JP2007119386A - Method for purifying indole derivative trimer, electrode active substance containing formed trimer, method for producing electrode active substance and electrochemical cell using the same - Google Patents

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知希 信田
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哲也 吉成
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily removing metal impurities from an indole derivative trimer containing the metal impurities. <P>SOLUTION: An indole derivative trimer containing metal impurities is mixed with an imidazole compound in a solvent containing water under heating. The indole derivative trimer from which the metal impurities are removed is separated from the obtained mixture by filtration. The indole derivative trimer containing metal impurities is mixed with a protonic acid to simultaneously carry out doping of the indole derivative trimer and removal of metal impurities. The electrode active substance of an electrochemical cell comprises the indole derivative trimer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ、コンデンサなどの電気化学セルの電極活物質として用いられるインドール誘導体の三量体において、金属不純物を含むインドール誘導体三量体から金属不純物を除去する精製方法に関する。また、インドール誘導体三量体のドーピングと含有遷移金属不純物の除去を同時に行う電極活物質の製造方法に関する。又、本発明は、このような方法により製造される高純度インドール誘導体三量体を含む電極活物質に関し、さらにこの電極活物質を用いた電気化学セルに関する。   The present invention relates to a trimer of an indole derivative used as an electrode active material of an electrochemical cell such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, or a capacitor. The present invention relates to a purification method to be removed. The present invention also relates to a method for producing an electrode active material in which doping of an indole derivative trimer and removal of contained transition metal impurities are simultaneously performed. The present invention also relates to an electrode active material containing a high purity indole derivative trimer produced by such a method, and further relates to an electrochemical cell using this electrode active material.

インドール系化合物は、電荷キャリアとしてプロトンが作用し得る電気化学セルの電極材料として用いられることが知られており、なかでもインドール誘導体の三量体は、有用な電極活物質として知られている。特許文献1には、インドール誘導体の中でも、インドールカルボン酸エステルの三量体が、十分な起電力と容量を有し、しかもサイクル特性に優れた電極活物質となり得ることが開示されている。このようなインドール誘導体三量体の製造方法としては、非特許文献1に開示されるような電解重合法や、特許文献2に開示されるような化学重合法が知られている。   Indole compounds are known to be used as electrode materials for electrochemical cells in which protons can act as charge carriers, and indole derivative trimers are known as useful electrode active materials. Patent Document 1 discloses that among indole derivatives, a trimer of an indole carboxylic acid ester can be an electrode active material having sufficient electromotive force and capacity and excellent cycle characteristics. As a method for producing such an indole derivative trimer, an electrolytic polymerization method as disclosed in Non-Patent Document 1 and a chemical polymerization method as disclosed in Patent Document 2 are known.

非特許文献1には、無置換インドール、5−シアノインドールの電解反応による三量体の合成についての報告がなされている。非特許文献1による方法によって取得したインドール誘導体の三量体は、酸化剤を用いていないため高純度の生成物が得られるが、大量に製造することが困難であり、工業的な製造方法としては適用し難いという課題が残されている。   Non-Patent Document 1 reports a synthesis of a trimer by electrolytic reaction of unsubstituted indole and 5-cyanoindole. The indole derivative trimer obtained by the method according to Non-Patent Document 1 does not use an oxidizing agent, so a high-purity product is obtained. However, it is difficult to produce in large quantities, and as an industrial production method The problem remains that is difficult to apply.

一方、特許文献2に記載の方法は、少なくとも一種の酸化剤と少なくとも一種の有機溶媒と水を含む溶液を、インドール誘導体を含む溶液中に滴下して反応させることを含む製造方法に関するものである。   On the other hand, the method described in Patent Document 2 relates to a production method including dropping and reacting a solution containing at least one oxidant, at least one organic solvent and water in a solution containing an indole derivative. .

この特許文献に記載の方法は、目的のインドール誘導体三量体を工業的に大量に製造できる方法である。しかしながら、酸化剤として塩化第二鉄や塩化第二銅などの金属化合物を用いるため、得られたインドール誘導体三量体は、重合過程における酸化剤由来の金属成分、ハロゲン成分等が不可避的に混入する。   The method described in this patent document is a method capable of industrially producing a target indole derivative trimer in large quantities. However, since metal compounds such as ferric chloride and cupric chloride are used as the oxidizing agent, the resulting indole derivative trimer inevitably contains metal components, halogen components, etc. derived from the oxidizing agent in the polymerization process. To do.

製造されたインドール誘導体三量体を電極活物質として使用するには、ドーパントアニオンをドーピングする。インドール誘導体三量体のドーピング工程は、一般的に、常温下で希硫酸等のドーパントアニオンを含む溶液中で実施される。この段階で、含有不純物が僅かに減少するものの、十分に除去されたとは言い難い。不純物として、特に金属系不純物を含有するインドール誘導体三量体は、これを電極活物質として電気化学セルに適用した場合、不純物の副反応により漏れ電流の増加要因となる。従って、できる限り含有不純物、特に金属系不純物を除去することが望ましい。   In order to use the produced indole derivative trimer as an electrode active material, a dopant anion is doped. The doping process of the indole derivative trimer is generally performed in a solution containing a dopant anion such as dilute sulfuric acid at room temperature. At this stage, although the contained impurities are slightly reduced, it cannot be said that the impurities are sufficiently removed. When an indole derivative trimer containing a metal impurity as an impurity is applied to an electrochemical cell as an electrode active material, it causes an increase in leakage current due to a side reaction of the impurity. Therefore, it is desirable to remove contained impurities, particularly metal impurities as much as possible.

一般的に、金属系不純物を除去する方法としては、濃硫酸、濃塩酸等の強酸で処理して金属系不純物を溶出する方法が知られているが、インドール誘導体三量体に対してこれらの強酸で処理することは、電極活物質としての性能を低下させる要因となるため、好ましくない。   In general, as a method for removing metal impurities, a method of eluting metal impurities by treatment with strong acid such as concentrated sulfuric acid or concentrated hydrochloric acid is known. Treatment with a strong acid is not preferable because it causes a decrease in performance as an electrode active material.

特許文献3には、酸による金属不純物除去に代えて、金属錯体を形成する配位子化合物を使用することが提案されている。この方法で対象とされるナノスケールカーボンチューブ又は遷移金属もしくはその合金をチューブ内空間部に内包するナノスケールカーボンチューブ及び遷移金属系不純物を含む炭素質材料は、酸処理では、ナノスケールカーボンチューブのチューブ内空間部に部分内包されている遷移金属又はその合金までも溶出してしまい、遷移金属又はその合金をチューブ内空間部に内包するナノスケールカーボンチューブを変性してしまうことが課題であり、酸を用いない方法を提案している。   Patent Document 3 proposes the use of a ligand compound that forms a metal complex instead of removing metal impurities with an acid. The nanoscale carbon tube or the nanoscale carbon tube enclosing the transition metal or its alloy in the inner space of the tube and the carbonaceous material containing the transition metal impurities in this method are used for acid treatment. Even the transition metal partially encapsulated in the inner space part of the tube or its alloy is eluted, and the problem is to modify the nanoscale carbon tube that encapsulates the transition metal or its alloy in the inner space part of the tube, A method that does not use an acid is proposed.

しかし、本発明が目的とするインドール誘導体三量体は、窒素原子を有する有機化合物であり、特許文献3に記載される方法により金属不純物が除去できるかどうかは全く知られていない。又、前記した通り、希硫酸などの酸によるドーピング処理を、不純物除去と同時に行うことができれば、工業的に極めて有利となる。
J. Chem. Soc., Faraday Trans., 93 (1997), 3791p 特開2005−187893号公報 WO2002/032903号明細書 特開2005−154225号公報
However, the indole derivative trimer targeted by the present invention is an organic compound having a nitrogen atom, and it is not known at all whether metal impurities can be removed by the method described in Patent Document 3. Further, as described above, if the doping treatment with an acid such as dilute sulfuric acid can be performed simultaneously with the removal of impurities, it is extremely advantageous industrially.
J. Chem. Soc., Faraday Trans., 93 (1997), 3791p JP 2005-187893 A WO2002 / 032903 Specification JP 2005-154225 A

本発明の目的は、金属不純物を含有するインドール誘導体三量体から、金属不純物を容易に除去できる精製方法を提供することにある。また本発明は、インドール誘導体三量体のドーピングと含有金属不純物の除去が同時に行える、高純度のインドール誘導体三量体を含む電極活物質の製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the purification method which can remove a metal impurity easily from the indole derivative trimer containing a metal impurity. Another object of the present invention is to provide a method for producing an electrode active material containing a high-purity indole derivative trimer, which can simultaneously perform doping of an indole derivative trimer and removal of contained metal impurities.

さらに、本発明では、このような金属不純物の十分な除去を成し得た電極活物質を用いることで、二次電池や電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ、コンデンサ等の電気化学セルにおいて、漏れ電流特性に優れた電気化学セルを提供することを目的とする。   Furthermore, in the present invention, by using an electrode active material that has been able to sufficiently remove such metal impurities, an electrochemical cell such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, or a capacitor has a leakage current. It aims at providing the electrochemical cell excellent in the characteristic.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた結果、金属不純物を含むインドール誘導体三量体を、水を含む溶媒中で、加熱下にイミダゾール化合物と混合し、金属錯体を形成させ、金属錯体を含む液状成分と金属不純物の除去されたインドール誘導体三量体とをろ過分離することにより、簡単にインドール誘導体三量体から金属不純物が効果的に除去できることを見いだした。また、プロトン酸を併用することで、同時にドーピングも可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors mixed an indole derivative trimer containing a metal impurity with an imidazole compound under heating in a solvent containing water to form a metal complex. It was found that metal impurities can be easily removed from the indole derivative trimer simply by filtering and separating the liquid component containing the metal complex and the indole derivative trimer from which the metal impurity has been removed. In addition, it has been found that doping can be simultaneously performed by using a protonic acid in combination, and the present invention has been completed.

すなわち本発明は、金属不純物を含むインドール誘導体三量体から金属不純物を除去するインドール誘導体三量体の精製方法であって、金属不純物を含む下記一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体を少なくとも水を含む溶媒中で、加熱下に金属不純物と錯体を形成するイミダゾール化合物と混合し、得られた混合物から金属不純物の除去された前記インドール誘導体三量体を分離する工程を有することを特徴とする精製方法に関する。   That is, the present invention relates to a method for purifying an indole derivative trimer that removes a metal impurity from an indole derivative trimer containing a metal impurity, the indole derivative trimer represented by the following general formula (1) containing a metal impurity. Mixing a body with an imidazole compound that forms a complex with a metal impurity under heating in a solvent containing at least water, and separating the indole derivative trimer from which the metal impurity has been removed from the resulting mixture. The present invention relates to a purification method characterized by

Figure 2007119386
Figure 2007119386

(式中、Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルキル基、アリール基、又は、ヘテロ環式化合物残基を表す。) (In the formula, each R is independently a hydrogen atom, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, sulfonyl group, sulfonic acid group, Represents a trifluoromethylthio group, a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, an alkoxyl group, an alkylthio group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic compound residue.)

又、本発明は、プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンが作用するように動作し得る電気化学セルの電極活物質の製造方法であって、金属不純物を含む前記一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体を、電気化学セルに使用される電解質と同一化学種のアニオンを含むプロトン酸の水溶液と加熱下に混合し、次いで/又は同時に、金属不純物と金属錯体を形成するイミダゾール化合物を混合し、得られた混合物から金属不純物の除去され、プロトン酸アニオンがドープされた前記インドール誘導体三量体を分離する工程を有することを特徴とする電極活物質の製造方法に関する。   The present invention also relates to a method for producing an electrode active material for an electrochemical cell, which contains an electrolyte containing a proton source and can operate so that protons act as charge carriers in an oxidation-reduction reaction associated with charge and discharge. The indole derivative trimer represented by the general formula (1) containing impurities is mixed with an aqueous solution of a protonic acid containing an anion of the same chemical species as the electrolyte used in the electrochemical cell under heating, and / or At the same time, the method comprises a step of mixing an imidazole compound that forms a metal complex with a metal impurity, and separating the indole derivative trimer doped with a proton acid anion from which the metal impurity is removed. The present invention relates to a method for producing an electrode active material.

さらに本発明は、上記製造方法で得られ、インドール誘導体三量体を好ましくは95%以上の純度で含む電極活物質に関する。   Furthermore, the present invention relates to an electrode active material obtained by the above production method and containing an indole derivative trimer, preferably with a purity of 95% or more.

加えて本発明は、プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンが作用するように動作し得る電気化学セルであって、電極活物質として少なくとも上記の電極活物質を含む電気化学セルに関する。   In addition, the present invention is an electrochemical cell containing an electrolyte containing a proton source and capable of operating so that protons act as charge carriers in an oxidation-reduction reaction associated with charge and discharge, and at least the electrode described above as an electrode active material The present invention relates to an electrochemical cell containing an active material.

本発明によれば、金属不純物を含有するインドール誘導体三量体から、金属不純物が効率的にしかも簡単に除去することが可能となる。   According to the present invention, metal impurities can be efficiently and easily removed from an indole derivative trimer containing metal impurities.

又、プロトン酸を混合することで、金属不純物の除去とドーピングとが同時に行うことができ、電極活物質として使用することで、漏れ電流特性に優れた電気化学セルを提供することができる。   Moreover, by mixing the protonic acid, removal of metal impurities and doping can be performed at the same time, and when used as an electrode active material, an electrochemical cell having excellent leakage current characteristics can be provided.

本発明の適用されるインドール誘導体三量体は、前記特許文献2に記載されるような、遷移金属化合物を酸化剤とする方法により製造されるもので、下記一般式(1)で表される。   The indole derivative trimer to which the present invention is applied is produced by a method using a transition metal compound as an oxidizing agent as described in Patent Document 2, and is represented by the following general formula (1). .

Figure 2007119386
Figure 2007119386

(式中、Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルキル基、アリール基、又は、ヘテロ環式化合物残基を表す。) (In the formula, each R is independently a hydrogen atom, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, sulfonyl group, sulfonic acid group, Represents a trifluoromethylthio group, a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, an alkoxyl group, an alkylthio group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic compound residue.)

上記一般式(1)において、アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基等の炭素数1〜20のアシル基が挙げられる。   In the said General formula (1), C1-C20 acyl groups, such as a formyl group, an acetyl group, a propionyl group, are mentioned as an acyl group.

カルボン酸エステル基は、COOR’で表され、同様にスルホン酸エステル基は、SO3R’で表される。ここで、R’としては、直鎖又は分岐の炭素数1〜6のアルキル基である。 Carboxylic acid ester groups are represented by COOR ′, and similarly sulfonic acid ester groups are represented by SO 3 R ′. Here, R ′ is a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

アルキル基、アルコキシル基、アルキルチオ基におけるアルキル成分としては、前記Rとして例示されるヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アリール基、複素環基を置換基として有していてもよい、直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、総炭素数1〜20のものである。   Examples of the alkyl component in the alkyl group, alkoxyl group, and alkylthio group include the hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, and sulfonyl exemplified as R. Group, sulfonic acid group, trifluoromethylthio group, carboxylic acid ester group, sulfonic acid ester group, alkoxyl group, alkylthio group, arylthio group, aryl group, heterocyclic group optionally having a substituent, A branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in total.

アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基中のアリール成分としては、フェニル基、ナフチル基などの炭素数6〜20のアリール基であり、置換基として前記Rとして例示される置換基、すなわち、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキル基、アリール基、複素環基を有していてもよい。   The aryl component in the aryl group, aryloxy group, and arylthio group is an aryl group having 6 to 20 carbon atoms such as a phenyl group or a naphthyl group, and the substituents exemplified as R as a substituent, that is, a hydroxyl group , Carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, sulfonyl group, sulfonic acid group, trifluoromethylthio group, carboxylic acid ester group, sulfonic acid ester group, alkoxyl A group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group.

複素環基としては、炭素数2〜20のヘテロ原子として窒素、酸素、硫黄原子等を含む環状基であり、例えば、フリル、チエニル、ピロリル、イミダゾリル、トリアゾリル、オキサゾリル、チアゾリル、ピリジル、インドリルなどの基が挙げられる。   The heterocyclic group is a cyclic group containing nitrogen, oxygen, sulfur atoms, etc. as a heteroatom having 2 to 20 carbon atoms, such as furyl, thienyl, pyrrolyl, imidazolyl, triazolyl, oxazolyl, thiazolyl, pyridyl, indolyl, etc. Groups.

中でも、カルボン酸エステル基を各インドール単位に少なくとも1つ有するインドール誘導体三量体が好ましい。   Among them, an indole derivative trimer having at least one carboxylic acid ester group in each indole unit is preferable.

一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体は、相当する下記一般式(2)で表されるインドール単量体から、特許文献2等に記載される酸化剤を用いた化学重合法により製造される。   The indole derivative trimer represented by the general formula (1) is obtained from a corresponding indole monomer represented by the following general formula (2), a chemical polymerization method using an oxidizing agent described in Patent Document 2, etc. Manufactured by.

Figure 2007119386
(式中、Rは、各々独立に、一般式(1)におけるRと同様の意味を示す。)
Figure 2007119386
(In the formula, each R independently represents the same meaning as R in the general formula (1).)

酸化剤としては、例えば塩化第二鉄六水和物、無水塩化第二鉄、硝酸第二鉄九水和物、硝酸第二鉄、硫酸第二鉄n水和物、硫酸第二鉄アンモニウム十二水和物、過塩素酸第二鉄n水和物、テトラフルオロホウ酸第二第二鉄、塩化第二銅、硫酸第二銅、テトラフルオロホウ酸第二銅、テトラフルオロホウニトロソニウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過ヨウ素酸カリウム、過酸化水素、オゾン、ヘキサシアノ第二鉄酸カリウム、硫酸四アンモニウムセリウム(IV)二水和物、臭素、ヨウ素等が挙げられる。好ましくは塩化第二鉄六水和物、無水塩化第二鉄、硝酸第二鉄九水和物、硝酸第二鉄、硫酸第二鉄n水和物、硫酸第二鉄アンモニウム十二水和物、過塩素酸第二鉄n水和物、テトラフルオロホウ酸第二第二鉄などの鉄化合物を挙げることができ、これらの酸化剤はそれぞれ単独で用いても、或いは二種以上を任意の割合で併用して用いても差し支えない。   Examples of the oxidizing agent include ferric chloride hexahydrate, anhydrous ferric chloride, ferric nitrate nonahydrate, ferric nitrate, ferric sulfate n-hydrate, ferric sulfate ammonium Dihydrate, ferric perchlorate n hydrate, ferric tetrafluoroborate, cupric chloride, cupric sulfate, cupric tetrafluoroborate, tetrafluoroboronitrosonium, Ammonium persulfate, sodium persulfate, potassium persulfate, potassium periodate, hydrogen peroxide, ozone, potassium hexacyanoferric acid, tetraammonium cerium (IV) sulfate dihydrate, bromine, iodine and the like. Preferably ferric chloride hexahydrate, anhydrous ferric chloride, ferric nitrate nonahydrate, ferric nitrate, ferric sulfate n-hydrate, ferric sulfate ammonium dodecahydrate Iron compounds such as ferric perchlorate n-hydrate and ferric tetrafluoroborate. These oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more. It can be used in combination in proportions.

このように製造されるインドール誘導体三量体は、金属として数質量%の金属不純物を含んでいる。そこで、本発明では、このような金属不純物を除去することを目的とする。又、本発明では、金属不純物の除去と同時に、電極活物質として必要なドーピング処理を行う方法を提供する。以下に、本発明の方法の基本メカニズムについて説明する。   The indole derivative trimer thus produced contains several mass% of metal impurities as a metal. Therefore, an object of the present invention is to remove such metal impurities. The present invention also provides a method for performing a doping treatment necessary as an electrode active material simultaneously with removal of metal impurities. Hereinafter, the basic mechanism of the method of the present invention will be described.

1.水を含む溶媒(以下、水性溶媒という)中にインドール誘導体三量体を加熱下に分散することで、インドール誘導体三量体内に含有される金属不純物を水性溶媒中に溶出させる。このとき、水性溶媒にプロトン酸を添加することにより、金属不純物の溶出が促進され、又、インドール誘導体三量体に任意のプロトン酸アニオンをドーピングさせることができる。 1. By dispersing the indole derivative trimer in a solvent containing water (hereinafter referred to as an aqueous solvent) under heating, metal impurities contained in the indole derivative trimer are eluted in the aqueous solvent. At this time, by adding a protonic acid to the aqueous solvent, elution of metal impurities is promoted, and an indole derivative trimer can be doped with any protonic acid anion.

2.次いで/又は同時に、イミダゾール化合物を混合することにより、溶出した金属不純物とイミダゾール化合物とが金属錯体を形成する。 2. Next, / or simultaneously, by mixing the imidazole compound, the eluted metal impurity and the imidazole compound form a metal complex.

3.この反応溶液からインドール誘導体三量体と反応溶媒に溶解している金属錯体とを分離する。 3. From this reaction solution, the indole derivative trimer and the metal complex dissolved in the reaction solvent are separated.

上記1.においては、インドール誘導体三量体と水性溶媒との混合物を昇温し、或いはインドール誘導体三量体を加熱した後に水性溶媒を添加することにより、凝集されたインドール誘導体三量体粒子をより均一に分散させることができる。又、プロトン酸を添加しておくことで、均一なドーピングがなされる。さらに、インドール誘導体三量体粒子に対するプロトン酸の浸透性が向上するため、含有金属不純物の溶出が促進され、希硫酸等の希酸を用いた場合においても十分な金属不純物の除去効果を得ることができる。又、この際、プロトン酸の浸透に伴い、粒子の膨張が起こり、粒子に物理的に吸着している未反応原料などの不純物が脱離し易い状態となり、より効果的に不純物を除去することができる。   Above 1. In an indole derivative trimer and an aqueous solvent, the temperature of the mixture of the indole derivative trimer and the aqueous solvent is added after heating the indole derivative trimer, so that the aggregated indole derivative trimer particles can be made more uniform. Can be dispersed. Moreover, uniform doping is performed by adding a protonic acid. Furthermore, since the permeability of the protonic acid to the indole derivative trimer particles is improved, the elution of the contained metal impurities is promoted, and even when a dilute acid such as dilute sulfuric acid is used, a sufficient metal impurity removal effect can be obtained. Can do. At this time, as the proton acid permeates, the particles expand, and impurities such as unreacted raw materials that are physically adsorbed on the particles are likely to be detached, so that the impurities can be more effectively removed. it can.

次に、上記2.に示すように、イミダゾール化合物を添加することにより、溶出した金属に対してイミダゾールの窒素が配位し、錯体を形成する。このように錯体化することにより、インドール誘導体三量体粒子への金属の再付着が防止でき、又、得られる錯体は、使用する溶媒に対して溶解状態で存在し得るため、上記3.に示す通り、ろ過等の簡便な分離方法により、インドール誘導体三量体粒子と容易に分離することができる。   Next, the above 2. As shown in FIG. 2, by adding an imidazole compound, nitrogen of imidazole coordinates with the eluted metal to form a complex. By complexing in this manner, reattachment of metal to the indole derivative trimer particles can be prevented, and the obtained complex can exist in a dissolved state in the solvent used. As shown in Fig. 4, it can be easily separated from the indole derivative trimer particles by a simple separation method such as filtration.

本発明では、溶媒として、水を含む溶媒を使用する。水と共に使用可能な溶媒としては、インドール誘導体三量体の分散状態を保持でき、水と相溶性のある溶媒が使用でき、例えば、アルコール類やケトン類などが使用できる。溶媒としては、実質的に水のみを使用することが好ましい。   In the present invention, a solvent containing water is used as the solvent. As a solvent that can be used with water, a dispersion state of the indole derivative trimer can be maintained, and a solvent compatible with water can be used. For example, alcohols and ketones can be used. As the solvent, it is preferable to use substantially only water.

プロトン酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、テトラフルオロホウ酸、六フッ化燐酸、六フッ化ケイ酸などの無機酸、飽和モノカルボン酸、脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、p-トルエンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ラウリン酸などの有機酸が挙げられる。プロトン酸は、30質量%以下の濃度の水溶液として使用することが好ましい。高濃度のプロトン酸を用いると、インドール誘導体三量体の構造劣化により性能が低下してしまう虞がある。又、プロトン酸を使用せず、水を含む溶媒のみを使用して加熱処理することもできる。   Protic acids include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluorosilicic acid and other inorganic acids, saturated monocarboxylic acids, aliphatic carboxylic acids, oxycarboxylic acids, p-toluene Examples thereof include organic acids such as sulfonic acid, polyvinyl sulfonic acid, and lauric acid. Protic acid is preferably used as an aqueous solution having a concentration of 30% by mass or less. When a high concentration of protonic acid is used, the performance may be deteriorated due to structural deterioration of the indole derivative trimer. Further, heat treatment can be performed using only a solvent containing water without using a protonic acid.

電極活物質として必要なドーピングを、金属不純物の除去と同時に行うには、電気化学セルに使用される電解質と同一化学種のアニオンを含むプロトン酸を使用する。又、ドーピングは、別に行うことも可能であり、プロトン酸を添加しない水性溶媒中で処理した後に定法によりドーピングを行う、或いはプロトン酸を含む水性溶媒中で処理し、アルカリ等で脱ドープした後、所定のドーパントアニオンを含むプロトン酸で再ドープするなどの方法が挙げられる。また、事前のドーピングを行わずに使用することも可能な場合がある。   In order to perform doping necessary as an electrode active material simultaneously with the removal of metal impurities, a protonic acid containing an anion of the same chemical species as the electrolyte used in the electrochemical cell is used. In addition, doping can be performed separately. After doping in an aqueous solvent to which no proton acid is added, doping is performed by a conventional method, or after treatment in an aqueous solvent containing a proton acid and dedoping with an alkali or the like. And re-doping with a protonic acid containing a predetermined dopant anion. It may also be possible to use without prior doping.

金属錯体を形成するイミダゾール化合物としては、2,2−ビイミダゾール、2−(2−ピリジル)イミダゾール、1H−イミダゾール等が挙げられる。中でも、1H−イミダゾールが好ましい。これらのイミダゾール化合物は、水への溶解性に優れ、又、金属に対する配位性に優れており、金属錯体化したイミダゾール化合物、及び未反応のイミダゾール化合物はいずれも水性媒体中に溶解しており、インドール誘導体三量体とろ過により容易に分離することができる。   Examples of the imidazole compound that forms the metal complex include 2,2-biimidazole, 2- (2-pyridyl) imidazole, and 1H-imidazole. Among these, 1H-imidazole is preferable. These imidazole compounds are excellent in solubility in water and in coordination with metals, and both metal-complexed imidazole compounds and unreacted imidazole compounds are dissolved in an aqueous medium. It can be easily separated from the indole derivative trimer by filtration.

インドール誘導体三量体と水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒との混合は、加熱下に実施される。加熱温度は、インドール誘導体三量体の分解温度以下の温度範囲であれば特に限定されない。インドール誘導体三量体と水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒と混合した後、加熱する場合は、80℃以上混合物の還流温度以下の温度範囲、好ましくは溶媒の還流温度で加熱することが好ましい。又、あらかじめインドール誘導体三量体を加熱した後、水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒を添加する場合は、インドール誘導体三量体を100〜300℃の温度範囲、好ましくは180〜270℃の温度範囲に加熱した後、加熱した水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒、好ましくは沸騰状態の溶媒を添加する。加熱保持時間は特に限定されないが、インドール誘導体三量体の分解温度により近い温度であるほど、処理時間を短く設定することが好ましく、加熱温度によって適宜設定することが望ましい。分解温度付近で長時間加熱すると構造劣化により性能が低下してしまう虞がある。   Mixing of the indole derivative trimer with an aqueous solvent or an aqueous solvent containing a protonic acid is carried out under heating. The heating temperature is not particularly limited as long as it is in a temperature range below the decomposition temperature of the indole derivative trimer. When the indole derivative trimer is mixed with an aqueous solvent or an aqueous solvent containing a protonic acid and then heated, it is preferably heated at a temperature range of 80 ° C. or higher and lower than the reflux temperature of the mixture, preferably at the reflux temperature of the solvent. . In addition, when an indole derivative trimer is heated in advance and then an aqueous solvent or an aqueous solvent containing a protonic acid is added, the indole derivative trimer is heated to a temperature range of 100 to 300 ° C, preferably 180 to 270 ° C. After heating to a temperature range, a heated aqueous solvent or an aqueous solvent containing a protonic acid, preferably a boiling solvent is added. The heating and holding time is not particularly limited, but the treatment time is preferably set shorter as the temperature is closer to the decomposition temperature of the indole derivative trimer, and is preferably set as appropriate depending on the heating temperature. When heated for a long time in the vicinity of the decomposition temperature, the performance may be deteriorated due to structural deterioration.

水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒の混合量は、インドール誘導体三量体が十分に濡れていれば良く、特に限定されないが、通常、インドール誘導体三量体に対して、1〜50質量倍、好ましくは5〜30質量倍、より好ましくは10〜20質量倍用いる。   The mixing amount of the aqueous solvent or the aqueous solvent containing a protonic acid is not particularly limited as long as the indole derivative trimer is sufficiently wetted, but is usually 1 to 50 times the mass of the indole derivative trimer. , Preferably 5-30 mass times, more preferably 10-20 mass times.

次のイミダゾール化合物の添加・混合も、加熱下に実施されることが好ましい。混合温度は、イミダゾール化合物の沸点以下の温度範囲であれば特に限定されない。また、あらかじめインドール誘導体三量体を加熱してから水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒を添加する場合は、水性溶媒乃至はプロトン酸を含む水性溶媒と共にイミダゾール化合物を添加してもよい。   The addition / mixing of the next imidazole compound is also preferably carried out under heating. The mixing temperature is not particularly limited as long as it is in a temperature range below the boiling point of the imidazole compound. In addition, when an aqueous solvent or an aqueous solvent containing a protonic acid is added after heating the indole derivative trimer in advance, the imidazole compound may be added together with the aqueous solvent or the aqueous solvent containing a protonic acid.

イミダゾール化合物の使用量は、含有金属不純物と十分に反応し得る量を使用すればよく、特に限定されない。過剰量のイミダゾール化合物を添加しても問題はない。イミダゾール化合物の添加後の処理時間は、含有金属不純物とイミダゾール化合物との錯化反応が進行するに十分な時間であれば良く、加熱温度条件やイミダゾール化合物の添加量に応じて適宜設定すればよい。   The amount of the imidazole compound used is not particularly limited as long as an amount capable of sufficiently reacting with the contained metal impurities is used. There is no problem even if an excessive amount of the imidazole compound is added. The treatment time after the addition of the imidazole compound may be a time sufficient for the complexing reaction between the contained metal impurity and the imidazole compound to proceed, and may be appropriately set according to the heating temperature condition and the amount of the imidazole compound added. .

このように処理された後、反応混合物からインドール誘導体三量体をろ過により分離する。ろ過分離する際、インドール誘導体三量体内に残存している水可溶性の金属錯体或いはイミダゾール化合物との分離効果を高めるために、水、プロトン酸水溶液を用いて洗浄を行っても良い。洗浄溶媒としてプロトン酸水溶液を使用する場合は、加熱混合時に使用したプロトン酸と同じプロトン酸を含むことが好ましい。   After being treated in this manner, the indole derivative trimer is separated from the reaction mixture by filtration. When performing filtration separation, in order to enhance the separation effect from the water-soluble metal complex or imidazole compound remaining in the indole derivative trimer, washing may be performed using water or a protonic acid aqueous solution. When using a proton acid aqueous solution as a washing solvent, it is preferable to contain the same proton acid as the proton acid used at the time of heating and mixing.

本発明では、インドール誘導体三量体に含まれる金属不純物以外にも、インドール誘導体三量体の製造過程で使用された有機溶媒、酸化剤成分、未反応原料、低分子量成分、副生成物等も除去されることにより、高純度、特に純度95%以上のインドール誘導体三量体を得ることができる。   In the present invention, in addition to the metal impurities contained in the indole derivative trimer, the organic solvent, oxidant component, unreacted raw material, low molecular weight component, by-product, etc. used in the production process of the indole derivative trimer are also included. By removal, an indole derivative trimer having a high purity, in particular, a purity of 95% or more can be obtained.

次に、電気化学セルの構成及び作製方法について説明する。   Next, the structure and manufacturing method of the electrochemical cell will be described.

本発明の電気化学セルとは、本発明の方法より得られた高純度インドール誘導体三量体を含む電極活物質を用いて構成されるものであり、プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンが作用する電気化学セルである。   The electrochemical cell of the present invention is composed of an electrode active material containing a high-purity indole derivative trimer obtained by the method of the present invention, contains an electrolyte containing a proton source, and is charged and discharged. This is an electrochemical cell in which protons act as charge carriers in the oxidation-reduction reaction involved.

このような電気化学セルに使用される電極活物質としては、本発明の方法より得られた高純度インドール誘導体三量体以外に、プロトン伝導型化合物として、プロトン源を含む溶液中で、酸化還元性を有しているものであれば、特に限定されない。   As an electrode active material used in such an electrochemical cell, in addition to the high-purity indole derivative trimer obtained by the method of the present invention, as a proton-conducting compound, in a solution containing a proton source, redox As long as it has properties, it is not particularly limited.

例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリペリナフタレン、ポリフラン、ポリチエニレン、ポリピリジンジイル、ポリイソチアナフテン、ポリキノキサリン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリインドール、ポリアミノアントラキノン、ポリイミダゾール及びこれらの誘導体などのπ共役系高分子、ポリアントラキノン、ポリベンゾキノンなどのヒドロキシル基(キノン酸素が共役によりヒドロキシル基になったもの)含有高分子、2種以上のモノマーから共重合化された導電性高分子などが挙げられ、これらの高分子にドーピングを施すことによりレドックス対が形成され、導電性が発現するものである。これらの化合物は、その酸化還元電位の差を適宜調整することによって正極及び負極活物質として選択使用される。   For example, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, poly-p-phenylene, polyphenylene vinylene, polyperinaphthalene, polyfuran, polythienylene, polypyridinediyl, polyisothianaphthene, polyquinoxaline, polypyridine, polypyrimidine, polyindole, polyaminoanthraquinone, Π-conjugated polymers such as polyimidazole and their derivatives, hydroxyl group-containing polymers such as polyanthraquinone and polybenzoquinone (quinone oxygen is converted into a hydroxyl group by conjugation), copolymerized from two or more monomers Conductive polymers and the like are mentioned, and by applying doping to these polymers, a redox pair is formed and conductivity is exhibited. These compounds are selectively used as a positive electrode and a negative electrode active material by appropriately adjusting the difference in oxidation-reduction potential.

特に本発明では、正極活物質として一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体、負極活物質として、下記一般式(3)で表されるポリフェニルキノキサリン誘導体を用いることが好ましい。   In particular, in the present invention, it is preferable to use an indole derivative trimer represented by the general formula (1) as the positive electrode active material and a polyphenylquinoxaline derivative represented by the following general formula (3) as the negative electrode active material.

Figure 2007119386
(式中R”は、各々独立に式(1)のRと同様の意味を示す。)
Figure 2007119386
(In the formula, each R ″ independently represents the same meaning as R in the formula (1).)

本発明の電気化学素子の構成図を図1に、電気化学セルの構成図を図2に示す。   FIG. 1 shows a configuration diagram of the electrochemical element of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration diagram of the electrochemical cell.

正極集電体1上に正極電極2を、負極集電体4上に負極電極3をそれぞれ形成し、これらを絶縁層(セパレータ)5を介して貼り合わせた構成であり、電荷キャリアとしてプロトンのみが関与するものである。又、電解液としてプロトン源を含む水溶液又は非水溶液が充填されており、ガスケット6により封止して、電気化学素子を作製する(図1)。次に、この電気化学素子の正極側と負極側に端子板7を設けて電気化学素子1個からなる構成の電気化学セルを作製することができる。   The positive electrode 2 is formed on the positive electrode current collector 1 and the negative electrode 3 is formed on the negative electrode current collector 4, which are bonded together via an insulating layer (separator) 5, and only protons are used as charge carriers. Is involved. Moreover, the electrolyte solution is filled with an aqueous solution or a non-aqueous solution containing a proton source, and sealed with a gasket 6 to produce an electrochemical device (FIG. 1). Next, the terminal plate 7 is provided on the positive electrode side and the negative electrode side of the electrochemical device, and an electrochemical cell having a configuration of one electrochemical device can be manufactured.

ここで、正極電極2及び負極電極3は、それぞれ活物質と導電補助剤(例えば、繊維状カーボン(昭和電工製、商品名「VGCF」)若しくは粒子状カーボン(ケッチェンブラックインターナショナル製、商品名「ケッチェンブラックEC600JD」)を活物質に対して1〜50質量部、好ましくは、10〜30質量部混合する。この混合粉末を、常温〜400℃、好ましくは100〜300℃で加圧成型する、若しくは、その混合物を任意の有機溶媒乃至水に分散させたスラリーを調製し、必要に応じてバインダーを活物質に対して1〜20質量部、好ましくは5〜10質量部混合し、導電性基材上にスクリーン印刷等にて印刷して乾燥して作製することができる。   Here, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are respectively an active material and a conductive additive (for example, fibrous carbon (trade name “VGCF”, manufactured by Showa Denko) or particulate carbon (made by Ketjen Black International, product name “ Ketjen Black EC600JD ") is mixed with 1 to 50 parts by mass, preferably 10 to 30 parts by mass with respect to the active material. This mixed powder is pressure-molded at room temperature to 400 ° C, preferably 100 to 300 ° C. Alternatively, a slurry in which the mixture is dispersed in an arbitrary organic solvent or water is prepared, and if necessary, 1 to 20 parts by mass, preferably 5 to 10 parts by mass of the binder is mixed with the active material, and conductive. It can be produced by printing on a substrate by screen printing or the like and drying.

バインダー種としては、特に限定されないが、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素系ポリマーが好ましい。分子量としては、使用する溶媒に溶解する範囲であれば特に限定されることなく用いることができる。   Although it does not specifically limit as a binder seed | species, Fluorine-type polymers, such as polyvinylidene fluoride (PVdF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), are preferable. The molecular weight is not particularly limited as long as it is in a range that can be dissolved in the solvent to be used.

電解液としては、プロトンを含有する水溶液又は非水溶液を用いる。例えば、酸としては、有機酸又は無機酸であり、具体的には、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、テトラフルオロホウ酸、六フッ化燐酸、六フッ化ケイ酸などの無機酸、飽和モノカルボン酸、脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、p−トルエンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ラウリン酸などの有機酸が挙げられる。プロトンの含有量としては、10-3mol/l〜18mol/lが好ましく、10-1mol/l〜7mol/lがより好ましい。 As the electrolytic solution, an aqueous solution or non-aqueous solution containing protons is used. For example, the acid is an organic acid or an inorganic acid, specifically, an inorganic acid such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluorosilicic acid, saturated monocarboxylic acid, etc. Examples thereof include organic acids such as acids, aliphatic carboxylic acids, oxycarboxylic acids, p-toluenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, and lauric acid. The proton content is preferably 10 −3 mol / l to 18 mol / l, and more preferably 10 −1 mol / l to 7 mol / l.

絶縁層(セパレータ)5は、電気化学セルの正極・負極間を電気的に絶縁でき、電解液、特にプロトンの移動を阻害しない多孔質のものであれば特に限定されずに使用できる。例えば、ポリオレフィン系多孔質膜やイオン交換膜が挙げられる。厚みとしては、特に限定されないが、通常10〜200μm、より好ましくは10〜80μmである。   The insulating layer (separator) 5 can be used without particular limitation as long as it can electrically insulate between the positive electrode and the negative electrode of the electrochemical cell and is a porous material that does not inhibit the movement of the electrolyte, particularly protons. For example, a polyolefin-type porous membrane and an ion exchange membrane are mentioned. Although it does not specifically limit as thickness, Usually, 10-200 micrometers, More preferably, it is 10-80 micrometers.

電気化学セルの外装形状は、コイン型、ラミネート型などが可能であり、特に限定されるものではない。   The outer shape of the electrochemical cell can be a coin type or a laminate type, and is not particularly limited.

本発明の電気化学セルは、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンのみが作用するように動作し得るもの、より具体的には、プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応の電子授受において、電極活物質のプロトンの吸脱着のみが関与するように動作し得るものが好ましい。   The electrochemical cell of the present invention can operate so that only protons act as charge carriers in the oxidation-reduction reaction associated with charge / discharge, more specifically, contains an electrolyte containing a proton source and accompanies charge / discharge. In the electron transfer of the oxidation-reduction reaction, those capable of operating so that only the adsorption / desorption of protons of the electrode active material is involved are preferable.

以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited only to these Examples.

製造例1(インドール誘導体三量体の製造)
200mlの三口フラスコにアセトニトリル10mlを装入し、インドール−6−カルボン酸メチル単量体を1.42g溶解した。一方、酸化剤溶液の調製は、アセトニトリル40mlに対して、無水塩化第二鉄を16.2g、水5.4gを添加して溶解し、10分間撹拌することにより行った。次に、フラスコ中のインドール−6−カルボン酸メチル単量体のアセトニトリル溶液中に、調製した酸化剤溶液を30分かけて滴下した後、10時間、60℃にて撹拌した。反応溶液は、薄黄色から緑色に変化した。ここで、反応を止め、吸引ろ過し、常温下でアセトニトリル、次いでメタノールで洗浄し、大気中で120℃、5時間乾燥させて、6,11−ジヒドロ−5H−ジインドロ[2,3−a:2’,3’−c]カルバゾール−3,8,13−トリカルボン酸トリメチルエステル(インドール−6−カルボン酸メチル三量体)1.12gを緑色粉末として得た。
Production Example 1 (Production of indole derivative trimer)
A 200 ml three-necked flask was charged with 10 ml of acetonitrile, and 1.42 g of methyl indole-6-carboxylate was dissolved. On the other hand, the oxidant solution was prepared by adding 16.2 g of anhydrous ferric chloride and 5.4 g of water to 40 ml of acetonitrile and dissolving it, followed by stirring for 10 minutes. Next, the prepared oxidant solution was added dropwise to the acetonitrile solution of the indole-6-carboxylate monomer in the flask over 30 minutes, followed by stirring at 60 ° C. for 10 hours. The reaction solution turned from pale yellow to green. Here, the reaction was stopped, suction filtered, washed with acetonitrile and then methanol at room temperature, dried in air at 120 ° C. for 5 hours, and 6,11-dihydro-5H-diindolo [2,3-a: 2.12 g of 2 ′, 3′-c] carbazole-3,8,13-tricarboxylic acid trimethyl ester (methyl indole-6-carboxylate) was obtained as a green powder.

得られたインドール誘導体三量体は、HPLC分析により面積値からその純度を算出し、又、金属不純物量は、ICP発光分析により算出した。これらの結果を表1に示す。   The purity of the obtained indole derivative trimer was calculated from the area value by HPLC analysis, and the amount of metal impurities was calculated by ICP emission analysis. These results are shown in Table 1.

実施例1
製造例1で得られた三量体約1gを200mlのビーカーに移し、溶媒として5wt%硫酸水溶液15gを投入して、5分間常温にて撹拌してから、ヒーター温度を180℃まで昇温して30分間保持した。その混合溶媒に1H−イミダゾール8gを混合し、さらに同温度で10分間撹拌しながら保持した。その後、吸引ろ過により、三量体と溶媒を分離し、ろ別された三量体を沸騰水で軽く洗浄した後、乾燥して淡緑色の結晶物を得た。この際、ろ液は黄色であった。
Example 1
About 1 g of the trimer obtained in Production Example 1 was transferred to a 200 ml beaker, 15 g of 5 wt% sulfuric acid aqueous solution was added as a solvent, stirred for 5 minutes at room temperature, and then the heater temperature was raised to 180 ° C. Held for 30 minutes. 8 g of 1H-imidazole was mixed with the mixed solvent, and the mixture was further maintained at the same temperature with stirring for 10 minutes. Thereafter, the trimer and the solvent were separated by suction filtration, and the filtered trimer was lightly washed with boiling water and then dried to obtain a light green crystal. At this time, the filtrate was yellow.

実施例2
溶媒として20wt%硫酸水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施した。
Example 2
This was carried out in the same manner as in Example 1 except that 20 wt% sulfuric acid aqueous solution was used as a solvent.

実施例3
溶媒として40wt%硫酸水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施した。
Example 3
This was carried out in the same manner as in Example 1 except that 40 wt% sulfuric acid aqueous solution was used as a solvent.

実施例4
溶媒として20wt%六フッ化燐酸水溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、実施した。
Example 4
This was carried out in the same manner as in Example 1 except that 20 wt% hexafluorophosphoric acid aqueous solution was used as a solvent.

実施例5
溶媒としてイオン交換水を用いた以外は実施例1と同様に実施した。
Example 5
It implemented like Example 1 except having used ion-exchange water as a solvent.

実施例6
製造例1で得られた三量体約1gを、260℃に加熱し、20wt%六フッ化燐酸水溶液15gと1H−イミダゾール8gからなる混合溶媒を沸騰させた後、両者を混合し、ヒーター温度180℃で5分間撹拌した。その後、実施例1と同様にろ過、洗浄、乾燥して淡緑色の結晶物を得た。
Example 6
About 1 g of the trimer obtained in Production Example 1 was heated to 260 ° C., a mixed solvent consisting of 15 g of 20 wt% hexafluorophosphoric acid aqueous solution and 8 g of 1H-imidazole was boiled, then both were mixed, and the heater temperature Stir at 180 ° C. for 5 minutes. Thereafter, filtration, washing and drying were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a pale green crystal.

実施例7
ヒーター温度を80℃に設定した以外は実施例1と同様に処理した。
Example 7
The treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heater temperature was set to 80 ° C.

比較例1
製造例1で得られた三量体約1gを200mlのビーカーに移し、溶媒として20wt%硫酸水溶液15gを投入して、30分間常温にて撹拌してから、ろ過分離し、乾燥して濃緑色の結晶物を得た。
Comparative Example 1
About 1 g of the trimer obtained in Production Example 1 is transferred to a 200 ml beaker, and 15 g of a 20 wt% sulfuric acid aqueous solution is added as a solvent, stirred at room temperature for 30 minutes, filtered and dried, and then dark green A crystalline product was obtained.

以上の実施例1〜7,比較例1で得られた結晶物中の三量体純度、金属不純物量を前記同様に測定した。又、ドーパント量については、イオンクロマトグラフィー分析により算出した。結果を表1に併せて示す。   The trimer purity and the amount of metal impurities in the crystals obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were measured in the same manner as described above. The amount of dopant was calculated by ion chromatography analysis. The results are also shown in Table 1.

(抵抗率測定)
実施例1,2,3,5,7及び比較例1で製造した結晶物をプレス成形により、厚さ200μmの電極に成型し、四端子抵抗測定器を使用して、電極抵抗率を測定した。結果を表1に併せて示す。
(Resistivity measurement)
The crystals produced in Examples 1, 2, 3, 5, and 7 and Comparative Example 1 were formed into electrodes having a thickness of 200 μm by press molding, and the electrode resistivity was measured using a four-terminal resistance measuring instrument. . The results are also shown in Table 1.

(CV試験)
実施例1,2,3,5,7及び比較例1で製造した結晶物のCV試験を実施し、CV容量を測定した。
(CV test)
A CV test was performed on the crystals manufactured in Examples 1, 2, 3, 5, 7 and Comparative Example 1, and the CV capacity was measured.

試験サンプルは、各結晶物を導電補助剤として繊維状カーボンVGCFとそれぞれ7:3の質量比に混合し、この混合物にジメチルホルムアミド(DMF)を添加してペースト状にしたものを、50mm×5mmのカーボンシートに成膜して、120℃にて1時間乾燥して製造した。   The test sample was prepared by mixing each crystalline substance with fibrous carbon VGCF as a conductive auxiliary agent in a mass ratio of 7: 3, and adding dimethylformamide (DMF) to this mixture to make a paste, 50 mm × 5 mm The carbon sheet was formed into a film and dried at 120 ° C. for 1 hour to produce.

得られた試験サンプルを、20wt%硫酸水溶液中に浸漬し、掃引電位200〜1200mV、掃引速度20mV/sec.の条件でサイクリックボルタンメトリ(CV)曲線を測定した。参照極としてAg/AgCl電極、対極には白金を用いた。   The obtained test sample was immersed in a 20 wt% sulfuric acid aqueous solution, and the sweep potential was 200 to 1200 mV, and the sweep rate was 20 mV / sec. A cyclic voltammetry (CV) curve was measured under the following conditions. An Ag / AgCl electrode was used as a reference electrode, and platinum was used as a counter electrode.

(電気化学セルの作製と漏れ電流特性試験)
正極活物質として、実施例1,2,3,5,7及び比較例1で製造した結晶物をそれぞれ用い、導電補助剤として繊維状カーボンVGCF、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(平均分子量 1,100)を選択した。これらを記載の順番で69:23:8の質量比となるように調整し、ブレンダーで撹拌・混合した。この混合粉末を10mm角の金型に入れ、200℃、1分間加圧成型することにより正極電極を得た。
(Production of electrochemical cell and leakage current characteristic test)
As the positive electrode active material, the crystals produced in Examples 1, 2, 3, 5, and 7 and Comparative Example 1 were used, respectively, fibrous carbon VGCF as a conductive auxiliary agent, and polyvinylidene fluoride (average molecular weight 1,100) as a binder. Selected. These were adjusted to a mass ratio of 69: 23: 8 in the order described, and stirred and mixed with a blender. The mixed powder was put into a 10 mm square mold and subjected to pressure molding at 200 ° C. for 1 minute to obtain a positive electrode.

負極電極には、活物質としてプロトン伝導性高分子であるポリフェニルキノキサリンを用い、導電補助剤として導電性カーボン(「ケッチェンブラックEC600JD」商品名)を選択した。これらの記載の順番で75:25の質量比に調整し、ブレンダーで撹拌・混合した。この混合粉末を10mm角の金型に入れ、300℃、2分間加圧成型することにより負極電極を得た。   For the negative electrode, polyphenylquinoxaline, a proton conductive polymer, was used as an active material, and conductive carbon (“Ketjen Black EC600JD” trade name) was selected as a conductive auxiliary agent. The mass ratio was adjusted to 75:25 in the order of these descriptions, and the mixture was stirred and mixed with a blender. This mixed powder was put into a 10 mm square mold and subjected to pressure molding at 300 ° C. for 2 minutes to obtain a negative electrode.

電解液として20wt%硫酸水溶液を用い、セパレータとして厚さ50μmの多孔質性不織布に電解液を含浸させた。   A 20 wt% sulfuric acid aqueous solution was used as the electrolytic solution, and a 50 μm thick porous nonwoven fabric was impregnated with the electrolytic solution as a separator.

このセパレータを介して、得られた正極電極と負極電極の電極面を対向させて貼り合わせ、ガスケットで外装し、電気化学素子を作製し、正極、負極の両側に端子板を設け、電気化学セルを作製した。   The resulting positive electrode and negative electrode are opposed to each other through this separator, and are bonded together, covered with a gasket to produce an electrochemical device, and terminal plates are provided on both sides of the positive and negative electrodes. Was made.

このようにして得られた電気化学セルに対し、セルの漏れ電流を測定した。測定は、60℃において、充電条件CCCV:1mA−2.5V,24時間とし、充電終止時の電流値を測定した。   The cell leakage current was measured for the electrochemical cell thus obtained. The measurement was performed at 60 ° C. under charging conditions CCCV: 1 mA-2.5 V, 24 hours, and the current value at the end of charging was measured.

結果を表1に併せて示す。   The results are also shown in Table 1.

Figure 2007119386
Figure 2007119386

表1に示すように、常温(25℃)にて酸処理のみ実施した比較例1に対し、本発明の実施例では三量体純度が向上し、金属不純物が極めて低下していることが明らかとなった。   As shown in Table 1, compared to Comparative Example 1 in which only the acid treatment was performed at room temperature (25 ° C.), it is clear that the trimer purity is improved and the metal impurities are extremely reduced in the Example of the present invention. It became.

又、実施例3を除いては、この分析結果に相関して、CV容量が増加しており、電気化学セルの漏れ電流が著しく低下していることが認められた。   In addition to Example 3, it was recognized that the CV capacity increased in correlation with the analysis results, and the leakage current of the electrochemical cell was significantly reduced.

各実施例の分析結果より、使用したプロトン酸のアニオンがドーピングされており、又、実施例1,2,3,5,7より、使用したプロトン酸濃度に依存してドーピング量と抵抗率が変化していることが認められ、任意のプロトン酸アニオンがドーピングされた高純度インドール誘導体三量体が得られることが確認された。   From the analysis results of each example, the anion of the used proton acid is doped, and from Examples 1, 2, 3, 5, and 7, the doping amount and the resistivity depend on the proton acid concentration used. It was confirmed that a high purity indole derivative trimer doped with an arbitrary proton acid anion was obtained.

実施例1〜3の結果より、プロトン酸の濃度は30質量%以下であることが良好な結果が得られることが分かった。実施例3の40質量%のプロトン酸を用いた場合、CV容量の低下が認められ、インドール誘導体三量体の構造劣化が示唆される結果が得られた。   From the results of Examples 1 to 3, it was found that good results were obtained when the concentration of the protonic acid was 30% by mass or less. When 40% by mass of the protonic acid of Example 3 was used, a decrease in CV capacity was observed, and a result suggesting the structural deterioration of the indole derivative trimer was obtained.

又、実施例5に示したようにプロトン酸を用いずに金属不純物量を低減できることが確認された。   Moreover, as shown in Example 5, it was confirmed that the amount of metal impurities can be reduced without using a protonic acid.

実施例2,4より、プロトン酸の種類に依存せず、高純度のインドール誘導体三量体が得られることが確認された。   From Examples 2 and 4, it was confirmed that a highly pure indole derivative trimer was obtained regardless of the type of protonic acid.

実施例4,6より、プロトン酸を混合後に加熱しても、加熱した三量体にプロトン酸を添加しても同様に金属不純物除去が可能であることが確認された。   From Examples 4 and 6, it was confirmed that the metal impurities can be similarly removed by heating after mixing the protonic acid or by adding the protonic acid to the heated trimer.

又、実施例1〜7より、反応温度によって、金属不純物の除去効果に相違が認められ、100℃以上の場合に良好な除去効果が得られることが確認された。   In addition, from Examples 1 to 7, it was confirmed that there was a difference in the removal effect of metal impurities depending on the reaction temperature, and a good removal effect was obtained when the temperature was 100 ° C. or higher.

本発明の一実施形態になる電気化学素子の断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical element which becomes one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態になる電気化学セルの断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical cell which becomes one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極集電体
2 正極電極
3 負極電極
4 負極集電体
5 絶縁層(セパレータ)
6 ガスケット
7 端子板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode collector 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Negative electrode collector 5 Insulating layer (separator)
6 Gasket 7 Terminal board

Claims (18)

金属不純物を含むインドール誘導体三量体から金属不純物を除去するインドール誘導体三量体の精製方法であって、金属不純物を含む下記一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体を少なくとも水を含む溶媒中で、加熱下に金属不純物と錯体を形成するイミダゾール化合物と混合し、得られた混合物から金属不純物の除去された前記インドール誘導体三量体を分離する工程を有することを特徴とする精製方法。
Figure 2007119386
(式中、Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルキル基、アリール基、又は、ヘテロ環式化合物残基を表す。)
A method for purifying an indole derivative trimer, which removes a metal impurity from an indole derivative trimer containing a metal impurity, wherein at least water is added to the indole derivative trimer represented by the following general formula (1) containing the metal impurity. Purification comprising mixing a imidazole compound that forms a complex with a metal impurity under heating in a solvent containing the mixture, and separating the indole derivative trimer from which the metal impurity has been removed from the resulting mixture. Method.
Figure 2007119386
(In the formula, each R is independently a hydrogen atom, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, sulfonyl group, sulfonic acid group, Represents a trifluoromethylthio group, a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, an alkoxyl group, an alkylthio group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic compound residue.)
前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体は、下記式(2)で表されるインドール誘導体を金属化合物からなる酸化剤により化学重合して得られたものである請求項1に記載の精製方法。
Figure 2007119386
(式中、Rは、各々独立に、一般式(1)におけるRと同様の意味を示す。)
The purification method according to claim 1, wherein the indole derivative trimer containing a metal impurity is obtained by chemically polymerizing an indole derivative represented by the following formula (2) with an oxidizing agent comprising a metal compound.
Figure 2007119386
(In the formula, each R independently represents the same meaning as R in the general formula (1).)
前記イミダゾール化合物と同時又はイミダゾール化合物との混合前に、前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体とプロトン酸とを混合することを特徴とする請求項1に記載の精製方法。   2. The purification method according to claim 1, wherein the indole derivative trimer containing the metal impurity and the protonic acid are mixed simultaneously with the imidazole compound or before mixing with the imidazole compound. 前記プロトン酸は、30質量%以下の濃度の水溶液として混合されることを特徴とする請求項3に記載の精製方法。   The purification method according to claim 3, wherein the protonic acid is mixed as an aqueous solution having a concentration of 30% by mass or less. 前記金属不純物は、鉄を金属成分として含有するものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の精製方法。   The purification method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal impurity contains iron as a metal component. 前記イミダゾール化合物が、1H−イミダゾールであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の精製方法。   The purification method according to any one of claims 1 to 5, wherein the imidazole compound is 1H-imidazole. 前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体と、前記水を含む溶媒、イミダゾール化合物及び/又はプロトン酸との混合物が、80℃以上、混合物の還流温度以下の温度範囲で加熱処理されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の精製方法。   A mixture of the indole derivative trimer containing the metal impurity and the water-containing solvent, imidazole compound and / or protonic acid is heat-treated in a temperature range of 80 ° C. or higher and below the reflux temperature of the mixture. The purification method according to any one of claims 1 to 6. 前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体を100〜300℃の温度範囲に加熱した後、前記水を含む溶媒、イミダゾール化合物及び/又はプロトン酸を混合することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の精製方法。   The indole derivative trimer containing the metal impurities is heated to a temperature range of 100 to 300 ° C, and then the solvent containing water, the imidazole compound and / or the protonic acid are mixed. The purification method according to any one of the above. プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンが作用するように動作し得る電気化学セルの電極活物質の製造方法であって、金属不純物を含む下記一般式(1)で表されるインドール誘導体三量体を、電気化学セルに使用される電解質と同一化学種のアニオンを含むプロトン酸の水溶液と加熱下に混合し、次いで/又は同時に、金属不純物と金属錯体を形成するイミダゾール化合物を混合し、得られた混合物から、金属不純物の除去され、プロトン酸アニオンがドープされた前記インドール誘導体三量体を分離する工程を有することを特徴とする電極活物質の製造方法。
Figure 2007119386
(式中、Rは、各々独立に、水素原子、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、ビニル基、ハロゲン原子、アシル基、シアノ基、アミノ基、トリフルオロメチル基、スルホニル基、スルホン酸基、トリフルオロメチルチオ基、カルボン酸エステル基、スルホン酸エステル基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルキル基、アリール基、又は、ヘテロ環式化合物残基を表す。)
A method for producing an electrode active material for an electrochemical cell containing an electrolyte containing a proton source and capable of operating so that protons act as charge carriers in an oxidation-reduction reaction associated with charge and discharge. The indole derivative trimer represented by (1) is mixed with an aqueous solution of a protonic acid containing an anion of the same chemical species as the electrolyte used in the electrochemical cell under heating, and / or simultaneously with a metal impurity and a metal. An electrode active material comprising the steps of: mixing an imidazole compound that forms a complex; and separating the indole derivative trimer doped with a proton acid anion from which metal impurities have been removed. Production method.
Figure 2007119386
(In the formula, each R is independently a hydrogen atom, hydroxyl group, carboxyl group, nitro group, vinyl group, halogen atom, acyl group, cyano group, amino group, trifluoromethyl group, sulfonyl group, sulfonic acid group, Represents a trifluoromethylthio group, a carboxylic acid ester group, a sulfonic acid ester group, an alkoxyl group, an alkylthio group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic compound residue.)
前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体は、下記式(2)で表されるインドール誘導体を金属化合物からなる酸化剤により化学重合して得られたものである請求項9に記載の電極活物質の製造方法。
Figure 2007119386
(式中、Rは、各々独立に、一般式(1)におけるRと同様の意味を示す。)
The electrode active material according to claim 9, wherein the indole derivative trimer containing a metal impurity is obtained by chemical polymerization of an indole derivative represented by the following formula (2) with an oxidizing agent comprising a metal compound. Manufacturing method.
Figure 2007119386
(In the formula, each R independently represents the same meaning as R in the general formula (1).)
前記プロトン酸の水溶液は、30質量%以下の濃度であることを特徴とする請求項9又は10に記載の電極活物質の製造方法。   The method for producing an electrode active material according to claim 9 or 10, wherein the aqueous solution of the protonic acid has a concentration of 30% by mass or less. 前記金属不純物は、鉄を金属成分として含有するものであることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の電極活物質の製造方法。   The method for producing an electrode active material according to claim 9, wherein the metal impurity contains iron as a metal component. 前記イミダゾール化合物が、1H−イミダゾールであることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の精製方法。   The purification method according to any one of claims 9 to 12, wherein the imidazole compound is 1H-imidazole. 前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体と、前記プロトン酸の水溶液又は/及びイミダゾール化合物との混合物を、80℃以上、混合物の還流温度以下の温度範囲で熱処理されることを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の電極活物質の製造方法。   The indole derivative trimer containing the metal impurity and the mixture of the aqueous solution of the proton acid and / or the imidazole compound are heat-treated at a temperature range of 80 ° C. or higher and lower than the reflux temperature of the mixture. The method for producing an electrode active material according to any one of 9 to 13. 前記金属不純物を含むインドール誘導体三量体を100〜300℃の温度範囲に加熱した後、前記プロトン酸の水溶液又は/及びイミダゾール化合物を混合することを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の電極活物質の製造方法。   The indole derivative trimer containing the metal impurity is heated to a temperature range of 100 to 300 ° C., and then the aqueous solution of the protonic acid or / and the imidazole compound are mixed. A method for producing the electrode active material according to Item. 請求項9乃至15のいずれか1項に記載の製造方法で得られるインドール誘導体三量体を含む電極活物質。   The electrode active material containing the indole derivative trimer obtained by the manufacturing method of any one of Claims 9 thru | or 15. 前記インドール誘導体三量体の純度が95%以上である請求項16に記載の電極活物質。   The electrode active material according to claim 16, wherein the purity of the indole derivative trimer is 95% or more. プロトン源を含む電解質を含有し、充放電に伴う酸化還元反応において電荷キャリアとしてプロトンが作用するように動作し得る電気化学セルであって、電極活物質として少なくとも請求項16又は17に記載の電極活物質を含む電気化学セル。   18. An electrochemical cell comprising an electrolyte containing a proton source and capable of operating so that protons act as charge carriers in a redox reaction associated with charge and discharge, wherein the electrode according to claim 16 or 17 is used as an electrode active material. An electrochemical cell containing an active material.
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