JP2007227136A - Power storage device - Google Patents

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JP2007227136A JP2006046543A JP2006046543A JP2007227136A JP 2007227136 A JP2007227136 A JP 2007227136A JP 2006046543 A JP2006046543 A JP 2006046543A JP 2006046543 A JP2006046543 A JP 2006046543A JP 2007227136 A JP2007227136 A JP 2007227136A
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organic compound
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Nobuhiko Hojo
伸彦 北條
Tomo Inatomi
友 稲富
Taisuke Yamamoto
泰右 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power storage device of high reliability, in which the capacity reduction of the charged power storage device can be suppressed and in which short circuit between positive and negative electrodes is prevented. <P>SOLUTION: This is the power storage device including the positive electrode, containing a positive electrode active material, the negative electrode containing a negative electrode active material, and an electrolyte, at least either of the positive electrode active material and the negative electrode active material contains an organic compound, having a π-electron conjugate cloud or the organic compound having a radical, and it has an inorganic porous film having a through hole between the positive electrode and the negative electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、蓄電デバイスの高信頼性化に関するものである。   The present invention relates to high reliability of an electricity storage device.

近年、ガソリンと電気との両方のエネルギーで駆動することのできるハイブリッド自動車や、無停電電源、移動体通信機器、携帯電子機器等の電源を必要とする機器の普及に伴い、その電源の需要は非常に大きくなっている。   In recent years, with the widespread use of hybrid vehicles that can be driven by both gasoline and electricity, and uninterruptible power supplies, mobile communication devices, portable electronic devices, and other devices that require power sources, the demand for such power sources has increased. It is very big.

そのため、それら電源としてリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタの高性能化が強く要望されており、それらの高性能化開発が精力的に進められている。   For this reason, there is a strong demand for higher performance of lithium-ion batteries and electric double layer capacitors as power sources, and development of higher performance of these is energetically advanced.

例えば、高出力、高エネルギー密度な蓄電デバイスを実現するために、有機化合物を電極材料に用いる検討が行われており、最近高速の充放電が期待できる新しい活物質としてπ電子共役雲を有する有機化合物及びその反応メカニズムが本発明者らによって明らかにされている(例えば、特許文献1参照)。   For example, in order to realize an electricity storage device with high output and high energy density, studies have been made on using organic compounds as electrode materials. The compound and the reaction mechanism thereof have been clarified by the present inventors (see, for example, Patent Document 1).

一方、リチウムイオン電池の高性能化開発の一つとして、高信頼性化のための取り組みが挙げられる。例えば、正極と負極の電極間の短絡を防止するために、正極板あるいは負極板表面に短絡防止層を付与する技術が開示されている(例えば、特許文献2および3参照)。
特開2004−111374号公報 特開2005−327680号公報 特開2005−285605号公報
On the other hand, as one of the developments for improving the performance of lithium-ion batteries, efforts for higher reliability can be mentioned. For example, in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, a technique of providing a short circuit prevention layer on the surface of the positive electrode plate or the negative electrode plate is disclosed (for example, see Patent Documents 2 and 3).
JP 2004-111374 A JP 2005-327680 A JP 2005-285605 A

電極活物質としてπ電子共役雲を有する有機化合物や、ラジカルを有する有機化合物を用いた蓄電デバイスにおいて、充放電反応を繰り返すと、充電した蓄電デバイスの放電電気容量が低下するという課題がある。   In an electricity storage device using an organic compound having a π-electron conjugated cloud or an organic compound having a radical as an electrode active material, there is a problem that when the charge / discharge reaction is repeated, the discharge electric capacity of the charged electricity storage device decreases.

これは、活物質である有機化合物が、電解質に用いる溶媒との組み合わせによっては充放電に伴い電極内部から電解質中に無視できない程に溶け出してしまい、溶出した活物質が正負極間を自由に動くことができることに起因している。電解質中に溶出した活物質は、電解質中を自由に動くことができるため、負極表面で還元され、ついで正極表面で酸化される。すなわち、正極、負極の両極において活物質の放電反応を引き起こす。換言すると、溶出した活物質により正負極間に化学的な内部短絡を引き起こしてしまうとも言うことができる。このことにより、充電した蓄電デバイスを使用せずにおいておくだけで、使用する時には蓄電デバイスの蓄電容量が低下してしまうことになる。   This is because the organic compound that is the active material dissolves to the extent that it cannot be ignored from the inside of the electrode due to charge / discharge depending on the combination with the solvent used in the electrolyte, and the eluted active material freely passes between the positive and negative electrodes. This is due to being able to move. Since the active material eluted in the electrolyte can freely move in the electrolyte, it is reduced on the negative electrode surface and then oxidized on the positive electrode surface. That is, an active material discharge reaction is caused in both the positive electrode and the negative electrode. In other words, it can be said that the eluted active material causes a chemical internal short circuit between the positive and negative electrodes. As a result, the storage capacity of the electricity storage device is reduced when the electricity storage device is used without being charged.

また、電解質中に溶け出してしまった活物質は、電極内で再び電池反応をすることはできず、溶出分に対応する蓄電デバイス容量の低下にもつながる。   In addition, the active material dissolved in the electrolyte cannot react with the battery again in the electrode, leading to a reduction in the capacity of the electricity storage device corresponding to the amount of elution.

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電デバイスは、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、電解質と、を含む蓄電デバイスであって、
正極活物質と負極活物質との少なくともいずれかは、π電子共役雲を有する有機化合物またはラジカルを有する有機化合物を含んでおり、
正極と負極との間に、貫通孔を有する無機多孔質膜を有していること、を特徴とする。
In order to solve the conventional problem, an electricity storage device of the present invention is an electricity storage device including a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and an electrolyte.
At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material contains an organic compound having a π electron conjugated cloud or an organic compound having a radical,
An inorganic porous film having a through hole is provided between the positive electrode and the negative electrode.

貫通孔を有する無機多孔質膜を正極と負極との間に設けることにより、溶出した活物質が正負極間を自由に動き回ることを抑制することができる。これにより、充電した蓄電デバイスの容量低下を抑制することができる。   By providing the inorganic porous film having a through hole between the positive electrode and the negative electrode, it is possible to suppress the eluted active material from freely moving between the positive and negative electrodes. Thereby, the capacity | capacitance fall of the charged electrical storage device can be suppressed.

さらに、無機多孔質膜は耐熱性や機械強度に優れるため、これを正負極間に設けることにより、正負極間の短絡を防止した高信頼性の蓄電デバイスを提供することができる。   Furthermore, since the inorganic porous film is excellent in heat resistance and mechanical strength, providing this between the positive and negative electrodes can provide a highly reliable power storage device that prevents a short circuit between the positive and negative electrodes.

また、本発明の蓄電デバイスは、貫通孔を有する無機多孔質膜層の貫通孔表面にイオン性の官能基を有する有機化合物が修飾されてることが好ましい。イオン性の官能基は、溶出した帯電状態の活物質とクーロン相互作用を生じ、溶出した活物質が正負極間を自由に動き回ることを、より抑制することができるからである。   In the electricity storage device of the present invention, it is preferable that an organic compound having an ionic functional group is modified on the surface of the through hole of the inorganic porous membrane layer having the through hole. This is because the ionic functional group causes Coulomb interaction with the eluted charged active material, and can further prevent the eluted active material from freely moving between the positive and negative electrodes.

本発明の蓄電デバイスによれば、π電子共役雲を有する有機化合物またはラジカルを有する有機化合物を活物質として含む電極を用いた高出力、高エネルギー密度を有する蓄電デバイスにおいて、高信頼性化をもたらすことができる。   According to the electricity storage device of the present invention, high reliability is achieved in an electricity storage device having a high output and high energy density using an electrode containing an organic compound having a π-electron conjugated cloud or an organic compound having a radical as an active material. be able to.

(実施の形態1)
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施の形態1における蓄電デバイスは、正極活物質としてπ電子共役雲を有する有機化合物またはラジカルを有する有機化合物を含む正極と、負極活物質を含む負極と、電解質と、を含む蓄電デバイスであって、正極と負極との間に、貫通孔を有する無機多孔質膜層を有している蓄電デバイスである。   The electricity storage device in Embodiment 1 is an electricity storage device including a positive electrode including an organic compound having a π-electron conjugated cloud or an organic compound having a radical as a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and an electrolyte. Thus, the electricity storage device has an inorganic porous film layer having a through hole between the positive electrode and the negative electrode.

図1は本発明の実施の形態1における蓄電デバイスを模式的に示した概略断面図である。図1において、正極13は、π電子共役雲またはラジカルを有する有機化合物が活物質として含まれた電極であり、正極13の表面に無機多孔質膜層14が配置されている。また、セパレータ15は、正極13と負極18との間に配置されている。セパレータ15に電解質溶液が注入され含浸された場合には、電解質としても作用する。その上に、負極18が正極13と対向するように配置され、これらの組は、ケース11および封口板16に挟まれるようにして、ガスケット19を用いてカシメられ、密封されて蓄電デバイスが構成される。また、正極13とケース11との間には、必要に応じて正極集電体12が配置され、負極18と封口板18との間には、必要に応じて負極集電体17が配置されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an electricity storage device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a positive electrode 13 is an electrode containing an organic compound having a π-electron conjugated cloud or a radical as an active material, and an inorganic porous film layer 14 is disposed on the surface of the positive electrode 13. The separator 15 is disposed between the positive electrode 13 and the negative electrode 18. When an electrolyte solution is injected and impregnated into the separator 15, it also acts as an electrolyte. On top of that, the negative electrode 18 is disposed so as to face the positive electrode 13, and these sets are clamped using a gasket 19 so as to be sandwiched between the case 11 and the sealing plate 16, and sealed to form an electricity storage device. Is done. Further, a positive electrode current collector 12 is disposed between the positive electrode 13 and the case 11 as necessary, and a negative electrode current collector 17 is disposed between the negative electrode 18 and the sealing plate 18 as necessary. ing.

以下に実施の形態1における蓄電デバイスにおける主要な構成要素について詳細に説明する。   The main components in the electricity storage device in Embodiment 1 will be described in detail below.

正極13には、π電子共役雲またはラジカルを有する有機化合物(図示せず)が活物質として含まれている。   The positive electrode 13 contains an organic compound (not shown) having a π-electron conjugated cloud or radical as an active material.

π電子共役雲を有する有機化合物としては、例えば以下に示す一般式(1)、一般式(2)で表わされる構造を有する有機化合物などが挙げられる。   Examples of the organic compound having a π electron conjugated cloud include organic compounds having structures represented by the following general formula (1) and general formula (2).

一般式(1):   General formula (1):

(式中、Xは硫黄原子、または酸素原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、R、Rはそれぞれ水素原子、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(2):
(In the formula, X is a sulfur atom or an oxygen atom, R 1 to R 4 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, nitro group or A nitroso group, wherein R 5 and R 6 are a hydrogen atom, a chain aliphatic group, and a cyclic aliphatic group, respectively, and the aliphatic group includes an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, (Including at least one selected from the group consisting of boron atoms and halogen atoms)
General formula (2):

(式中、Xは窒素原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、R、Rはそれぞれ水素原子、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
また、本発明の別のπ電子共役雲を有する有機化合物としては、例えば以下に示す一般式(3)で表わされる構造を有する有機化合物などが挙げられる。
(Wherein X is a nitrogen atom, R 1 to R 4 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, nitro group or nitroso group. , R 5 , and R 6 are each a hydrogen atom, a chain aliphatic group, or a cyclic aliphatic group, and the aliphatic group includes an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, a boron atom, and a halogen atom. (Including at least one selected from the group consisting of atoms.)
Examples of the organic compound having another π-electron conjugated cloud of the present invention include an organic compound having a structure represented by the following general formula (3).

一般式(3):   General formula (3):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(1)で表される化合物としては、具体的には、例えば一般式(4)で表される化合物や式(5)で表される化合物が挙げられる。
Wherein X 1 to X 4 are each independently a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, and R 1 to R 2 are each an independent chain aliphatic group or cyclic aliphatic group, The aliphatic group includes at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, and a boron atom.)
Specific examples of the compound represented by the general formula (1) include a compound represented by the general formula (4) and a compound represented by the formula (5).

一般式(4):   General formula (4):

(式中、R〜RおよびR〜R10はそれぞれ鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子の群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
式(5):
(Wherein R 1 to R 4 and R 7 to R 10 are each a chain aliphatic group, a cyclic aliphatic group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, or a nitroso group; The aliphatic group contains at least one selected from the group consisting of oxygen atom, nitrogen atom, sulfur atom, silicon atom, phosphorus atom, boron atom and halogen atom.
Formula (5):

式(5)の化合物は一般式(1)の化合物群の中でも分子量が小さく、早い反応速度が期待される。   The compound of the formula (5) has a small molecular weight among the compound group of the general formula (1), and a high reaction rate is expected.

また一般式(4)の群は2つの5員環に位置された2つのベンゼン環の存在によって2つの5員環から電子が抜き取られるエネルギーレベルが接近し、あたかも1電子反応のように反応が進行する。したがって反応速度が一般式(1)においてR、Rがベンゼン環を含まない場合に比べて早くなる。一般式(4)の化合物の代表例としては、式(6)〜式(9)で表される化合物が好ましい化合物として挙げられる。 In the group of the general formula (4), the energy level at which electrons are extracted from the two 5-membered rings approaches due to the presence of the two benzene rings located in the two 5-membered rings, and the reaction is as if it were a one-electron reaction. proceed. Therefore reaction rate R 5, R 6 in the general formula (1) is advanced as compared with the case without the benzene ring. As typical examples of the compound of the general formula (4), compounds represented by the formulas (6) to (9) are preferable compounds.

式(6):   Formula (6):

式(7):   Formula (7):

式(8):   Formula (8):

式(9):   Formula (9):

上述した一般式(3)で表される化合物としては、具体的には、例えば一般式(10)〜(13)で表される化合物が挙げられる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (3) described above include compounds represented by the general formulas (10) to (13).

一般式(10):   General formula (10):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(11):
(In the formula, X 1 to X 4 are each independently a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, R 3 to R 6 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, A hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group or a nitroso group, and the aliphatic group is at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, a boron atom and a halogen atom. Including seeds.)
General formula (11):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、Y、Zはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、メチレン基よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(12):
(Wherein X 1 to X 4 are each independently a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, Y, Z are independently selected from the group consisting of a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, and methylene group. (Including at least one selected)
Formula (12):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、R、R10はそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(13):
(Wherein X 1 to X 4 are each independently a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, R 9 and R 10 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, A hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group or a nitroso group, and the aliphatic group is at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, a boron atom and a halogen atom. Including seeds.)
General formula (13):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
また、ラジカルを有する有機化合物としては、分子内にニトロキシラジカルと酸素ラジカルとの少なくともいずれかを有する有機化合物が挙げられる。具体的には、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,5,5−テトラメチル−3−イミダゾリウム−1−ロキシに代表されるニトリキシラジカル類、キノン、ベンゾキノンなどのキノン類が挙げられる。
(Wherein, including X 1 to X 4 each independently represents a sulfur atom, an oxygen atom, a selenium atom, at least one selected from the group consisting of tellurium atoms.)
Moreover, as an organic compound which has a radical, the organic compound which has at least any one of a nitroxy radical and an oxygen radical in a molecule | numerator is mentioned. Specifically, nitroxy radicals represented by 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 2,2,5,5-tetramethyl-3-imidazolium-1-loxy, quinone And quinones such as benzoquinone.

以上の種々の有機化合物からなる正極活物質を正極13に用いる形態では、有機化合物に電子伝導性を付与する目的で、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素材料、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子を化合物と混合して用いることができる。   In the embodiment in which the positive electrode active material composed of the various organic compounds described above is used for the positive electrode 13, carbon materials such as carbon black, graphite, and acetylene black, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and the like are used for the purpose of imparting electronic conductivity to the organic compound. A conductive polymer can be used by mixing with a compound.

また、正極13に、イオン導電性助剤としてポリエチレンオキシドなどからなる固体電解質、ポリメタクリル酸メチルなどからなるゲル電解質を混合してもよい。   Further, the positive electrode 13 may be mixed with a solid electrolyte made of polyethylene oxide or the like as an ion conductive auxiliary agent, or a gel electrolyte made of polymethyl methacrylate or the like.

さらに有機化合物の結着を目的として、正極13に、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−ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアクリル酸などのバインダーを混合しても良い。   Furthermore, for the purpose of binding organic compounds, the positive electrode 13 is mixed with a binder such as polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyimide, or polyacrylic acid. You may do it.

上記の電極材料は、一般の電池と同様、金属箔、金属メッシュ、導電性フィラーを含む
樹脂フィルムなどの正極集電体12に付与されるのが好ましい。
The electrode material is preferably applied to the positive electrode current collector 12 such as a metal foil, a metal mesh, or a resin film containing a conductive filler, as in a general battery.

電解質(図示せず)は電解質化合物を含む溶液、さらに上記電解質溶液をポリアクリロニトリル、アクリレートモノマーあるいはメタクリレートモノマーを含む重合体、エチレンとアクリロニトリルの共重合体を用いてゲル化されたポリマー電解質、あるいは固体電解質が適用される。電解質が溶液の場合は電解質溶液がセパレータ15に含浸されて使用されるのが好ましい。   The electrolyte (not shown) is a solution containing an electrolyte compound, and the electrolyte solution is a polymer electrolyte containing polyacrylonitrile, an acrylate monomer or a methacrylate monomer, a polymer electrolyte gelled with a copolymer of ethylene and acrylonitrile, or a solid An electrolyte is applied. When the electrolyte is a solution, the separator 15 is preferably impregnated with the electrolyte solution.

電解質としては、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシタに用いることでのできるものが使用可能である。具体的には、以下に挙げるカチオンとアニオンの組み合わせにより形成される塩を用いることができる。カチオン種としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属カチオンやマグネシウムなどのアルカリ土類金属カチオン、テトラエチルアンモニウムや1、3−エチルメチルイミダゾリウムに代表される4級アンモニウムカチオンを用いることができる。アニオン種としては、ハロゲン化物アニオン、過塩素酸アニオンおよびトリフルオロメタンスルホン酸アニオン、四ホウフッ化物アニオン、トリフルオロリン6フッ化物アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドアニオン、などが挙げられる。これらは単独あるいは混合して用いることができる。   As electrolyte, what can be used for a lithium ion battery and a non-aqueous electric double layer capacitor can be used. Specifically, salts formed by combinations of cations and anions listed below can be used. As the cation species, alkali metal cations such as lithium, sodium and potassium, alkaline earth metal cations such as magnesium, quaternary ammonium cations such as tetraethylammonium and 1,3-ethylmethylimidazolium can be used. Anionic species include halide anions, perchlorate anions and trifluoromethanesulfonate anions, tetraborofluoride anions, trifluorophosphoric hexafluoride anions, trifluoromethanesulfonate anions, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anions, bis (per Fluoroethylsulfonyl) imide anion, and the like. These can be used alone or in combination.

電解質自身が溶液状である場合、必ずしもそれらを溶媒と混合しなくとも、単独で用いることも可能である。電解質自身が固体である場合、以下に挙げるような溶媒に溶解させて用いることが必要である。   When the electrolyte itself is in the form of a solution, it can be used alone without necessarily mixing it with a solvent. When the electrolyte itself is solid, it is necessary to use it by dissolving it in the following solvent.

電解質溶液を形成する溶媒には、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシタに用いることでのできるものは使用可能である。具体的には、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ブチルラクトン、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、アセトニトリル等の非水溶媒が好ましい。これらは単独あるいは混合して用いることができる。   As the solvent for forming the electrolyte solution, those that can be used for lithium ion batteries and non-aqueous electric double layer capacitors can be used. Specifically, nonaqueous solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyl lactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, and acetonitrile are preferable. These can be used alone or in combination.

その他固体電解質にはLiS−SiS、LiS−B、LiS−P−GeS、ナトリウム/アルミナ(Al)無定形または低相転移温度(Tg)のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデン−6フッ化プロピレンコポリマー、異種高分子ブレンド体ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。なお、いずれも充電時に上記化合物に配位されるカチオンを含むことが必要である。 Other solid electrolytes include Li 2 S—SiS 2 , Li 2 S—B 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —GeS 2 , sodium / alumina (Al 2 O 3 ) amorphous or low phase transition temperature ( Tg) polyether, amorphous vinylidene fluoride-6-fluoropropylene copolymer, heterogeneous polymer blend polyethylene oxide and the like. In addition, all need to contain the cation coordinated to the said compound at the time of charge.

次に負極18について説明する。本発明の実施の形態1における負極18は、負極活物質として、グラファイトや、非晶質炭素材料、リチウム金属、リチウム含有複合窒化物、リチウム含有チタン酸化物、スズ(Sn)、シリコン(Si)、シリコン酸化物(SiOx)、活性炭、カーボンナノチューブなどの炭素化合物または他の金属との複合物を用いることができる。あるいは、本発明の正極材料で挙げた有機化合物も相対的に反応電位の低いものであれば、負極活物質材料として使用できる。   Next, the negative electrode 18 will be described. In the first embodiment of the present invention, the negative electrode 18 includes, as a negative electrode active material, graphite, amorphous carbon material, lithium metal, lithium-containing composite nitride, lithium-containing titanium oxide, tin (Sn), and silicon (Si). , Silicon oxide (SiOx), activated carbon, carbon compounds such as carbon nanotubes, or composites with other metals can be used. Or the organic compound quoted by the positive electrode material of this invention can also be used as a negative electrode active material material, if a reaction potential is relatively low.

本発明の負極活物質である活性炭を負極18に用いる場合には、電子伝導性を付与する目的で、負極18にカーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素材料、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子を化合物と混合して用いることができる。   When activated carbon, which is the negative electrode active material of the present invention, is used for the negative electrode 18, for the purpose of imparting electronic conductivity, the negative electrode 18 is made of a carbon material such as carbon black, graphite, acetylene black, and conductive materials such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene. The functional polymer can be used by mixing with a compound.

また負極18に、イオン導電性助剤として、ポリエチレンオキシドなどからなる固体電解質、ポリメタクリル酸メチルなどからなるゲル電解質を混合してもよい。   The negative electrode 18 may be mixed with a solid electrolyte made of polyethylene oxide or the like, or a gel electrolyte made of polymethyl methacrylate or the like as an ion conductive auxiliary agent.

さらに負極活物質の電極への結着を目的として、負極18に、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−ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、アクリロニトリル、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、などのバインダーを混合してもよい。   Further, for the purpose of binding the negative electrode active material to the electrode, the negative electrode 18 is coated with polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyimide. , Binders such as polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, acrylonitrile, butadiene rubber, styrene butadiene rubber may be mixed.

上記の電極材料は、一般の電池と同様、金属箔、金属メッシュ、導電性フィラーを含む
樹脂フィルムなどの負極集電体17に付与されるのが好ましい。
The electrode material is preferably applied to the negative electrode current collector 17 such as a metal foil, a metal mesh, or a resin film containing a conductive filler, as in a general battery.

本実施の形態1における貫通孔を有する無機多孔質膜14としては、金属酸化物、ガラス、セラミックスのいずれか、もしくはこれらの混合物が使用可能である。熱安定性、化学安定性の観点から、具体的にはシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等が好適に用いられる。これらに混合するものとしては、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−ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、アクリロニトリル、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、などのバインダーを用いることができる。   As the inorganic porous film 14 having a through hole in the first embodiment, any of metal oxide, glass, ceramics, or a mixture thereof can be used. Specifically, silica, alumina, titania, zirconia and the like are preferably used from the viewpoint of thermal stability and chemical stability. As those to be mixed with these, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyimide, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose, acrylonitrile, Binders such as butadiene rubber and styrene butadiene rubber can be used.

貫通孔を有する無機多孔質膜14の配置は、膜状に加工した無機多孔質膜を用いて、図1に示すように正極13とセパレータ15(電解質)との間、またはセパレータ15(電解質)と負極18の間に配置してもよい。また、正極13、セパレータ15、または負極18の表面に直接無機多孔質膜14を合成してもよい。また電解質が固体の場合、固体電解質の表面に直接無機多孔質膜14を合成してもよい。   As shown in FIG. 1, the inorganic porous film 14 having through holes is arranged between the positive electrode 13 and the separator 15 (electrolyte) or the separator 15 (electrolyte) using an inorganic porous film processed into a film shape. And the negative electrode 18. Alternatively, the inorganic porous film 14 may be directly synthesized on the surface of the positive electrode 13, the separator 15, or the negative electrode 18. When the electrolyte is solid, the inorganic porous film 14 may be directly synthesized on the surface of the solid electrolyte.

具体的には、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の微粒子を水あるいは有機溶媒に分散させ、得たスラリーを正極13、セパレータ15、または負極18の表面に塗布、乾燥することによって得られる。もしくは、ゾルーゲル法で、正極13、セパレータ15、または負極18の表面に無機多孔質膜14を形成してもよい。具体的には、テトラエトキシシランやチタンテトライソプロポキシドに代表されるような金属アルコキシドを、水溶媒あるいは有機溶媒に溶解させ、加水分解、重縮合して得られたゲルを正極13、セパレータ15、または負極18の表面に塗布、乾燥することによっても得られる。   Specifically, it is obtained by dispersing fine particles of silica, alumina, titania, zirconia or the like in water or an organic solvent, and applying and drying the obtained slurry on the surface of the positive electrode 13, the separator 15, or the negative electrode 18. Alternatively, the inorganic porous film 14 may be formed on the surface of the positive electrode 13, the separator 15, or the negative electrode 18 by a sol-gel method. Specifically, a gel obtained by dissolving a metal alkoxide such as tetraethoxysilane or titanium tetraisopropoxide in an aqueous solvent or an organic solvent, and hydrolyzing and polycondensing the positive electrode 13 and the separator 15. Alternatively, it can be obtained by applying and drying on the surface of the negative electrode 18.

次に、本発明の正極13と負極18との間に貫通孔を有する無機多孔質膜14を有している蓄電デバイスの効果について説明する。   Next, the effect of the electrical storage device which has the inorganic porous film 14 which has a through-hole between the positive electrode 13 and the negative electrode 18 of this invention is demonstrated.

貫通孔を有する無機多孔質膜14を正負極間に設けることにより、溶出した活物質が正負極間を自由に動き回ることを抑制することができる。これにより、充電した蓄電デバイスの内部短絡による容量低下を抑制することができる。   By providing the inorganic porous membrane 14 having a through hole between the positive and negative electrodes, it is possible to suppress the eluted active material from freely moving between the positive and negative electrodes. Thereby, the capacity | capacitance fall by the internal short circuit of the charged electrical storage device can be suppressed.

例えば、正極活物質としてπ電子共役雲を有する有機化合物としてのテトラチアフルバレンを用いた場合、充電時に正極活物質は正の電荷を帯び、電解質に溶出する。正の電荷を帯びた正極活物質は、電解質アニオンや溶媒によって溶媒和された構造体を形成する。これらの正極活物質を含んだ構造体が電解質中を自由に動き回り、正極13表面と負極18表面を往復することによって容量の低下が生じるため、正負極間にこれらの活物質構造体の移動を抑制する無機多孔質膜14を配置することが有効となる。   For example, when tetrathiafulvalene as an organic compound having a π-electron conjugated cloud is used as the positive electrode active material, the positive electrode active material is positively charged during the charge and is eluted into the electrolyte. The positive electrode active material having a positive charge forms a structure solvated by an electrolyte anion or a solvent. Since the structure including these positive electrode active materials freely moves in the electrolyte and the capacity is reduced by reciprocating between the surface of the positive electrode 13 and the surface of the negative electrode 18, the movement of these active material structures between the positive and negative electrodes is caused. It is effective to dispose the inorganic porous film 14 to be suppressed.

帯電した正極活物質は、正極活物質同士の相互作用やアニオンの配位、溶媒和によって、クラスター構造をとりうる。したがって、配置する無機多孔質膜14の貫通孔の細孔径が小さいことが有効であり、具体的には、50nm以下が好ましい。一方、電解質塩はイオンのサイズが帯電した活物質クラスターと比べて小さいため、無機多孔質膜14の配置による電解質イオンの移動を大きく抑制することはないと思われる。   The charged positive electrode active material can have a cluster structure due to the interaction between the positive electrode active materials, the coordination of anions, and the solvation. Therefore, it is effective that the pore diameter of the through hole of the inorganic porous film 14 to be arranged is small, and specifically, 50 nm or less is preferable. On the other hand, since the electrolyte salt is smaller than the charged active material cluster, it is considered that the migration of the electrolyte ion due to the arrangement of the inorganic porous membrane 14 is not greatly suppressed.

また、無機多孔質膜14は耐熱性、機械強度に優れるため、これを正負極間に設けることにより、正負極間の短絡を防止した高信頼性の蓄電デバイスを提供することができる。   Moreover, since the inorganic porous film 14 is excellent in heat resistance and mechanical strength, providing this between the positive and negative electrodes can provide a highly reliable power storage device that prevents a short circuit between the positive and negative electrodes.

(実施の形態2)
以下、本発明を実施するための第2の形態について、図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態2における蓄電デバイスは、用いる貫通孔を有する無機多孔質膜14の貫通孔表面にイオン性の官能基を有する有機化合物が修飾されていることを除き、実施の形態1と全く同じ構成であるため、同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。   The electricity storage device in the second embodiment is exactly the same as in the first embodiment except that the surface of the through-hole of the inorganic porous film 14 having the through-hole to be used is modified with an organic compound having an ionic functional group. Since it is a structure, the same code | symbol is used about the same component and description is abbreviate | omitted.

図2は本発明の蓄電デバイスに用いる、貫通孔を有する無機多孔質膜14の概略断面図であり、図3は無機多孔質膜14の貫通孔内部の概略図を示す。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the inorganic porous film 14 having through holes used in the electricity storage device of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of the inside of the through holes of the inorganic porous film 14.

図2において、無機多孔質膜14には、多数の貫通孔21が開いている。貫通孔21の内部は、図3に示すように、貫通孔21の表面22にイオン性の官能基であるスルホン酸基24を有する有機化合物23が修飾されている。   In FIG. 2, a large number of through holes 21 are opened in the inorganic porous film 14. As shown in FIG. 3, the inside of the through hole 21 is modified with an organic compound 23 having a sulfonic acid group 24 that is an ionic functional group on the surface 22 of the through hole 21.

例えば、正極活物質としてπ電子共役雲を有する有機化合物としてテトラチアフルバレンを用いた場合、充電時に正極活物質は正の電荷を帯び、電解質に溶出する。正の電荷を帯びた正極活物質は、電解質アニオンや溶媒によって溶媒和された構造体を形成する。これら活物質構造体は、トータルとして正の電荷を持っているため、無機多孔質膜14にある貫通孔21内部のイオン性の官能基とクーロン相互作用を生じ、無機多孔質膜14内部での自由な運動性が抑制されると考えられる。具体的には、イオン性の官能基がスルホン酸基の場合、無機多孔質膜14内部に電解質を含浸した状態でプロトンを解離し、負の電荷を有するアニオン性官能基(SO )となる。このアニオン性官能基の負の電荷と、溶出した正極活物質の持つ正の電荷によるクーロン引力により、無機多孔質膜14内部の正極活物質は貫通孔の表面22に引き寄せられ、自由な運動性を阻害されることになる。この作用により、溶出した正極活物質の正負極間の移動を抑制し、これによって、充電した蓄電デバイスの内部短絡による容量低下を抑制することができる。 For example, when tetrathiafulvalene is used as the organic compound having a π-electron conjugated cloud as the positive electrode active material, the positive electrode active material is positively charged during the charge and is eluted into the electrolyte. The positive electrode active material having a positive charge forms a structure solvated by an electrolyte anion or a solvent. Since these active material structures have a positive charge as a whole, they cause a Coulomb interaction with the ionic functional group inside the through hole 21 in the inorganic porous film 14, and the inside of the inorganic porous film 14. It is thought that free motility is suppressed. Specifically, when the ionic functional group is a sulfonic acid group, an anionic functional group (SO 3 ) having a negative charge is obtained by dissociating protons in a state where the inorganic porous membrane 14 is impregnated with an electrolyte. Become. Due to the negative charge of the anionic functional group and the Coulomb attractive force due to the positive charge of the eluted positive electrode active material, the positive electrode active material inside the inorganic porous film 14 is attracted to the surface 22 of the through-hole, and free mobility. Will be disturbed. By this action, the movement of the eluted positive electrode active material between the positive and negative electrodes can be suppressed, thereby suppressing the capacity reduction due to the internal short circuit of the charged power storage device.

貫通孔の表面22に修飾する有機化合物が有するイオン性官能基としては、正の電荷を有する官能基を用いることができる。正の電荷を有する官能基は、カチオンを遊離して、アニオン性を示す官能基であり、スルホン酸基以外にも、リン酸基、カルボン酸基、水酸基、エーテル結合、あるいはこれらのカチオン塩などが挙げられる。   A functional group having a positive charge can be used as the ionic functional group of the organic compound that modifies the surface 22 of the through hole. A functional group having a positive charge is a functional group that releases an anion and exhibits anionicity. Besides a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a carboxylic acid group, a hydroxyl group, an ether bond, or a cation salt thereof. Is mentioned.

本実施の形態2では、貫通孔の表面22に修飾する有機化合物が有するイオン性官能基として、正の電荷を有する官能基の場合で説明したが、用いることのできる官能基はこの限りではなく、逆の電荷を有する官能基である負の電荷を有する官能基でも溶出した正極活物質の正負極間の移動を抑制することができる。   In the second embodiment, the ionic functional group of the organic compound that modifies the surface 22 of the through hole has been described as a functional group having a positive charge. However, the functional group that can be used is not limited to this. Moreover, the movement between the positive electrode and the negative electrode of the positive electrode active material that has been eluted even with a functional group having a negative charge which is a functional group having a reverse charge can be suppressed.

負の電荷を有する官能基は、カチオンを受容して、カチオン性を示す官能基であり、アミン基、イミン基、アンモニウム基、あるいはこれらのアニオン塩などが挙げられる。例えば、アンモニウム基である第4級アンモニウム基を有する有機化合物を貫通孔の表面22に修飾した場合、無機多孔質膜14内部に電解液を含浸した状態で、第4級アンモニウム基はカチオンを受容し、カチオン性官能基となる。このカチオン性官能基の正の電荷と、溶出した正極活物質の持つ正の電荷によるクーロン斥力により、無機多孔質膜14内部への正極活物質の侵入が抑制され、溶出した正極活物質の正負極間の自由な移動を抑制し、これによって、充電した蓄電デバイスの内部短絡による容量低下を抑制することができる。   The functional group having a negative charge is a functional group that accepts a cation and exhibits a cationic property, and examples thereof include an amine group, an imine group, an ammonium group, and an anion salt thereof. For example, when an organic compound having a quaternary ammonium group, which is an ammonium group, is modified on the surface 22 of the through hole, the quaternary ammonium group accepts a cation while the inorganic porous membrane 14 is impregnated with an electrolytic solution. And a cationic functional group. Due to the positive charge of the cationic functional group and the Coulomb repulsion caused by the positive charge of the eluted positive electrode active material, the penetration of the positive electrode active material into the inorganic porous film 14 is suppressed, and the positive electrode active material thus eluted is positively charged. The free movement between the negative electrodes can be suppressed, and thereby the capacity reduction due to the internal short circuit of the charged power storage device can be suppressed.

無機多孔質膜14の貫通孔の表面22への、イオン性の官能基24を有する有機化合物23の修飾は、シランカップリング反応に代表されるようなカップリング反応により修飾することができる。貫通孔の表面22に存在する水酸基と、シランやチタン等の金属アルコキシドからなるカップリング剤との間の重縮合により、修飾することができる。イオン性官能基を有するカップリング剤を用いて、貫通孔の表面22に修飾してもよいし、貫通孔の表面22に有機化合物を修飾した後、化学反応により有機化合物内部にイオン性官能基24を導入してもよい。   Modification of the organic compound 23 having the ionic functional group 24 on the surface 22 of the through hole of the inorganic porous film 14 can be performed by a coupling reaction represented by a silane coupling reaction. Modification can be made by polycondensation between a hydroxyl group present on the surface 22 of the through hole and a coupling agent comprising a metal alkoxide such as silane or titanium. The coupling agent having an ionic functional group may be used to modify the surface 22 of the through-hole, or after modifying the organic compound on the surface 22 of the through-hole, the ionic functional group is contained inside the organic compound by a chemical reaction. 24 may be introduced.

また、本実施の形態2では、貫通孔の表面22に分子内に1つのイオン性官能基24を有する有機化合物223を修飾した例を示したが、分子内に複数の官能基を有していてもよいし、貫通孔の表面22に有機化合物を修飾した後、化学反応により官能基を有する有機化合物を重合し、複数の官能基を有する有機化合物を導入してもよい。また、貫通孔の表面22に導入する有機化合物は、高分子であってもよい。   In the second embodiment, the example in which the surface 22 of the through hole is modified with the organic compound 223 having one ionic functional group 24 in the molecule is shown. However, the surface has 22 functional groups in the molecule. Alternatively, after modifying the organic compound on the surface 22 of the through hole, the organic compound having a functional group may be polymerized by a chemical reaction to introduce the organic compound having a plurality of functional groups. The organic compound introduced into the surface 22 of the through hole may be a polymer.

以下に本発明の蓄電デバイスについて、実施例とともに詳細に説明する。   Hereinafter, the electricity storage device of the present invention will be described in detail together with examples.

(実施例1)
実施例1では、蓄電デバイスに用いる貫通孔を有する無機多孔質膜層として、厚み60μm、細孔径20nmのアルミナ多孔質膜(whatman社製、Anopore(商品名))を用いた。
Example 1
In Example 1, an alumina porous membrane (Whatman, Anopore (trade name)) having a thickness of 60 μm and a pore diameter of 20 nm was used as the inorganic porous membrane layer having through-holes used in the electricity storage device.

(実施例2)
実施例2では、蓄電デバイスに用いる貫通孔を有する無機多孔質膜層として、実施例1と同じアルミナ多孔質膜を用い、貫通孔表面に正の電荷を有する官能基であるスルホン酸基を有する有機化合物を修飾したアルミナ多孔質膜を用いた。
(Example 2)
In Example 2, the same alumina porous membrane as in Example 1 is used as the inorganic porous membrane layer having a through-hole used for the electricity storage device, and the surface of the through-hole has a sulfonic acid group that is a functional group having a positive charge. An alumina porous membrane modified with an organic compound was used.

アルミナ多孔質膜の貫通孔へのスルホン酸基を有する有機化合物の修飾は以下の方法で行った。   Modification of the organic compound having a sulfonic acid group to the through-hole of the alumina porous membrane was performed by the following method.

まず、有機分子の末端にエポキシ基を含んだアルコキシシラン化合物(CH(−O−)CHCHO(CHSi(OCH)0.1gをトルエン溶媒10mlに溶解し、この溶液にアルミナ多孔質膜(外径47mm)1枚を浸漬して、70℃で2時間反応させた。この工程により、アルミナ多孔質膜の貫通孔表面の水酸基(−OH)と上記アルコキシシラン化合物のアルコキシ基との間で脱アルコール反応が起こり、貫通孔表面への有機化合物を修飾することができた。脱アルコール反応は、(化14)に示す化学式のように進んだと考えられる。なお、(化14)に示す化学式において記載してある「表面」はアルミナ多孔質膜の貫通孔の表面を意味している。また、副生成物のアルコールは省略してある。 First, 0.1 g of an alkoxysilane compound (CH 2 (—O—) CHCH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) containing an epoxy group at the end of an organic molecule was dissolved in 10 ml of a toluene solvent, One alumina porous membrane (outer diameter 47 mm) was immersed in the solution and reacted at 70 ° C. for 2 hours. By this step, a dealcoholization reaction occurred between the hydroxyl group (—OH) on the surface of the through-hole of the alumina porous membrane and the alkoxy group of the alkoxysilane compound, and the organic compound on the surface of the through-hole could be modified. . It is considered that the dealcoholization reaction proceeded as represented by the chemical formula shown in (Chemical Formula 14). The “surface” described in the chemical formula shown in (Chemical Formula 14) means the surface of the through-hole of the alumina porous membrane. The by-product alcohol is omitted.

次に、アルミナ多孔質膜の貫通孔の表面に修飾した有機化合物にスルホン酸機の導入を行った。スルホン酸基の導入は以下の手順で行った。亜硫酸ナトリウム0.4gを水15mlに溶解し、この溶液に前工程において得られた、表面に有機化合物を導入したアルミナ多孔質膜を浸漬し、70℃で2時間反応させた。これにより、(化15)の化学式に示すように、貫通孔表面にスルホン酸基を導入した。   Next, a sulfonic acid machine was introduced into the organic compound modified on the surface of the through hole of the alumina porous membrane. The introduction of the sulfonic acid group was performed according to the following procedure. 0.4 g of sodium sulfite was dissolved in 15 ml of water, and the porous alumina membrane obtained by introducing an organic compound on the surface obtained in the previous step was immersed in this solution and reacted at 70 ° C. for 2 hours. Thereby, as shown in the chemical formula of (Chemical Formula 15), a sulfonic acid group was introduced into the surface of the through hole.

なお、貫通孔表面に修飾したスルホン酸基は、得られたアルミナ多孔質膜を0.1mol/Lの水酸化リチウム水溶液に浸漬することにより、末端のプロトンをリチウムで置換し、(化16)に示すようなスルホン酸Li塩化した。   The sulfonic acid group modified on the surface of the through-hole is obtained by immersing the obtained alumina porous membrane in a 0.1 mol / L lithium hydroxide aqueous solution, thereby substituting the terminal proton with lithium. Lithium sulfonate as shown in FIG.

(実施例3)
実施例3では、蓄電デバイスに用いる貫通孔を有する無機多孔質膜層として、実施例1と同じアルミナ多孔質膜を用い、貫通孔表面に負の電荷を有する官能基であるアミン基を有する有機化合物を修飾したアルミナ多孔質膜を用いた。
(Example 3)
In Example 3, the same alumina porous film as in Example 1 was used as the inorganic porous film layer having a through-hole used for the electricity storage device, and the organic group having an amine group as a functional group having a negative charge on the surface of the through-hole was used. A porous alumina membrane modified with a compound was used.

アルミナ多孔質膜の貫通孔へのアミン基を有する有機化合物の修飾は以下の方法で行った。   Modification of the organic compound having an amine group to the through-hole of the alumina porous membrane was performed by the following method.

まず、有機分子の末端にアミン基を含んだアルコキシシラン化合物(HN−(CHSi(OCH)0.1gをトルエン溶媒10mlに溶解し、この溶液にアルミナ多孔質膜(外径47mm)1枚を浸漬して、70℃で2時間反応させた。この工程により、アルミナ多孔質膜の貫通孔表面の水酸基(−OH)と上記アルコキシシラン化合物のアルコキシ基との間で脱アルコール反応が起こり、貫通孔表面への有機化合物を修飾することができた。脱アルコール反応は、(化17)に示す化学式のように進んだと考えられる。なお、(化17)に示す化学式において記載してある「表面」はアルミナ多孔質膜の貫通孔の表面を意味している。また、副生成物のアルコールは省略してある。 First, 0.1 g of an alkoxysilane compound (H 2 N— (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3 ) containing an amine group at the end of an organic molecule was dissolved in 10 ml of a toluene solvent, and an alumina porous membrane was dissolved in this solution. One (outside diameter 47 mm) was immersed and reacted at 70 ° C. for 2 hours. By this step, a dealcoholization reaction occurred between the hydroxyl group (—OH) on the surface of the through-hole of the alumina porous membrane and the alkoxy group of the alkoxysilane compound, and the organic compound on the surface of the through-hole could be modified. . It is considered that the dealcoholization reaction proceeded as represented by the chemical formula shown in (Chemical Formula 17). The “surface” described in the chemical formula shown in (Chemical Formula 17) means the surface of the through-hole of the alumina porous membrane. The by-product alcohol is omitted.

(無機多孔質膜の評価)
実施例1〜3により得られた無機多孔質膜を用い、溶出した活物質の多孔質膜の透過速度を測定した。無機多孔質膜の存在により、溶出した活物質の透過速度が遅い場合、溶出した活物質の多孔質膜内部の自由な運動を抑制していることを意味し、すなわち蓄電デバイスの容量低下を抑制することができることを意味する。
(Evaluation of inorganic porous membrane)
Using the inorganic porous membrane obtained in Examples 1 to 3, the permeation rate of the eluted active material porous membrane was measured. If the permeation rate of the eluted active material is slow due to the presence of the inorganic porous membrane, it means that free movement of the eluted active material inside the porous membrane is suppressed, that is, the capacity reduction of the electricity storage device is suppressed. Means that you can.

溶出した活物質の多孔質膜を透過する透過速度の測定は、以下の方法で行った。   The permeation rate of the eluted active material permeating through the porous membrane was measured by the following method.

測定は図4の評価セルを用いて行った。図4に示す評価セルにおいて、H型のガラスセル71は、間に無機多孔質膜サンプル74を挟み、二つの溶液槽72および73を隔離する構造になっている。無機多孔質膜サンプル74を挟んで一方の溶液槽72には溶出活物質溶液を入れ、他方の溶液槽73には溶出活物質を一切含まない有機溶媒73を入れた。各溶液槽ともに、撹拌子75を入れ、マグネチックスターラで撹拌した。   The measurement was performed using the evaluation cell shown in FIG. In the evaluation cell shown in FIG. 4, an H-type glass cell 71 has a structure in which an inorganic porous membrane sample 74 is sandwiched between the two solution tanks 72 and 73. The elution active material solution was placed in one solution tank 72 across the inorganic porous membrane sample 74, and the organic solvent 73 containing no elution active material was placed in the other solution tank 73. In each solution tank, a stirrer 75 was placed and stirred with a magnetic stirrer.

溶液槽72に入れる溶出活物質溶液として、Tris(TTF)Bis(BF)錯体(東京化成製)を0.1重量%溶解させたプロピレンカーボネート(Aldrich製)40mlを用いた。溶液槽73に入れる有機溶媒として、プロピレンカーボネート(Aldrich製)40mlを用いた。 As an elution active material solution to be placed in the solution tank 72, 40 ml of propylene carbonate (manufactured by Aldrich) in which 0.1% by weight of Tris (TTF) Bis (BF 4 ) complex (manufactured by Tokyo Chemical Industry) was dissolved was used. As an organic solvent to be placed in the solution tank 73, 40 ml of propylene carbonate (manufactured by Aldrich) was used.

一定時間ごとに、溶液槽73中に存在する活物質の濃度を定量して、透過速度を評価した。活物質の濃度の定量は、紫外可視吸光スペクトル測定により行った。
測定結果を図5に示す。
The permeation rate was evaluated by quantifying the concentration of the active material present in the solution tank 73 at regular intervals. The concentration of the active material was quantified by measuring UV-visible absorption spectrum.
The measurement results are shown in FIG.

図5に示す三角(▲)、四角(■)、菱形(◆)、丸(○)、の各データは順にそれぞれ、無機多孔質膜のない場合、実施例1の無機多孔質膜、実施例2の無機多孔質膜、実施例3の無機多孔質膜の場合のデータである。図8に示すように、無機多孔質膜のない場合はすぐに活物質が透過してしまうのに対し、実施例1の無機多孔質膜を用いた場合、活物質の透過が抑制されていることがわかる。また、実施例2、および3のように多孔質膜の貫通孔表面にそれぞれ、正の電荷を有する官能基、負の電荷を有する官能基を修飾することにより、活物質の透過が抑制されていることがわかる。図8のグラフの傾きが活物質の透過速度を意味し、無機多孔質膜がない場合と比較して、実施例1で99.9%の透過抑制効果が得られた。また、実施例1と比較して、さらに実施例2で20%の抑制効果、実施例3で30%の抑制効果が得られた。   The triangular (▲), square (■), rhombus (♦), and circle (◯) data shown in FIG. 5 are in order when there is no inorganic porous film, and the inorganic porous film of Example 1 and Example 2 is data in the case of the inorganic porous membrane of No. 2 and the inorganic porous membrane of Example 3. FIG. As shown in FIG. 8, the active material permeates immediately when there is no inorganic porous membrane, whereas the permeation of the active material is suppressed when the inorganic porous membrane of Example 1 is used. I understand that. Further, as in Examples 2 and 3, by modifying the surface of the through-hole of the porous membrane with a functional group having a positive charge and a functional group having a negative charge, the permeation of the active material is suppressed. I understand that. The slope of the graph of FIG. 8 means the permeation rate of the active material, and a 99.9% permeation suppressing effect was obtained in Example 1 as compared with the case where there was no inorganic porous film. Moreover, compared with Example 1, the suppression effect of 20% was further obtained in Example 2, and the suppression effect of 30% was obtained in Example 3.

このように、正負極間に貫通孔を有する無機多孔質膜層を有する蓄電デバイスを提供することにより、溶出した活物質が正負極間を自由に動き回ることを抑制することができた。これにより蓄電デバイスの内部短絡を抑制することができ、充電した蓄電デバイスの容量低下を抑制することができる。   Thus, by providing the electricity storage device having the inorganic porous membrane layer having the through hole between the positive and negative electrodes, it was possible to suppress the eluted active material from freely moving between the positive and negative electrodes. Thereby, the internal short circuit of an electrical storage device can be suppressed, and the capacity | capacitance fall of the charged electrical storage device can be suppressed.

また、正負極間に無機多孔質膜層を設けることは、無機多孔質膜層が耐熱性、機械強度に優れることから、正負極間の短絡を防止した高信頼性の蓄電デバイスを提供することができるということができる。なお、無機多孔層による溶出物の移動抑制効果をより効率よく利用するため、例えば実施例に記載したような剛体の無機多孔膜を用いる場合にはこれを電池に組み込む際、必要に応じて無機多孔層の周囲にシール材を配置しても良い。   In addition, providing an inorganic porous membrane layer between the positive and negative electrodes provides a highly reliable electricity storage device that prevents a short circuit between the positive and negative electrodes because the inorganic porous membrane layer is excellent in heat resistance and mechanical strength. Can be said. In order to more efficiently use the effect of suppressing the movement of the effluent by the inorganic porous layer, for example, when using a rigid inorganic porous film as described in the examples, when incorporating this into a battery, an inorganic material is used as necessary. A sealing material may be disposed around the porous layer.

本発明の蓄電デバイスは、高出力、軽量、高容量な蓄電デバイスを提供することができる。これら蓄電デバイスは、各種携帯機器あるいは、輸送機器、無停電電源などの用途に使用することができる。   The electricity storage device of the present invention can provide an electricity storage device with high output, light weight, and high capacity. These power storage devices can be used for various portable devices, transportation devices, uninterruptible power supplies, and the like.

本発明の実施の形態1における蓄電デバイスを模式的に示した概略断面図Schematic cross-sectional view schematically showing the electricity storage device in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態2における無機多孔質膜の概略断面図Schematic cross-sectional view of an inorganic porous membrane in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態2における無機多孔質膜の貫通孔内部の概略図Schematic of the inside of the through-hole of the inorganic porous membrane in Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施例における無機多孔質膜を評価するための評価セルの概略図Schematic of an evaluation cell for evaluating an inorganic porous membrane in an example of the present invention 本発明の実施例における無機多孔質膜の評価結果を示す図The figure which shows the evaluation result of the inorganic porous membrane in the Example of this invention

符号の説明Explanation of symbols

11 ケース
12 正極集電体
13 正極
14 無機多孔質膜層
15 セパレータ
16 封口板
17 負極集電体
18 負極
19 ガスケット
21 貫通孔
22 貫通孔の表面
23 有機化合物
24 イオン性の官能基
71 H型ガラスセル
72 溶液槽1
73 溶液槽2
74 無機多孔質膜サンプル
75 撹拌子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Case 12 Positive electrode collector 13 Positive electrode 14 Inorganic porous membrane layer 15 Separator 16 Sealing board 17 Negative electrode collector 18 Negative electrode 19 Gasket 21 Through-hole 22 Surface of through-hole 23 Organic compound 24 Ionic functional group 71 H-type glass Cell 72 Solution tank 1
73 Solution tank 2
74 Inorganic porous membrane sample 75 Stirrer

Claims (9)

正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、電解質と、を含む蓄電デバイスであって、
前記正極活物質と前記負極活物質との少なくともいずれかは、π電子共役雲を有する有機化合物またはラジカルを有する有機化合物を含んでおり、
前記正極と前記負極との間に、貫通孔を有する無機多孔質膜を有していること、を特徴とする蓄電デバイス。
A power storage device including a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and an electrolyte,
At least one of the positive electrode active material and the negative electrode active material includes an organic compound having a π electron conjugated cloud or an organic compound having a radical,
An electrical storage device comprising an inorganic porous film having a through hole between the positive electrode and the negative electrode.
前記貫通孔の表面は、イオン性の官能基を有する有機化合物が修飾されていること、
を特徴とする請求項1記載の蓄電デバイス。
The surface of the through hole is modified with an organic compound having an ionic functional group,
The electricity storage device according to claim 1.
前記イオン性の官能基は、正の電荷を有する官能基であること、
を特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。
The ionic functional group is a functional group having a positive charge;
The electricity storage device according to claim 2.
前記イオン性の官能基は、負の電荷を有する官能基であること、
を特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。
The ionic functional group is a functional group having a negative charge;
The electricity storage device according to claim 2.
前記貫通孔を有する無機多孔質膜は、金属酸化物、ガラスおよびセラミックスからなる群から選ばれるいずれか、もしくはこれらの混合物であること、
を特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。
The inorganic porous film having the through-hole is any one selected from the group consisting of metal oxides, glass and ceramics, or a mixture thereof;
The electricity storage device according to claim 2.
前記貫通孔の表面への前記有機化合物の修飾が、カップリング反応により修飾されていること、
を特徴とする請求項2記載の蓄電デバイス。
The modification of the organic compound on the surface of the through hole is modified by a coupling reaction,
The electricity storage device according to claim 2.
前記π電子共役雲を有する有機化合物は、一般式(1)あるいは一般式(2)で表わされる構造を有する、請求項1〜6のいずれかに記載の蓄電デバイス。
一般式(1):

(式中、Xは硫黄原子、または酸素原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、R、Rはそれぞれ水素原子、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
一般式(2):

(式中、Xは窒素原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基またはニトロソ基であり、R5、R6はそれぞれ水素原子、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子およびハロゲン原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
The electrical storage device according to claim 1, wherein the organic compound having the π-electron conjugated cloud has a structure represented by the general formula (1) or the general formula (2).
General formula (1):

(Wherein, X is a sulfur atom or an oxygen atom, R 1 to R 4 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, nitro group or A nitroso group, wherein R 5 and R 6 are a hydrogen atom, a chain aliphatic group, and a cyclic aliphatic group, respectively, and the aliphatic group includes an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, (Including at least one selected from the group consisting of boron atoms and halogen atoms)
General formula (2):

(Wherein X is a nitrogen atom, R 1 to R 4 are each an independent chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, nitro group or nitroso group. , R5, and R6 are each a hydrogen atom, a chain aliphatic group, or a cyclic aliphatic group, and the aliphatic group includes an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, a boron atom, and a halogen atom. Including at least one selected from the group consisting of :)
前記π電子共役雲を有する有機化合物は、一般式(3)で表わされる構造を有する請求項1〜6のいずれかに記載の蓄電デバイス。
一般式(3):

(式中、X〜Xはそれぞれ独立に硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、R〜Rはそれぞれ独立した鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基であり、前記脂肪族基は、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。)
The electricity storage device according to claim 1, wherein the organic compound having the π electron conjugated cloud has a structure represented by the general formula (3).
General formula (3):

Wherein X 1 to X 4 are each independently a sulfur atom, oxygen atom, selenium atom, tellurium atom, and R 1 to R 2 are each an independent chain aliphatic group or cyclic aliphatic group, The aliphatic group includes at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, and a boron atom.)
前記ラジカルを有する有機化合物は、分子内にニトロキシラジカルと酸素ラジカルとの少なくともいずれかを有する、請求項1〜6のいずれかに記載の蓄電デバイス。   The electricity storage device according to claim 1, wherein the organic compound having a radical has at least one of a nitroxy radical and an oxygen radical in a molecule.
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