6H4)-(CH2)m-或-(CH2)m-(C=O)-(CH2)m-而结合,即使是基本骨架的结合数为2左右的低聚合度的材料,使得对电解质的溶解性降低的效果也会更大,放电容量维持率的提高效果显著,为60%以上。此外,关于S-A-S部分,推测-(CH2)m-(C6H4)-(CH2)m-和-(CH2)m-(C=O)-(CH2)m-等分子结构为分子间的相互作用强的立体结构。推测末端官能团也具有同样的效果。
由实施例2与实施例3的比较可知,与分子末端为甲硫基的聚合物(实施例2)相比,分子末端为亚乙基二硫基(-S-(CH2)2-S-)的聚合物(实施例3)的放电容量维持率更显著地提高,为84%。这推测为如下理由。即,实施例3的聚合物通过在末端结合亚乙基二硫基,分子结构接近于平面,而且因为是平面分子所以在垂直方向存在的π共轭电子云变得丰富。其结果是,认为在骨架彼此之间强的相互作用,即分子间引力起作用,抑制聚合物溶解于电解质的效果提高。
在本发明的聚合物中,随着通过2价基团-S-A-S-而结合的反应骨架的重复数增加,放电容量维持率提高。具体而言,反应骨架的重复数为2以上时显示38%以上的放电容量维持率,反应骨架的重复数为3时显示52%的放电容量维持率。此外,反应骨架的重复数为6的聚合物,其放电容量维持率为96%,效果特别显著。此外,反应骨架的重复数大到约17以上的聚合物,其放电容量维持率为95%以上,显示极其良好的循环特性。
关于反应骨架的通过2价基团-S-A-S-结合的结合角度,得到下述结果。反应骨架的重复数少的2或3的聚合物,与反应骨架结合成Z形的聚合物(以下记为“Z形型聚合物”)相比,反应骨架结合成链状的聚合物(以下记为“链状聚合物”)抑制对电解质的溶解的效果大。对Z形型聚合物也确认了,反应骨架的重复数为6的聚合物的放电容量维持率为96%,显示非常良好的循环特性。
关于实施例5、6的聚合物,虽然合成时没有经过特别复杂的纯化工序,但也显示优异的循环特性。一般而言,刚合成后的聚合物的分子量有偏差,为了除去低分子量的聚合物,有时需要复杂的纯化工序。本发明的聚合物由于基本骨架的重复数为2左右也可抑制对电解质的溶解,因此即使假设混入低分子量的聚合物,也不一定需要除去,是容易合成的材料。
判断实施例15的蓄电装置,与实施例1的蓄电装置相比,放电容量维持率高,循环特性更加优异。实施例1和实施例15的聚合物中,反应骨架的重复数仅相差“1”,但认为通过由2价基团-S-CH2-S-进一步结合1个反应骨架,从而对电解质的溶解性产生较大差别。
(试验例2)
将具有TTF骨架的聚合物的作为电极活性物质的性能进行比较。对实施例7~9(TTF衍生物的二聚体)、实施例10~12(TTF衍生物的多聚体)和实施例17(TTF衍生物的三聚体)以及比较例3(TTF单体的衍生物)的纽扣型蓄电装置,分别在电流0.2mA、3.0~4.0V的电压范围内分别实施10循环的恒流充放电循环试验。关于任一蓄电装置,均与试验例1的EBDT骨架的结果同样地可以确认可逆的充放电。关于这些蓄电装置,与试验例1同样地操作,求出放电容量维持率。放电容量维持率为第10循环的放电容量相对于第1循环的放电容量的百分率。将结果示于表14中。
[表14]
由表14明确了,与反应骨架为EBDT的情况同样地,实施例的蓄电装置与比较例1的蓄电装置相比,放电容量维持率显著高。此外,由表14的实施例7~9的比较可知,关于2价基团S-A-S的部分,明确了如下情况。通过-(CH2)m-、-(CH2)m-(C6H4)-(CH2)m-和-(CH2)m-(C=O)-(CH2)m-而结合反应骨架的聚合物,即使均是重复数为2左右的低重复数的聚合物,对电解质的溶解性也会降低,放电容量维持率显著提高,为74%以上。TTF分子的立体结构为平面,因为是平面分子所以在垂直方向存在的π共轭电子云丰富。认为该结果是由于反应骨架彼此之间强的相互作用,即分子间引力起作用,抑制聚合物对电解质的溶解。
此外,随着聚合物中的通过2价基团-S-A-S-而结合的反应骨架的重复数增加,聚合物的放电容量维持率提高。具体而言,反应骨架的重复数为2以上的聚合物具有74%以上这样的高放电容量维持率。此外,反应骨架的重复数为10的聚合物具有96%这样的特别高的放电容量维持率。反应骨架的重复数为约50以上的聚合物也具有95%以上的放电容量维持率,显示极其良好的循环特性。
关于反应骨架的通过2价基团-S-A-S-结合的结合角度,得到如下结果。反应骨架的重复数为2或3的重复数少的聚合物,与Z形型聚合物相比,链状聚合物抑制对电解质的溶解的效果大。Z形型聚合物在反应骨架的重复数为3时放电容量维持率为48%,与此相对,链状聚合物在反应骨架的重复数为2以上时放电容量维持率为74%以上,显示非常良好的循环特性。
虽然实施例10~12的聚合物在合成时没有特别复杂的纯化工序,但也显示优异的循环特性。一般而言,刚合成后的聚合物的分子量有偏差,为了除去反应骨架的重复数少的聚合物,有时需要复杂的纯化工序。本发明中使用的聚合物由于即使在基本骨架的重复数为2左右时也可抑制对电解质的溶解,因此即使假设混入反应骨架的重复数少的聚合物,也不一定需要除去,是容易合成的材料。
(试验例3)
对具有EBDT与TTF的缩合骨架、和2个TTF的缩合骨架即TTP骨架的聚合物的作为电极活性物质的性能进行比较。关于实施例13(EBDT与TTF的缩合物的衍生物的二聚体)、实施例18(EBDT与TTF的缩合物的衍生物的多聚体)和比较例2(EBDT与TTF的缩合物的衍生物的单体)的纽扣型蓄电装置,与试验例1同样地操作,在电流0.2mA、3.0~4.0V的电压范围内分别实施10循环的恒流充放电循环试验。关于实施例14(TTP衍生物的二聚体)、和比较例4(TTP衍生物的单体)的纽扣型蓄电装置,也实施与上述同样的试验。
另外,实施例13、14、18和比较例2、4的蓄电装置由于在实施例1的蓄电装置的电压范围内充电未完成,因此将电压范围的上限从3.75V变更为4.0V而实施充放电循环试验。
将实施例13的试验结果(充放电曲线)示于图4。图4是显示实施例13的蓄电装置的充放电循环试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图4确认了,实施例13的蓄电装置的放电电压为约3.3~3.8V且能够实现可逆的充放电动作。
此外,关于实施例13、14、18和比较例2、4的蓄电装置,与试验例1同样地操作,求出放电容量维持率。将结果示于表15中。
[表15]
与表13中显示出结果的EBDT骨架的情况同样的倾向在表15中的EBDT与TTF的缩合骨架中也得到了确认。
实施例13的蓄电装置的放电容量维持率高。如果将实施例13与比较例2进行比较,则推测EBDT与TTF的缩合骨架对电解质的溶解性与EBDT骨架对电解质的溶解性相比更小。由此,如果将包含EBDT与TTF的缩合骨架的衍生物的二聚体的实施例13的聚合物作为电极活性物质使用,则推测放电容量维持率显著提高。
此外推测,通过由2价基团-S-CH2-S-进行多聚体化,对电解质的溶解性会产生更大差别。骨架数增加的实施例18中,确认了放电容量维持率进一步提高。此外,由实施例14与比较例4的比较明确了,关于TTP骨架,也得到了与EBDT与TTF的缩合骨架同样的结果。
(试验例4)
使用实施例1和15以及比较例1的蓄电装置,进行循环伏安图测定,将其充放电反应电位进行比较。循环伏安图测定在以下条件下进行。在实施例1和15的蓄电装置中,电压范围2.8V~4.0V,扫描速度0.1mV/秒,在比较例1的蓄电装置中,电压范围3.0V~3.7V,扫描速度0.1mV/秒。将结果示于图5和图6。图5是实施例1和实施例15的蓄电装置的循环伏安图。图6是比较例1的蓄电装置的循环伏安图。
由图6确认了,比较例1的蓄电装置在反应电位3.3V、3.4V的2阶段进行非常可逆的氧化还原反应。图5是使用将比较例1的EBDT衍生物所含的EBDT骨架多聚体化而获得的聚合物作为电极活性物质的实施例1和实施例15的结果。由图5确认了,实施例1和实施例15的任一蓄电装置都进行非常可逆的2阶段的氧化还原反应。此外,2阶段的反应电位分别为3.3V、3.5V,虽然与比较例1的蓄电装置相比,观察到0.1V的电压提高,但是未观察到由多聚体化的程度(聚合度)的增加所导致的变化。
关于除了实施例1和15以外的实施例的聚合物,与比较例1~4相比,也确认了约0.1V的反应电压提高。介由2价基团-S-A-S-而结合反应骨架的聚合物的反应电位,与单体相比也提高0.1V,由此可知,包含各实施例的聚合物的本发明的电极活性物质不仅可以提高电池的循环特性,而且也会促进高能量密度化。在一个反应骨架被氧化时,认为受到介由2价基团-S-A-S而结合的相邻反应骨架的影响,同时获得了反应电位提高这样的协同效果。
由这些结果可知,本实施方式的聚合物不会损害作为反应骨架本身所具有的电极活性物质的良好的特性,对电解质的溶解性显著降低,因此循环特性提高。此外,本实施方式的聚合物作为电极活性物质发挥作用,具有高容量、高电压,并且循环特性优异。
这样,通过设计介由2价基团-S-A-S-将EBDT骨架、EBDT与TTF的缩合骨架等反应骨架多聚体化成的一结合性聚合物,作为电极活性物质而使用,从而可以提供具有优异的循环特性和高能量密度的蓄电装置。此外,通过向一结合性聚合物赋予官能团,也能够实现循环特性的进一步提高、放电电压的提高等。
(试验例5)
对实施例19和比较例1的纽扣型蓄电装置,分别在电流0.2mA、规定的电压范围内分别实施10循环的恒流充放电循环试验。关于实施试验的电压范围,任一蓄电装置均为3.0V~3.8V。
在实施例19和比较例1的蓄电装置中,可以确认可逆的充放电动作。将实施例19的蓄电装置的试验结果示于图7。图7是显示实施例19的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图7确认了,实施例19的蓄电装置中,放电电压为约3.3~3.6V,能够实现可逆的充放电动作。此外,关于实施例19、20、22和比较例1的蓄电装置,与试验例1同样地操作,求出放电容量维持率。将结果示于表16。
[表16]
在实施例19~20和22以及比较例1的蓄电装置中,使用了包含EBDT骨架的聚合物作为电极活性物质。实施例19的聚合物通过2个2价基团-S-CH2-S-来结合EBDT骨架。实施例20和22的聚合物通过2个2价基团-S-CH2-(C6H4)-CH2-S-来结合EBDT骨架。比较例1中,使用EBDT骨架的单体的衍生物作为电极活性物质。
由表16判断,实施例的电极活性物质,与比较例1的电极活性物质相比,可大幅度提高蓄电装置的循环特性。因此,确认了包含二结合性聚合物的电极活性物质的有效性。二结合性聚合物与一结合性聚合物相比,反应骨架的重复数为2左右的低聚合度,也可以大幅度提高蓄电装置的循环特性。推测理由如下。关于EBDT骨架,分子的立体结构为平面,因为是平面分子所以丰富地具有在垂直方向存在的π共轭电子云。因此,反应骨架彼此之间强的相互作用,即分子间引力起作用。其结果是,认为抑制聚合物对电解质的溶解的效果增大。此外,反应骨架的重复数增大为85左右的聚合物具有更显著的效果。
(试验例6)
对实施例23和比较例3的纽扣型蓄电装置,分别在电流0.2mA、规定的电压范围内实施10循环的恒流充放电循环试验。关于实施试验的电压范围,实施例23的蓄电装置为3.0V~4.1V,比较例3的蓄电装置为3.0V~3.8V。
在实施例23和比较例3的蓄电装置中,可以确认可逆的充放电动作。将实施例23的蓄电装置的试验结果示于图8。图8是显示实施例23的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图8确认了,在实施例23的蓄电装置中,放电电压为约3.4~3.8V,能够实现可逆的充放电动作。此外,关于实施例23~26、29和比较例3的蓄电装置,与试验例1同样地操作,求出10循环后的放电容量维持率。将结果示于表17。
[表17]
在实施例24和26中,使用了通过2个2价基团-S-CH2-S-来结合TTF骨架的二结合性聚合物(三聚体和多聚体)作为电极活性物质。实施例25中,使用了通过2个2价基团(-S-CH2-(C6H4)-CH2-S-)来结合TTF骨架的二结合性聚合物(二聚体)作为电极活性物质。比较例3中,使用了TTF的单体的衍生物作为电极活性物质。
由表17判断,实施例23~26的电极活性物质,与比较例3的电极活性物质相比,可大幅度提高蓄电装置的循环特性。因此,确认了包含二结合性聚合物的电极活性物质的有效性。此外确认了,使用了实施例29的包含不规则结合性聚合物的电极活性物质的蓄电装置,也显示优异的循环特性。因此确认了包含不规则结合性聚合物的电极活性物质的有效性。
(试验例7)
对实施例21(TTP衍生物的二聚体)、实施例27(EBDT与TTF的缩合物的衍生物的二聚体)、比较例2(EBDT与TTF的缩合物的衍生物的单体)和比较例4(TTP衍生物的单体)的纽扣型蓄电装置,分别在电流0.2mA、规定的电压范围内实施了10循环的恒流充放电循环试验。关于实施试验的电压范围,实施例21、27的蓄电装置为3.0V~4.2V,比较例2、4的蓄电装置为3.0V~4.1V。其结果是,在实施例21、27和比较例2、4的蓄电装置中,可以确认可逆的充放电动作。
将实施例27的蓄电装置的试验结果示于图9。图9是显示实施例27的蓄电装置的充放电试验中的第10循环的电容与电池电压的关系的图。由图9确认了,实施例27的蓄电装置中,放电电压为约3.4~3.8V,能够实现可逆的充放电动作。此外,关于实施例21、27和比较例2、4的蓄电装置,与试验例1同样地操作,求出10循环后的放电容量维持率。将结果示于表18。
[表18]
在实施例21的蓄电装置中,使用了通过2个2价基团-S-CH2-S-来结合TTP骨架的二结合性聚合物作为电极活性物质。比较例4中,使用了TTP单体的衍生物作为电极活性物质。由表18判断,实施例21的电极活性物质与比较例4的电极活性物质相比,能够大幅度提高蓄电装置的循环特性。
在实施例27的蓄电装置中,使用了通过2个2价基团-S-CH2-S-来结合2个EBDT与TTF的缩合骨架的二结合性聚合物作为电极活性物质。比较例2的蓄电装置中,使用了EBDT与TTF的缩合骨架的单体的衍生物作为电极活性物质。由表18判断,实施例27的电极活性物质与比较例2的电极活性物质相比,可以大幅度提高蓄电装置的循环特性。
此外,将试验后的蓄电装置分解而进行观察,结果在放电容量维持率低的比较例4的蓄电装置中,隔板、电解质的着色特别显著。因此,推测放电容量维持率降低是因为活性物质在电解质中溶解的原因。
在比较例1~4中作为电极活性物质而使用的各化合物本身为结晶质。此外,例如,在实施例19、23和27中作为电极活性物质而使用的各聚合物也为结晶质。但是,放电容量维持率产生较大差别。这意味着,在实施例19、23和27中使用的聚合物中,在分子彼此之间起作用的分子间力强。其结果是,认为充放电时在电解质中的溶解被抑制,蓄电装置的循环特性提高了。
由这些结果判断出,本发明中提供的聚合物作为电极活性物质而起作用。此外判断出,包含本发明的电极活性物质的蓄电装置具有高容量、高电压,并且循环特性优异。
虽然对本发明关于目前的优选实施方式进行了说明,但是不限制性解释为那样的公开内容。当然,本发明所属的技术领域的技术人员可以通过阅读上述公开内容而进行各种变形和改变。因此,应当理解,所附的权利要求书在不偏离本发明的真正的精神和范围的情况下可以包含全部变形和改变。
产业可利用性
本发明的蓄电装置用电极活性物质可以适合用作各种蓄电装置的电极活性物质。本发明的蓄电装置可以以例如一次电池、二次电池、电化学电容器、电解电容器、传感器、电致变色元件等形态使用。作为本发明的蓄电装置的用途,可列举电子设备、输送设备等的主电源或辅助电源。作为电子设备,可列举例如,个人计算机、便携式电话、移动设备、便携式信息终端(PDA)、便携用游戏设备、摄像机等。作为输送设备,可列举例如,电动汽车、混合动力汽车、HEV等。此外,本发明的蓄电装置也可以用作不间断电源等。
Claims (23)
1.一种蓄电装置,其是包含正极、负极和电解质的蓄电装置,所述电解质包含非水溶剂和溶解在所述非水溶剂中的由阴离子和阳离子构成的支持盐,
所述正极和所述负极的至少一者所含的电极活性物质是包含下述聚合物的电极活性物质,但是,电极活性物质为包含富瓦烯衍生物和碘的电荷转移络合物的情况除外,所述聚合物包含下述通式(X)所示的重复单元X、和重复单元Y,相邻的2个所述重复单元Y介由1个或2个所述重复单元X而结合,所述重复单元Y为选自以下述通式(Y1)、(Y2)、(Y3)和(Y4)分别表示的重复单元Y1、Y2、Y3和Y4中的至少1种,
式(X)中,A表示2价的脂肪族基或式-E-D-E-所示的2价基团,式-E-D-E-中,D表示2价的环状脂肪族基、2价的芳香族基或羰基,2个E各自独立地表示2价的脂肪族基;式(Y1)和式(Y3)中,R1和R2各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价和2价的脂肪族基、所述2价的环状脂肪族基以及所述1价和2价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置,所述重复单元Y的4个结合位置中,至少2个结合位置上结合有所述重复单元X,未结合所述重复单元X的剩余结合位置上结合有基团-R,其中,R表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基,所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以各自独立地具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由1个所述重复单元X而结合的一结合性聚合物,所述一结合性聚合物包含选自以下述通式(Z1)、(Z2)、(Z3)和(Z4)分别表示的重复单元Z1、Z2、Z3和Z4中的至少1种,
式(Z1)~式(Z4)中,A、R1和R2与上述相同;R3和R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;p1~p4为重复单元Z1~Z4在所述一结合性聚合物中的合计重复数,表示2以上的实数。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由1个所述重复单元X而结合的一结合性聚合物(1),所述一结合性聚合物(1)是选自以下述通式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)、(1e)和(1f)分别表示的聚合物1a、1b、1c、1d、1e和1f中的至少1种,
式(1a)~式(1f)中,A、R1和R2与上述相同;R3~R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环;n表示1以上的实数。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由1个所述重复单元X而结合的一结合性聚合物,所述一结合性聚合物包含选自以下述通式(Z6)、(Z7)、(Z8)、(Z9)和(Z10)分别表示的重复单元Z6、Z7、Z8、Z9和Z10中的至少1种,
式(Z6)~式(Z10)中,A、R1和R2与上述相同;R3和R4各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;q1~q5为重复单元Z6~Z10在所述一结合性聚合物中的合计重复数,表示2以上的实数。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由1个所述重复单元X而结合的一结合性聚合物(2),所述一结合性聚合物(2)是选自以下述通式(2a)、(2b)、(2c)、(2d)、(2e)和(2f)分别表示的聚合物2a、2b、2c、2d、2e和2f中的至少1种,
式(2a)~式(2f)中,A、R1和R2与上述相同;R3~R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环;n表示1以上的实数。
7.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由2个所述重复单元X而结合的二结合性聚合物,所述二结合性聚合物包含选自以下述通式(Z11)、(Z12)、(Z13)和(Z14)分别表示的重复单元Z11、Z12、Z13和Z14中的至少1种,
式(Z11)~式(Z14)中,A、R1和R2与上述相同;r1~r4是重复单元Z11~Z14在所述二结合性聚合物中的合计重复数,表示2以上的实数。
8.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是相邻的2个所述重复单元Y介由2个所述重复单元X而结合的二结合性聚合物(3),所述二结合性聚合物(3)是选自以下述通式(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)和(3f)分别表示的聚合物3a、3b、3c、3d、3e和3f中的至少1种,
式(3a)~式(3f)中,A、R1和R2与上述相同;R3~R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;与彼此相邻的碳原子结合的R3和R4可以彼此结合而形成环,与彼此相邻的碳原子结合的R5和R6可以彼此结合而形成环;n表示1以上的实数。
9.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物是具有相邻的2个所述重复单元Y介由1个所述重复单元X而结合的部分、和相邻的2个所述重复单元Y介由2个所述重复单元X而结合的部分的不规则结合性聚合物(4),所述不规则结合性聚合物(4)包含选自以下述通式(Z1)、(Z2)、(Z3)和(Z4)分别表示的重复单元Z1、Z2、Z3和Z4中的至少1种、选自以下述通式(Z11)、(Z12)、(Z13)和(Z14)分别表示的重复单元Z11、Z12、Z13和Z14中的至少1种,
式(Z1)~式(Z4)和式(Z11)~式(Z14)中,A、R1和R2与上述相同;R3和R6各自独立地表示氢原子、氟原子、1价的脂肪族基或1价的芳香族基;所述1价的脂肪族基和所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子;p1~p4是重复单元Z1~Z4在所述不规则结合性聚合物(4)中的合计重复数,表示1以上的实数;r1~r4是重复单元Z11~Z14在所述不规则结合性聚合物(4)中的合计重复数,表示1以上的实数。
10.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述2价的脂肪族基为亚烷基、亚烯基或亚炔基。
11.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,在所述2价基团-E-D-E-中,符号D所示的所述2价的环状脂肪族基为亚环烷基,符号E所示的所述2价的脂肪族基各自独立地为亚烷基、亚烯基或亚炔基。
12.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,在所述2价基团-E-D-E-中,符号D所示的所述2价的芳香族基为亚芳基,符号E所示的所述2价的脂肪族基为亚烷基、亚烯基或亚炔基。
13.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述1价的脂肪族基表示式-(S)f-Rb、或式-(S)f-Ra-(CO-O)g-Rb所示的1价基团,所述各式中,Ra表示亚烷基,Rb表示1价的脂肪族基,所述1价的脂肪族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子,f和g各自独立地表示0或1。
14.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述1价的芳香族基为式-(S)h-(Ra)i-Rc所示的1价基团,式中,Ra表示亚烷基,Rc表示1价的芳香族基,所述1价的芳香族基可以具有选自卤原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1种原子,h和i各自独立地表示0或1。
15.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述聚合物中的所述重复单元Y的合计重复数为6以上。
16.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述电解质含有相对介电常数10~30的非水溶剂、和溶解在所述非水溶剂中的由阴离子和阳离子构成的支持盐。
17.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述非水溶剂是相对介电常数10以下的非水溶剂与相对介电常数30以上的非水溶剂的混合物。
18.根据权利要求17所述的蓄电装置,所述相对介电常数10以下的非水溶剂是选自链状碳酸酯、链状羧酸酯和链状醚中的至少1种,并且,所述相对介电常数30以上的非水溶剂为选自环状碳酸酯和环状醚中的至少1种。
19.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述阳离子包含季铵离子。
20.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述阳离子包含锂离子。
21.根据权利要求1或2所述的蓄电装置,所述负极包含金属锂、锂合金、或吸留和释放锂离子的材料。
22.一种电子设备,其具备权利要求1或2所述的蓄电装置作为电源。
23.一种输送设备,其具备权利要求1或2所述的蓄电装置作为电源。
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