JP2005228640A - Secondary battery - Google Patents

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Shigeyuki Iwasa
繁之 岩佐
Etsuo Hasegawa
悦雄 長谷川
Masahiro Suguro
雅博 須黒
Kentaro Nakahara
謙太郎 中原
Jiro Iriyama
次郎 入山
Masaharu Sato
正春 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery having high energy density, high capacity, and high stability in charge/discharge cycles. <P>SOLUTION: In the secondary battery having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as a constituting element, an active material of at least one electrode of the positive electrode and the negative electrode contains a nitroxyl radical compound having a unit represented by formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は二次電池に関するものであり、特にエネルギー密度が高く、高容量で安定性に優れた二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery having high energy density, high capacity and excellent stability.

近年、ノート型パソコン、携帯電話など小型あるいは携帯電子機器の急速な市場拡大に伴い、これらに用いられる電池に対して軽量化、容量化に対する要求が高まっている。この要求に応えるために、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンを荷電担体としてその電荷授受に伴う電気化学反応を利用した二次電池が盛んに開発されている。なかでも、リチウムイオン二次電池は安定性に優れたエネルギー密度の大きな高容量電池として種々の電子機器に利用されている。このようなリチウムイオン二次電池は活物質として正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素を用いたものであり、これら活物質へのリチウムイオンの挿入、脱離反応を利用して充放電を行っている。   In recent years, with the rapid market expansion of small-sized or portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones, there is an increasing demand for weight reduction and capacity increase for batteries used in these. In order to meet this demand, secondary batteries using an alkali metal ion such as lithium ion as a charge carrier and utilizing an electrochemical reaction associated with charge exchange have been actively developed. Among these, lithium ion secondary batteries are used in various electronic devices as high-capacity batteries having excellent stability and large energy density. Such a lithium ion secondary battery uses, as an active material, a lithium-containing transition metal oxide such as lithium manganate or lithium cobaltate as a positive electrode, and carbon as a negative electrode. Charging / discharging is performed using a separation reaction.

しかしながら、このリチウムイオン二次電池は特に正極に比重の大きな金属酸化物を用いているため、単位質量当たりの電池容量は充分とは言えず、より軽量の電極材料を用いて高容量電池を開発しようとする試みが検討されてきた。例えば、特許文献1および特許文献2にはジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が開示されている。これはジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。しかし、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすいという欠点がある。   However, this lithium-ion secondary battery uses a metal oxide with a large specific gravity for the positive electrode in particular, so the battery capacity per unit mass is not sufficient, and a high-capacity battery is developed using a lighter electrode material. Attempts to do so have been considered. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose batteries using an organic compound having a disulfide bond as a positive electrode. This is an electrochemical redox reaction involving generation and dissociation of disulfide bonds, which is used as a battery principle. Since this battery is composed of an electrode material mainly composed of an element having a small specific gravity such as sulfur or carbon, it has a certain effect in terms of a high-capacity battery having a high energy density. However, due to the low efficiency with which the dissociated bonds are recombined and the diffusion of the active material into the electrolyte, there are drawbacks in that the capacity tends to decrease with repeated charge / discharge cycles.

一方、同じく有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極材料に用いた電池が提案されている。これは導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ここで述べるドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ソリトンやポーラロン等のエキシトンを、対イオンによって安定化させる反応のことである。一方、脱ドープ反応とはその逆反応に相当し、対イオンによって安定化されたエキシトンを電気化学的に酸化もしくは還元する反応のことを示している。特許文献3には、このような導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として開発が期待された。しかし、導電性高分子には、酸化還元によって生じるエキシトンがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが相互作用するという性質がある。これは発生するエキシトンの濃度に限界をもたらすものであり、電池の容量を制限するものである。このため、導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、大容量という点からは不充分である。   On the other hand, as a battery using an organic compound, a battery using a conductive polymer as an electrode material has been proposed. This is a battery based on the principle of doping and dedoping of electrolyte ions with respect to a conductive polymer. The dope reaction described here is a reaction that stabilizes excitons such as charged solitons and polarons generated by oxidation or reduction of a conductive polymer with a counter ion. On the other hand, the de-doping reaction corresponds to the reverse reaction and indicates a reaction in which exciton stabilized by a counter ion is electrochemically oxidized or reduced. Patent Document 3 discloses a battery using such a conductive polymer as a positive electrode or negative electrode material. This battery is composed only of elements having a low specific gravity such as carbon and nitrogen, and is expected to be developed as a high capacity battery. However, conductive polymers have the property that excitons generated by redox are delocalized over a wide range of π-electron conjugated systems and interact with each other. This places a limit on the concentration of excitons generated and limits the capacity of the battery. For this reason, a battery using a conductive polymer as an electrode material has a certain effect in terms of weight reduction, but is insufficient in terms of a large capacity.

以上述べてきたように、高容量電池を実現するために、遷移金属含有活物質を利用しない様々な電池の提案がなされている。しかし、エネルギー密度が高く、高容量で安定性に優れた電池は未だ得られていない。   As described above, various batteries that do not use a transition metal-containing active material have been proposed in order to realize a high-capacity battery. However, a battery having high energy density, high capacity and excellent stability has not yet been obtained.

上記で述べたように、正極に遷移金属酸化物を用いるリチウムイオン電池では、元素の比重が大きいため、現状を上回る高容量電池の製造が原理的に困難であった。このため、高容量電池を実現するために、遷移金属含有活物質を利用しない様々な電池の提案がなされているが、エネルギー密度が高く、高容量で安定性に優れた電池は未だ得られていない。
米国特許第4,833,048号公報 特許第2715778号公報 米国特許第4,442,187号公報
As described above, in a lithium ion battery that uses a transition metal oxide for the positive electrode, the specific gravity of the element is large, and thus it is theoretically difficult to manufacture a high-capacity battery that exceeds the current level. For this reason, in order to realize a high-capacity battery, various batteries that do not use a transition metal-containing active material have been proposed, but batteries having high energy density, high capacity, and excellent stability have not yet been obtained. Absent.
U.S. Pat. No. 4,833,048 Japanese Patent No. 2715778 U.S. Pat. No. 4,442,187

従って、本発明は、エネルギー密度が高く、高容量で充放電サイクルの安定性に優れた新規な二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel secondary battery having high energy density, high capacity, and excellent charge / discharge cycle stability.

発明者らは、前記課題は、電極の活物質として式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を用いることにより解決できることを見出した。   The inventors have found that the above problem can be solved by using a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1) as an active material of an electrode.

すなわち本発明は、少なくとも正極、負極、電解質を構成要素とする二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の活物質が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を含むことを特徴とする二次電池である。   That is, according to the present invention, in a secondary battery including at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1). Is a secondary battery characterized by

Figure 2005228640
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(式(1)において、R1〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。R5〜R6は、同一であっても異なっていてもよく、アルキル基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。)
また、前記活物質が、正極活物質であることが好ましい。このとき、負極活物質が、グラファイト、非晶質カーボン、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素及び導電性高分子のいずれかであることがこのましい。
(In the formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a halogen atom or a fluoroalkyl group. R 5 to R 6 may be the same or different and each represents an alkyl group, a halogen atom or a fluoroalkyl group.
The active material is preferably a positive electrode active material. At this time, it is preferable that the negative electrode active material is any one of graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion storage carbon, and a conductive polymer.

また本発明は、活物質の電極反応を利用する二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の電極反応が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を反応物もしくは生成物とする電極反応である二次電池である。   Further, the present invention provides a secondary battery that utilizes an electrode reaction of an active material, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode reacts with a nitroxyl radical compound having a unit represented by formula (1) as a reactant or product. It is a secondary battery which is an electrode reaction.

Figure 2005228640
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(式(1)において、R1〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはフルオロアルキル基を表す。R5〜R6は、同一であっても異なっていてもよく、アルキル基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。)
本発明においては、前記活物質が正極活物質であり、かつ前記電極反応が正極における電極反応であることが好ましい。
(In Formula (1), R < 1 > -R < 4 > may be the same or different and represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a halogen atom, or a fluoroalkyl group. R < 5 >- R 6 may be the same or different, and represents an alkyl group, a halogen atom or a fluoroalkyl group.)
In the present invention, the active material is preferably a positive electrode active material, and the electrode reaction is preferably an electrode reaction at the positive electrode.

前記電極反応が正極における電極反応である場合、前記電極反応が、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質カチオンとの結合を生成する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応であることができる。このとき、前記電解質カチオンが、リチウムイオンであることが好ましい。   When the electrode reaction is an electrode reaction at the positive electrode, the electrode reaction can be a discharge reaction that generates a bond between the nitroxyl radical compound and an electrolyte cation, and a charge reaction that is a reverse reaction of the discharge reaction. At this time, it is preferable that the electrolyte cation is a lithium ion.

また、前記電極反応が正極における電極反応である場合、前記電極反応が、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質アニオンとの結合を開裂する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応であることもできる。   When the electrode reaction is an electrode reaction at the positive electrode, the electrode reaction may be a discharge reaction that cleaves the bond between the nitroxyl radical compound and the electrolyte anion, and a charge reaction that is the reverse reaction of the discharge reaction. it can.

本発明は、上記の化合物が電極活物質として優れていることを見出したことに基づいてなされたものである。これら化合物は、炭素、窒素、水素、酸素等からなり、質量の小さい元素のみから構成することができる。このため、活物質の質量を小さくできるため、これを用い二次電池を作製した場合、質量当たりのエネルギー密度が大きな二次電池が得られる。また、本発明の二次電池の電極反応は、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物(以下場合により、単にニトロキシルラジカル化合物という。)の酸化還元反応であるが、副反応がほとんどおこらず、ほぼ100%の割合で可逆におこる安定した反応であり、さらに活物質の電解液などへの拡散による活物質の減少がおこりにくいため、サイクル特性に優れた二次電池を得ることができる。   This invention is made | formed based on having discovered that said compound was excellent as an electrode active material. These compounds consist of carbon, nitrogen, hydrogen, oxygen, etc., and can be composed of only elements having a small mass. For this reason, since the mass of an active material can be made small, when a secondary battery is produced using this, a secondary battery with a large energy density per mass can be obtained. The electrode reaction of the secondary battery of the present invention is an oxidation-reduction reaction of a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1) (hereinafter sometimes simply referred to as a nitroxyl radical compound). A stable reaction with almost no reaction and reversible at a rate of almost 100%, and further, it is difficult for the active material to decrease due to diffusion of the active material into the electrolyte. Can be obtained.

電池において電極活物質は電極反応により酸化もしくは還元されるため、電極活物質は出発状態と酸化もしくは還元状態の二つの状態を取る。本発明では活物質は出発状態と酸化もしくは還元された状態の何れかの状態で、式(1)で表されるニトロキシルラジカル構造をとる。   In the battery, since the electrode active material is oxidized or reduced by an electrode reaction, the electrode active material takes two states, a starting state and an oxidized or reduced state. In the present invention, the active material takes a nitroxyl radical structure represented by the formula (1) in either a starting state or an oxidized or reduced state.

充放電のメカニズムとしては、活物質であるニトロキシルラジカル化合物が、電極反応によってラジカルの状態とイオンの状態との間で可逆的に変化して電荷を蓄積、放出する。また、本発明では、正極、もしくは負極での電極反応に、前記ニトロキシルラジカル化合物が直接寄与しており、これらを活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特に正極の電極活物質として用いることが好ましい。本発明において、電解質カチオンは特に限定されないが、高容量が得られるという点から特にリチウムイオンが好ましい。   As a charging / discharging mechanism, the nitroxyl radical compound, which is an active material, reversibly changes between a radical state and an ion state by an electrode reaction, and charges are accumulated and released. In the present invention, the nitroxyl radical compound directly contributes to the electrode reaction at the positive electrode or the negative electrode, and the electrode using these as an active material is not limited to either the positive electrode or the negative electrode. . However, from the viewpoint of energy density, it is particularly preferable to use the positive electrode active material. In the present invention, the electrolyte cation is not particularly limited, but lithium ion is particularly preferable from the viewpoint of obtaining a high capacity.

本発明によれば、エネルギー密度が高く、高容量で充放電サイクルの安定性に優れた新規な二次電池を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a novel secondary battery having high energy density, high capacity, and excellent charge / discharge cycle stability.

以下、この発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明の二次電池は、以下の構成とすることができる。
(i)少なくとも正極、負極、電解質を構成要素とする二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の活物質が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を含む二次電池。
(ii)活物質の電極反応を利用する二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の電極反応が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を反応物もしくは生成物とする電極反応である二次電池。
The secondary battery of the present invention can be configured as follows.
(I) A secondary battery including at least one of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein at least one active material of the positive electrode and the negative electrode includes a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1) .
(Ii) In a secondary battery using an electrode reaction of an active material, at least one of the positive electrode and the negative electrode uses a nitroxyl radical compound having a unit represented by formula (1) as a reactant or a product. A secondary battery that is an electrode reaction.

Figure 2005228640
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式(1)において、R1〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜6の直鎖あるいは分岐アルキル基が好ましく、アルコシ基としては炭素数1〜6の直鎖あるいは分岐アルキル基からなるアルコキシ基が好ましく、ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子または臭素原子が好ましい。また、R1〜R4が、アルキル基、アルコキシ基またはフルオロアルキル基の場合、その炭素数は1であることがより好ましい。これは、炭素数を1とすることで単位構造あたりの分子量が小さくなり、活物質の質量あたりの電池容量密度が大きくなる点で有利だからである。特に、メチル基又はメトキシ基が好ましい。同様の理由から、R1〜R4がハロゲン原子の場合は、フッ素原子であることがより好ましい。 In the formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a halogen atom, or a fluoroalkyl group. The alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, the alkoxy group is preferably an alkoxy group consisting of a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the halogen atom is a fluorine atom or chlorine. An atom or a bromine atom is preferred. Moreover, when R < 1 > -R < 4 > is an alkyl group, an alkoxy group, or a fluoroalkyl group, it is more preferable that the carbon number is 1. This is because setting the number of carbon atoms to 1 is advantageous in that the molecular weight per unit structure is reduced and the battery capacity density per mass of the active material is increased. In particular, a methyl group or a methoxy group is preferable. For the same reason, when R 1 to R 4 are halogen atoms, they are more preferably fluorine atoms.

式(1)においてR5〜R6は、同一であっても異なっていてもよく、アルキル基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。アルキル基としては炭素数1〜6の直鎖あるいは分岐アルキル基が好ましく、ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子または臭素原子が好ましい。上記R1〜R4と同様の理由から、R5〜R6が、アルキル基またはフルオロアルキル基の場合、その炭素数が1であることがより好ましい。特に、メチル基が好ましい。同様の理由から、R5〜R6がハロゲン原子の場合には、フッ素原子であることがより好ましい。 In formula (1), R 5 to R 6 may be the same or different and each represents an alkyl group, a halogen atom or a fluoroalkyl group. The alkyl group is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the halogen atom is preferably a fluorine atom, a chlorine atom or a bromine atom. For the same reason as R 1 to R 4 above, when R 5 to R 6 are an alkyl group or a fluoroalkyl group, the number of carbon atoms is more preferably 1. A methyl group is particularly preferable. For the same reason, when R 5 to R 6 are halogen atoms, fluorine atoms are more preferable.

上記のニトロキシルラジカル化合物が、式(1)で表されるユニットを複数有する場合は、R1〜R6はユニット間で異なっていても良い。さらに他のユニットを分子内に有していても良い。 When said nitroxyl radical compound has multiple units represented by Formula (1), R < 1 > -R < 6 > may differ between units. Furthermore, you may have another unit in a molecule | numerator.

上記のニトロキシルラジカル化合物は低分子でも高分子でも良いが、高分子の場合には、電極から電解液への溶出がおこりにくいという利点がある。電解液への溶出がおこりにくいという点から、その数平均分子量は1,000〜1,000,000が好ましく、さらには5,000〜1,000,000が好ましい。また、低分子でも電解液への溶解性が低くなるため式(1)で表されるユニットが2以上であることが好ましい。低分子、高分子ともに末端原子としては、水素原子、メチル基が挙げられる。式(1)で表されるユニットの1種からなるホモポリマーでも良く、式(1)で表されるユニットの複数種からなるコポリマーでも良く、式(1)で表されるユニットの1種または複数種と他のユニットとからなるコポリマーでも良い。   The above nitroxyl radical compound may be a low molecule or a polymer, but in the case of a polymer, there is an advantage that elution from the electrode to the electrolytic solution hardly occurs. The number average molecular weight is preferably from 1,000 to 1,000,000, and more preferably from 5,000 to 1,000,000 from the viewpoint that elution into the electrolytic solution hardly occurs. Moreover, since the solubility to electrolyte solution becomes low even if it is a low molecule, it is preferable that the unit represented by Formula (1) is two or more. Examples of terminal atoms of both low and high molecules include a hydrogen atom and a methyl group. It may be a homopolymer composed of one of the units represented by the formula (1), a copolymer composed of a plurality of the units represented by the formula (1), or one of the units represented by the formula (1) or A copolymer composed of a plurality of types and other units may be used.

式(1)で表されるユニットの具体例としては、式(2)から(4)に示すユニットが挙げられる。   Specific examples of the unit represented by the formula (1) include units represented by the formulas (2) to (4).

1〜R4が水素原子、R5〜R6がメチル基であるユニット[式(2)]: A unit wherein R 1 to R 4 are hydrogen atoms and R 5 to R 6 are methyl groups [formula (2)]:

Figure 2005228640
Figure 2005228640

1がフッ素原子、R2〜R4が水素原子、R5〜R6がメチル基であるユニット[式(3)]: A unit wherein R 1 is a fluorine atom, R 2 to R 4 are hydrogen atoms, and R 5 to R 6 are methyl groups [formula (3)]:

Figure 2005228640
Figure 2005228640

1がメトキシ基、R2〜R4が水素原子、R5〜R6がメチル基であるユニット[式(4)]: A unit wherein R 1 is a methoxy group, R 2 to R 4 are hydrogen atoms, and R 5 to R 6 are methyl groups [formula (4)]:

Figure 2005228640
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ニトロキシルラジカル化合物(1)〜(4)の合成は一般的に知られている有機合成反応を応用して合成することが出来る。例えば、対応するアミン化合物を合成し、これをm−クロロ過安息香酸などの過安息香酸類、過酸化水素水等の酸化剤を用いて酸化することによりニトロキシルラジカル化合物を得ることができる(反応式(I)、文献(1964年、テトラヒドロンレター、第3945頁))。一般式(1)で表される他の化合物に関しても、同様に対応するアミンの酸化により得ることができるが、成書(L. B. Volodarsky et al., Synthetic Chemistry of Stable Nitroxides, CRC Press Inc., Roca Baton, Florida (1994))に記載のニトロキシルラジカルの合成方法が適用できる。たとえば対応するヒドロキシアミン体を合成し、これを酸化銀、酸化鉛などの酸化剤を用いて酸化することによりニトロキシラジカル化合物を得ることができる。   The nitroxyl radical compounds (1) to (4) can be synthesized by applying a generally known organic synthesis reaction. For example, a nitroxyl radical compound can be obtained by synthesizing a corresponding amine compound and oxidizing it with an oxidizing agent such as perbenzoic acid such as m-chloroperbenzoic acid or hydrogen peroxide (reaction). Formula (I), literature (1964, Tetrahydron Letter, 3945)). Other compounds represented by the general formula (1) can be obtained by oxidation of corresponding amines as well, but it can be obtained by a similar method (LB Voldarsky et al., Synthetic Chemistry of Stable Nitroxides, CRC Press Inc). The method for synthesizing a nitroxyl radical described in Roca Baton, Florida (1994) can be applied. For example, a nitroxy radical compound can be obtained by synthesizing a corresponding hydroxyamine compound and oxidizing it using an oxidizing agent such as silver oxide or lead oxide.

Figure 2005228640
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本発明の二次電池において、活物質は固体状態であっても、また、電解質へ溶解または分散した状態であってもよい。ただし、固体状態で用いる場合、電解液への溶解による容量低下を少なくするため、電解液に対し不溶性または低溶解性のものが好ましい。   In the secondary battery of the present invention, the active material may be in a solid state or may be dissolved or dispersed in an electrolyte. However, when it is used in a solid state, it is preferably insoluble or lowly soluble in the electrolytic solution in order to reduce a decrease in capacity due to dissolution in the electrolytic solution.

また、本発明の二次電池において、活物質である前記ニトロキシルラジカル化合物は、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の活物質と組み合わせて用いても良い。   In the secondary battery of the present invention, the nitroxyl radical compound which is an active material can be used alone, but two or more kinds may be used in combination. Moreover, you may use in combination with another active material.

本発明においては、活物質として前記ニトロキシルラジカル化合物そのものを用いて二次電池を製造する場合と、電極反応によって前記ニトロキシルラジカル化合物に変化する化合物を用いて二次電池を製造する場合とがある。電極反応によって前記ニトロキシルラジカル化合物に変化する化合物の例としては、アニオンとリチウムイオンやナトリウムイオンといった電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、あるいは、カチオンとPF6 -やBF4 -といった電解質アニオンとからなる塩などが挙げられる。 In the present invention, there are a case where a secondary battery is manufactured using the nitroxyl radical compound itself as an active material and a case where a secondary battery is manufactured using a compound which changes to the nitroxyl radical compound by an electrode reaction. is there. Examples of compounds that change the nitroxyl radical compound by the electrode reaction, the anion and the lithium and sodium salts such as lithium ions or sodium ions consisting of the electrolyte cation or a cation and PF 6 - or BF 4 - like electrolyte anions And a salt composed of

本発明の二次電池は正極または負極の一方の電極反応、または両方の電極反応における活物質として前記ニトロキシルラジカル化合物を用いるが、このうち、一方の電極反応にのみ活物質として用いる場合、もう一方の電極に二次電池の活物質として従来公知のものが利用できる。   The secondary battery of the present invention uses the nitroxyl radical compound as an active material in one electrode reaction of the positive electrode or the negative electrode, or both electrode reactions. A conventionally well-known thing can be utilized for one electrode as an active material of a secondary battery.

例えば負極活物質に前記ニトロキシルラジカル化合物を用いる場合には、正極活物質として金属酸化物粒子、ジスルフィド化合物、導電性高分子等が用いられる。ここで、金属酸化物としては、例えばLiMnO2、LixMn24(0<x<2)等のマンガン酸リチウム、スピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、Lix25(0<x<2)等、ジスルフィド化合物としては、例えばジチオグリコール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、S−トリアジン−2,4,6−トリチオール等、また、導電性高分子としては、例えばポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。本発明ではこれらの正極活物質を単独、もしくは組み合わせて使用することもできる。また、従来公知の活物質と前記ニトロキシルラジカル化合物とを混合して複合活物質として用いてもよい。 For example, when the nitroxyl radical compound is used as the negative electrode active material, metal oxide particles, disulfide compounds, conductive polymers, and the like are used as the positive electrode active material. Here, examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li x V 2 O 5 (0 < x <2) . Examples of the disulfide compounds, e.g. dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S- triazine-2,4,6-trithiol and the like, Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. In the present invention, these positive electrode active materials can be used alone or in combination. Further, a conventionally known active material and the nitroxyl radical compound may be mixed and used as a composite active material.

一方、前記ニトロキシルラジカル化合物を正極活物質に用いた場合には、負極活物質としてグラファイト、非晶質カーボン、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、導電性高分子等を用いることができる。これらの形状としては特に限定されず、例えばリチウム金属では薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。また、これらの負極活物質を単独、もしくは組み合わせて使用できる。また、従来公知の活物質と前記ニトロキシルラジカル化合物を組み合わせて用いても良い。   On the other hand, when the nitroxyl radical compound is used as the positive electrode active material, graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion storage carbon, conductive polymer, etc. can be used as the negative electrode active material. . These shapes are not particularly limited. For example, lithium metal is not limited to a thin film shape, but may be a bulk shape, a powdered shape, a fiber shape, a flake shape, or the like. These negative electrode active materials can be used alone or in combination. Moreover, you may use combining a conventionally well-known active material and the said nitroxyl radical compound.

本発明においては、前記ニトロキシルラジカル化合物を含む活物質を、正極における電極反応の活物質として用いることが好ましい。このとき、正極における電極反応が、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質カチオンとの結合を生成する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応であることができる。または、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質アニオンとの結合を開裂する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応であることもできる。電解質カチオンが、リチウムイオンであることが好ましい。   In the present invention, the active material containing the nitroxyl radical compound is preferably used as the active material for the electrode reaction in the positive electrode. At this time, the electrode reaction at the positive electrode can be a discharge reaction that generates a bond between the nitroxyl radical compound and the electrolyte cation, and a charge reaction by reverse reaction of the discharge reaction. Alternatively, it may be a discharge reaction for cleaving the bond between the nitroxyl radical compound and the electrolyte anion, and a charge reaction by reverse reaction of the discharge reaction. The electrolyte cation is preferably lithium ion.

前記ニトロキシルラジカル化合物を用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させる目的で、補助導電材やイオン伝導補助材を混合させることもできる。これらの材料としては、補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられ、イオン伝導補助材としては高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。   When the electrode is formed using the nitroxyl radical compound, an auxiliary conductive material or an ion conduction auxiliary material can be mixed for the purpose of reducing impedance. Examples of these materials include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene as auxiliary conductive materials. Examples thereof include a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte.

電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。   In order to strengthen the connection between the constituent materials of the electrode, a binder can also be used. Examples of such binders include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene / butadiene copolymer rubber, polypropylene, and polyethylene. Resin binders such as polyimide and various polyurethanes.

電極反応をより潤滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を用いることもできる。このような触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。   In order to perform the electrode reaction more smoothly, a catalyst that assists the oxidation-reduction reaction can also be used. Examples of such catalysts include conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene, basic compounds such as pyridine derivatives, pyrrolidone derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, and acridine derivatives, and metal ion complexes. Can be mentioned.

本発明における負極集電体、正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス等の金属箔や金属平板、メッシュ状電極、炭素電極等を用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。一方、上記の正極、および負極が接触しないように多孔質フィルム、不織布等からなるセパレーターを用いることもできる。   As the negative electrode current collector and the positive electrode current collector in the present invention, a metal foil such as nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, a metal flat plate, a mesh electrode, a carbon electrode, or the like can be used. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the active material and the current collector may be chemically bonded. On the other hand, a separator made of a porous film, a nonwoven fabric or the like can be used so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other.

本発明において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には室温で10-5〜10-1S/cm以上のイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質塩として、例えばLiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22N、Li(CF3SO23C、Li(C25SO23C等の従来公知の材料を用いることができる。溶剤としては例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは2種類以上混合して用いることもできる。 In the present invention, the electrolyte performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm or more at room temperature. . As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used. Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 3 C Conventionally known materials such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be used. As the solvent, for example, an organic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone is used. Can do. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、本発明では電解質として、固体電解質を用いることもできる。これら固体電解質に用いられる高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体;アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリロニトリル系重合体;さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま用いても良い。   Furthermore, in the present invention, a solid electrolyte can be used as the electrolyte. Polymer compounds used in these solid electrolytes include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride. -Vinylidene fluoride polymers such as trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer; acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer Polymers, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic Acid copolymer, an acrylonitrile - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer; and polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates body or methacrylate body thereof. These polymer compounds may be used in the form of a gel containing an electrolytic solution, or only a polymer compound containing an electrolyte salt may be used as it is.

本発明において、二次電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。二次電池の形状としては、電極積層体または巻回体を、金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、シート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   In the present invention, the shape of the secondary battery is not particularly limited, and a conventionally known battery can be used. Examples of the shape of the secondary battery include a case in which an electrode laminate or a wound body is sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film composed of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film, etc. A mold, a square, a coin, a sheet, etc. are used, but the present invention is not limited to these.

二次電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて様々な方法を用いることができる。例えば、活物質に溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させたのちに、対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒;N−メチルピロリドン等のアミン系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素系;クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン系炭化水素等が挙げられる。   The method for producing the secondary battery is not particularly limited, and various methods can be used depending on the material. For example, a solvent is added to the active material to form a slurry, which is applied to the electrode current collector, and the solvent is volatilized by heating or at room temperature, and then laminated or wound with a counter electrode and a separator sandwiched between and wrapped in an outer package. Is injected and sealed. Solvents for slurrying include ether solvents such as tetrahydrofuran and diethyl ether; amine solvents such as N-methylpyrrolidone; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; aliphatics such as hexane and heptane. Hydrocarbon type: Halogen type hydrocarbons such as chloroform and dichloromethane.

本発明に於いて、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は二次電池の製造方法として従来公知の方法を用いることができる。   In the present invention, a conventionally known method can be used as a method of manufacturing a secondary battery for other manufacturing conditions such as taking out a lead from an electrode and packaging.

本発明の二次電池の種類には特に制限ないが、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the kind of secondary battery of this invention, It is preferable that it is a lithium ion secondary battery.

以下、本発明の詳細について実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the details of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
式(2)で表されるユニットからなるニトロキシルラジカル化合物(数平均分子量8300)50mg、グラファイト粉末200mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂バインダ25mgを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸により、厚さ約200μmの薄膜とした。これを、真空中80℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極として成型した。
(Example 1)
50 mg of a nitroxyl radical compound (number average molecular weight 8300) comprising a unit represented by the formula (2), 200 mg of graphite powder, and 25 mg of a polytetrafluoroethylene resin binder were weighed and kneaded using an agate mortar. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was made into a thin film having a thickness of about 200 μm by applying pressure and roller stretching. This was dried overnight at 80 ° C. in a vacuum, and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode.

次に、得られた電極を用いて図1に示す構成のコイン型電池を作製した。まず、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1mol/lのLiN(C25SO22電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合比3:7(体積比))を用いた。電解液を含浸させた電極を正極5として正極集電体6上に置き、その上に同じく電解液を含浸させた多孔質フィルムからなるセパレータ4を積層した。さらに負極3となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、絶縁パッキン2で被覆された負極集電体1を重ね合わせた。こうして作られた積層体は、かしめ機によって圧力を加え、密閉型のコイン型電池とした。 Next, a coin-type battery having the configuration shown in FIG. 1 was produced using the obtained electrode. First, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution so that the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing ratio 3: 7 (volume ratio)) containing 1 mol / l LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on the positive electrode current collector 6 as the positive electrode 5, and the separator 4 made of a porous film impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium-bonded copper foil to be the negative electrode 3 was laminated, and the negative electrode current collector 1 covered with the insulating packing 2 was superposed. The laminated body thus produced was pressed with a caulking machine to form a sealed coin-type battery.

以上のように作製した、正極活物質として式(2)で表されるユニットからなるニトロキシルラジカル化合物、負極活物質として金属リチウムを用いた電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電した。つづいて、0.1mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.2V付近で2時間一定となり、その後急激に低下した。電圧が2.5Vまで低下したところで再び充電を行い、さらに、4.0〜2.5Vの範囲で充放電を10回繰り返した。なお、評価温度は20℃とした。その結果、繰り返し充放電を行っても放電時に3.2V付近で電圧が一定になることを確認した。この試験を50サイクルまで続けた結果、1回目の放電容量(正極の活物質質量あたり)は、170mAh/g、50回目の放電容量は169mAh/gであり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は99.4%であった。   A battery using the nitroxyl radical compound composed of the unit represented by the formula (2) as the positive electrode active material and the metal lithium as the negative electrode active material, produced as described above, has a voltage of 4. mA at a constant current of 0.1 mA. The battery was charged until it reached 0V. Subsequently, discharging was performed at a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became constant for 2 hours near 3.2 V, and then dropped rapidly. When the voltage dropped to 2.5V, charging was performed again, and charging / discharging was repeated 10 times in the range of 4.0 to 2.5V. The evaluation temperature was 20 ° C. As a result, it was confirmed that the voltage was constant at around 3.2 V during discharge even after repeated charge and discharge. As a result of continuing this test up to 50 cycles, the first discharge capacity (per active material mass of the positive electrode) was 170 mAh / g, the 50th discharge capacity was 169 mAh / g, and the (50th discharge capacity) / ( The first discharge capacity) was 99.4%.

(実施例2)
電解液としては、1mol/lのLiPF6電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合比3:7(体積比))を用いた以外は実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を組みたてた。
(Example 2)
As the electrolytic solution, a closed coin type was used in the same manner as in Example 1 except that an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing ratio 3: 7 (volume ratio)) containing 1 mol / l LiPF 6 electrolyte salt was used. I built a battery.

以上のように作製した、正極活物質として式(2)で表されるユニットからなるニトロキシルラジカル化合物、負極活物質として金属リチウムを用いた電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電した。つづいて、0.1mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.2V付近で一定となり、その後急激に低下した。電圧が2.5Vまで低下したところで再び充電を行い、さらに、4.0〜2.5Vの範囲で充放電を10回繰り返した。なお、評価温度は20℃とした。その結果、繰り返し充放電を行っても放電時に3.2V付近で電圧が一定になることを確認した。   A battery using the nitroxyl radical compound composed of the unit represented by the formula (2) as the positive electrode active material and the metal lithium as the negative electrode active material, produced as described above, has a voltage of 4. mA at a constant current of 0.1 mA. The battery was charged until it reached 0V. Subsequently, discharging was performed at a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became constant around 3.2 V and then dropped rapidly. When the voltage dropped to 2.5V, charging was performed again, and charging / discharging was repeated 10 times in the range of 4.0 to 2.5V. The evaluation temperature was 20 ° C. As a result, it was confirmed that the voltage was constant at around 3.2 V during discharge even after repeated charge and discharge.

(実施例3)
実施例1と同様にして、ただし負極活物質としてグラファイトを用いて密閉型のコイン型電池を組みたてた。
(Example 3)
A sealed coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 1, except that graphite was used as the negative electrode active material.

以上のように作製した、正極活物質として式(2)で表されるユニットからなるニトロキシルラジカル化合物、負極活物質としてグラファイトを用いた電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電した。つづいて、0.1mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.0V付近で一定となり、その後急激に低下した。電圧が2.5Vまで低下したところで再び充電を行い、さらに、充放電を繰り返すことによりサイクル試験を行った。充放電範囲4.0〜2.5V、評価温度は20℃とした。この試験の結果、1回目の放電容量(正極の活物質質量あたり)は、160mAh/g、50回目の放電容量は158mAh/gであった。(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は98.8%であった。   A battery using the nitroxyl radical compound composed of the unit represented by the formula (2) as the positive electrode active material and graphite as the negative electrode active material, prepared as described above, and a voltage of 4.0 V at a constant current of 0.1 mA. Charged until Subsequently, discharging was performed at a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became constant around 3.0 V and then dropped rapidly. When the voltage dropped to 2.5 V, the battery was charged again, and further a cycle test was performed by repeating charge and discharge. The charge / discharge range was 4.0 to 2.5 V, and the evaluation temperature was 20 ° C. As a result of this test, the first discharge capacity (per active material mass of the positive electrode) was 160 mAh / g, and the 50th discharge capacity was 158 mAh / g. (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 98.8%.

(比較例1)
グラファイト粉末225mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂バインダ25mgを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸して、厚さ215μmの薄型電極板を得た。薄型電極板は、真空中80℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、ニトロキシルラジカル化合物を含まないコイン電池用電極を作製した。
(Comparative Example 1)
225 mg of graphite powder and 25 mg of polytetrafluoroethylene resin binder were measured and kneaded using an agate mortar. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was roller-stretched under pressure to obtain a thin electrode plate having a thickness of 215 μm. The thin electrode plate was dried overnight at 80 ° C. in a vacuum, and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to produce an electrode for a coin battery containing no nitroxyl radical compound.

次に、得られた電極を用いて図1に示す構成のコイン型電池を作製した。まず、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1mol/lのLiN(C25SO22電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合比3:7(体積比))を用いた。電解液を含浸させた電極を正極5として正極集電体6上に置き、その上に同じく電解液を含浸させた多孔質フィルムからなるセパレータ4を積層した。さらに負極3となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、絶縁パッキン2で被覆された負極集電体1を重ね合わせた。こうして作られた積層体は、かしめ機によって圧力を加えられ、密閉型のコイン型電池を得た。 Next, a coin-type battery having the configuration shown in FIG. 1 was produced using the obtained electrode. First, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution so that the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing ratio 3: 7 (volume ratio)) containing 1 mol / l LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on the positive electrode current collector 6 as the positive electrode 5, and the separator 4 made of a porous film impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium-bonded copper foil to be the negative electrode 3 was laminated, and the negative electrode current collector 1 covered with the insulating packing 2 was superposed. The laminate thus produced was pressed by a caulking machine to obtain a sealed coin type battery.

以上のように作製した電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電した。つづいて、0.1mAの定電流で放電を行ったところ、電圧は約30分で0.8Vまで急激に低下した。また、その直後に、0.1mAの定電流で充電を行ったところ、電圧は急激に上昇した。4.0Vになった時点で、また再び、放電を行っても、0.8Vまで急激に低下した。以上のように、充放電において、前述の実施例1〜3において見られた電圧平坦部は確認できなかった。   The battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0V. Subsequently, when discharging was performed at a constant current of 0.1 mA, the voltage dropped rapidly to 0.8 V in about 30 minutes. Immediately after that, when the battery was charged with a constant current of 0.1 mA, the voltage increased rapidly. When the voltage reached 4.0V, the voltage dropped sharply to 0.8V even after discharging again. As mentioned above, the voltage flat part seen in above-mentioned Examples 1-3 was not able to be confirmed in charging / discharging.

以上説明したように、本発明は、活物質として式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を用いた新規な二次電池を提案したものである。これにより、電極活物質として重金属を含まない軽くて安全な元素から構成される二次電池を作製することを可能とするものであり、また、エネルギー密度が高く、高容量で安定性に優れた二次電池を実現できる。   As described above, the present invention proposes a novel secondary battery using a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1) as an active material. This makes it possible to produce a secondary battery composed of light and safe elements that do not contain heavy metals as an electrode active material, and has a high energy density, high capacity, and excellent stability. A secondary battery can be realized.

実施例で作製した電池の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the battery produced in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 負極集電体
2 絶縁パッキン
3 負極
4 セパレータ
5 正極
6 正極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode collector 2 Insulation packing 3 Negative electrode 4 Separator 5 Positive electrode 6 Positive electrode collector

Claims (8)

少なくとも正極、負極、電解質を構成要素とする二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の活物質が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を含むことを特徴とする二次電池。
Figure 2005228640
(式(1)において、R1〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。R5〜R6は、同一であっても異なっていてもよく、アルキル基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。)
A secondary battery having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as constituent elements, wherein at least one of the active material of the positive electrode and the negative electrode includes a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1). Next battery.
Figure 2005228640
(In the formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a halogen atom or a fluoroalkyl group. R 5 to R 6 may be the same or different and each represents an alkyl group, a halogen atom or a fluoroalkyl group.
前記活物質が、正極活物質である請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the active material is a positive electrode active material. 活物質の電極反応を利用する二次電池において、正極および負極の少なくとも一方の電極反応が、式(1)で表されるユニットを有するニトロキシルラジカル化合物を反応物もしくは生成物とする電極反応であることを特徴とする二次電池。
Figure 2005228640
(式(1)において、R1〜R4は、同一であっても異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。R5〜R6は、同一であっても異なっていてもよく、アルキル基、ハロゲン原子またはフルオロアルキル基を表す。)
In a secondary battery using an electrode reaction of an active material, at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode reaction in which a nitroxyl radical compound having a unit represented by the formula (1) is used as a reactant or a product. A secondary battery characterized by being.
Figure 2005228640
(In the formula (1), R 1 to R 4 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a cyano group, a halogen atom or a fluoroalkyl group. R 5 to R 6 may be the same or different and each represents an alkyl group, a halogen atom or a fluoroalkyl group.
前記活物質が正極活物質であり、かつ前記電極反応が正極における電極反応である請求項3に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 3, wherein the active material is a positive electrode active material, and the electrode reaction is an electrode reaction at a positive electrode. 前記正極における電極反応が、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質カチオンとの結合を生成する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応である請求項4に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 4, wherein the electrode reaction at the positive electrode is a discharge reaction that generates a bond between the nitroxyl radical compound and an electrolyte cation, and a charge reaction that is a reverse reaction of the discharge reaction. 前記正極における電極反応が、前記ニトロキシルラジカル化合物と電解質アニオンとの結合を開裂する放電反応と、該放電反応の逆反応による充電反応である請求項4に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 4, wherein the electrode reaction at the positive electrode is a discharge reaction that cleaves a bond between the nitroxyl radical compound and an electrolyte anion, and a charge reaction that is a reverse reaction of the discharge reaction. 前記電解質カチオンが、リチウムイオンである請求項5に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 5, wherein the electrolyte cation is lithium ion. 負極活物質が、グラファイト、非晶質カーボン、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素及び導電性高分子のいずれかであることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 2, wherein the negative electrode active material is any one of graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion storage carbon, and a conductive polymer.
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