JP2008282632A - Secondary battery for energy regeneration - Google Patents

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Toshio Masuda
俊夫 増田
Jun Wada
潤 和田
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Nippon Kasei Chemical Co Ltd
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Nippon Kasei Chemical Co Ltd
Kyoto University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery for the energy regeneration of a high capacity capable of charging and discharging by a large current. <P>SOLUTION: The secondary battery for energy regeneration contains an organic radical polymer as an electrode active material, and the organic radical polymer contains a disubstituted polynorbornene structure with two substituents including a TEMPO radical three-dimensionally arranged in endo-exo to a main-chain 5-membered ring skeleton expressed in a formula (1). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、二置換ポリノルボルネンであってTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)ラジカルを含む二つの置換基が主鎖骨格に対しendo−exoに配置した有機ラジカル高分子を電極活物質とするエネルギー回生用二次電池に関するものである。   The present invention relates to an organic radical polymer, which is a disubstituted polynorbornene, in which two substituents containing a TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) radical are arranged endo-exo with respect to the main chain skeleton. The present invention relates to a secondary battery for energy regeneration as an electrode active material.

1990年代に登場したリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する最先端電池として、携帯電話やノートパソコン、各種携帯情報端末等に用途を拡大してきた。そして、現在では、自動車用途や電力貯蔵等への応用も検討されるに至る。   Lithium ion secondary batteries that appeared in the 1990s have expanded their use to mobile phones, notebook computers, various portable information terminals, etc. as state-of-the-art batteries with high energy density. At present, applications for automobile use, power storage, and the like are also being considered.

しかしながら、このリチウムイオン二次電池で使われる正極活物質の主なものは、鉱石の産出が一部の国に偏っているため、国際情勢や政情不安等の影響を受けやすく供給不安や価格高騰の状況が続いているコバルト元素を構成元素とするコバルト酸リチウム(LiCoO)である。このため、IT社会を安定的に発展維持するためにも、コバルトを代替する、資源的に豊富であり、また環境に対しても無害な有機元素や鉄等の元素からなる二次電池活物質を開発することが課題である。 However, the main positive electrode active materials used in this lithium-ion secondary battery are mainly affected by the international situation and political instability because ore production is biased in some countries. This is lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) containing cobalt as a constituent element. Therefore, in order to stably develop and maintain the IT society, secondary battery active materials consisting of organic elements and elements such as iron that are abundant in resources and harmless to the environment, replacing cobalt. The challenge is to develop

一方、地球温暖化や化石燃料の資源的枯渇対策のため、エネルギーの効率化を進める必要がある。その一つとして、資源的に無尽蔵と言われる太陽や風力によりエネルギーを得ようと太陽電池や風力発電が積極的に進められている。また、貴重な石油を大量消費する自動車・電車等の輸送機器では、減速時に摩擦熱等の熱エネルギーの形で捨てられていた慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して回収再利用する回生エネルギーシステムを導入し始めている。   On the other hand, it is necessary to promote energy efficiency in order to combat global warming and resource depletion of fossil fuels. As one of them, solar cells and wind power generation are actively promoted to obtain energy from the sun and wind power, which are said to be inexhaustible in terms of resources. Also, in transportation equipment such as automobiles and trains that consume a large amount of valuable oil, a regenerative energy system that converts and recycles the inertial energy that was discarded in the form of thermal energy such as frictional heat during deceleration is converted to electrical energy. It has begun to introduce.

しかしながら、いずれもエネルギーが常時定常的に発生するものでなく、負荷や発生電流の変動が非常に大きく、蓄電に従来からよく知られている二次電池を使用する限り、電池の安全性や耐久性等電池特性を優先させるため、すべてのエネルギーを蓄電することができない。   However, none of the energy is constantly generated constantly, and the fluctuations in the load and generated current are very large. As long as a well-known secondary battery is used for power storage, the safety and durability of the battery In order to prioritize battery characteristics such as compatibility, it is not possible to store all energy.

例えば、ガソリン車を例にすると、仕事として活用しているエネルギーは投入エネルギー量の10〜13%であり、燃料消費国内評価基準の10・15モードからみても減速エネルギーを効率よく回収しなければならないことがわかる。もしも、この減速エネルギーをすべて回収することができるすれば、走行エネルギーを50%削減でき、省エネルギーやCO削減に大きくつながる。 For example, taking a gasoline car as an example, the energy used for work is 10 to 13% of the input energy, and even if it sees from the 10.15 mode of the fuel consumption domestic evaluation standard, deceleration energy must be recovered efficiently. I understand that it doesn't become. If all of this deceleration energy can be recovered, the running energy can be reduced by 50%, which greatly contributes to energy saving and CO 2 reduction.

因みに、現在非常に注目されているハイブリッド車でも、計算方法にもよるが、搭載している二次電池の安全性・耐久性を確保するため、約20km/時から停止までの減速エネルギー回収にとどまっている。それ以上の速度からの減速エネルギーは、時間あたりのエネルギーが大きすぎるため、電池にとっては負担が大きい。このため、熱エネルギーとして大気中に捨てているのが現状である。   By the way, even with hybrid vehicles that are currently attracting a lot of attention, depending on the calculation method, in order to ensure the safety and durability of the installed secondary battery, it is possible to recover deceleration energy from about 20 km / hour to stop It stays. Deceleration energy from higher speeds is too burdensome for the battery because the energy per hour is too large. For this reason, it is the present condition that it is thrown away into the atmosphere as thermal energy.

また、二次電池は、その安全性や耐久性を確保するために、必ず充放電制御回路や保護回路を介して充放電を行うが、これらの回路は充放電エネルギーを自消して動作している。そのため、該回路中の半導体の動作電圧や動作電流以下となる小さなエネルギーでは、回路が動作しないため蓄電することができない。一般的に、太陽電池による起電力が使える時間帯が10時頃から15時頃といわれているのは、これ以外の時間帯では太陽電池の起電力が半導体の動作電圧・電流に達しないためである。   Secondary batteries are always charged and discharged through a charge / discharge control circuit and a protection circuit to ensure their safety and durability. These circuits operate with self-extinguishing charge / discharge energy. Yes. Therefore, with a small energy that is lower than the operating voltage and operating current of the semiconductor in the circuit, the circuit does not operate and cannot be charged. In general, the time zone in which the electromotive force generated by the solar cell can be used is said to be around 10:00 to 15:00, because the electromotive force of the solar cell does not reach the operating voltage / current of the semiconductor in other time zones. It is.

より効率的に蓄電するために、リチウムイオン二次電池では、活物質のコバルト酸リチウムのCo原子をNi原子やMn原子に一部若しくは全て置き換え、充放電時に生じるリチウムイオンによる活物質の損傷やデンドライトを抑制することが試みられている。しかしながら、リチウムイオン二次電池はリチウムイオンの遷移金属結晶内での移動速度が充放電速度の律速となり、瞬時の充電には対応できない。充電の観点からみると、リチウムイオン二次電池はエネルギー回生用二次電池としては基本的に不向きである。   In order to store electricity more efficiently, in a lithium ion secondary battery, the Co atoms of lithium cobaltate as an active material are partially or entirely replaced with Ni atoms or Mn atoms, and damage to the active material due to lithium ions generated during charging and discharging Attempts have been made to suppress dendrite. However, in the lithium ion secondary battery, the movement speed of lithium ions in the transition metal crystal becomes the rate-determining charge / discharge speed, and it cannot handle instantaneous charging. From the viewpoint of charging, the lithium ion secondary battery is basically unsuitable as a secondary battery for energy regeneration.

一方、最近、回生エネルギーシステム用蓄電デバイスとして、電気ニ重層キャパシタが関心をもたれている。このデバイスは、界面における分極を利用して蓄電し、大電流を一度に放出でき、充放電の劣化がない等優れた特徴を有しているが、本質的にリチウムイオン二次電池より容量エネルギー密度が小さいという欠点を有している。   On the other hand, recently, electric double layer capacitors have been attracting attention as power storage devices for regenerative energy systems. This device uses the polarization at the interface to store electricity, discharges a large current at once, and has excellent characteristics such as no charge / discharge deterioration, but it essentially has a capacity energy higher than that of a lithium ion secondary battery. It has the disadvantage of low density.

最近、有機化合物を活物質に利用した電池として、導電性高分子や有機硫黄化合物を電極活物質とする新しいタイプの二次電池が提案されており、導電性高分子を正極または負極の活物質とする電池が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Recently, as a battery using an organic compound as an active material, a new type of secondary battery using a conductive polymer or an organic sulfur compound as an electrode active material has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

この電池は、導電性高分子に対する電解質イオンのドープ反応及び脱ドープ反応を電池動作原理としている。   In this battery, the principle of battery operation is a doping reaction and a dedoping reaction of electrolyte ions with respect to a conductive polymer.

尚、ここで述べているドープ反応とは、導電性高分子の電気化学的な酸化反応若しくは還元反応により生じた荷電ソリトン、ポーラロン、バイポーラロン等のエキシトンを、対イオンによって安定化させる反応と定義し、脱ドープ反応とは対イオンによって安定化されたエキシトンが電気化学的に酸化もしくは還元する反応と定義する。   The dope reaction described here is defined as a reaction that stabilizes excitons such as charged solitons, polarons, and bipolarons generated by electrochemical oxidation or reduction reactions of conductive polymers with counter ions. The de-doping reaction is defined as a reaction in which exciton stabilized by a counter ion is electrochemically oxidized or reduced.

しかしながら、電気化学的な酸化還元反応によって生じたエキシトンは、導電性高分子中に広がるπ電子共役系電子雲の広い範囲に亘って非局在化するため、エキシトン濃度を高めることには限界があった。例えば、ポリアニリンではドープ率が50%以下、ポリアセチレンでは7%前後である。このため、電池の軽量化では一定の効果を奏するものの、高容量化においては、依然として不十分である。   However, the exciton produced by the electrochemical redox reaction is delocalized over a wide area of the π-electron conjugated electron cloud spreading in the conductive polymer, so there is a limit to increasing the exciton concentration. there were. For example, polyaniline has a doping rate of 50% or less, and polyacetylene is around 7%. For this reason, although a certain effect is exhibited in reducing the weight of the battery, it is still insufficient in increasing the capacity.

また、ジスルフィド結合を有する有機化合物を正極活物質とし、ジスルフィド結合の解離・再結合を電池動作原理とする電池が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a battery has been proposed in which an organic compound having a disulfide bond is used as a positive electrode active material and dissociation / recombination of disulfide bonds is the battery operation principle (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、この電池では、分子量が小さくなった解離生成物が電解液中に拡散し、再結合への効率が悪い。このため、この電池では充放電サイクルでの容量低下が著しいといった問題があった。   However, in this battery, the dissociation product having a reduced molecular weight diffuses into the electrolytic solution, and the recombination efficiency is poor. For this reason, this battery has a problem that the capacity is significantly reduced during the charge / discharge cycle.

更に、最も新しい、有機化合物を電極活物質とする電池として、有機ラジカル化合物のラジカルの酸化還元を電池動作原理とする二次電池が提案されている。具体的には、窒素ラジカル化合物、ニトロキシドラジカル化合物、オキシラジカル化合物等を活物質とする二次電池が提案されている(例えば、特許文献3,4、並びに非特許文献1参照)。
米国特許第4442187号公報(1984年4月10日公開) 米国特許第4833048号公報(1989年5月23日公開) 特開2004−207249号公報(2004年7月22日公開) 特許2004−193004号公報(2004年7月8日公開)
Further, as the newest battery using an organic compound as an electrode active material, a secondary battery using the oxidation / reduction of a radical of an organic radical compound as a battery operating principle has been proposed. Specifically, secondary batteries using an active material such as a nitrogen radical compound, a nitroxide radical compound, and an oxy radical compound have been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1).
US Pat. No. 4,442,187 (published on April 10, 1984) US Pat. No. 4,833,048 (published May 23, 1989) JP 2004-207249 A (published July 22, 2004) Japanese Patent No. 2004-193004 (published July 8, 2004)

しかしながら、上記特許文献3,4及び非特許文献1に開示されている構成では、リチウムイオン二次電池と比較して容量が小さいという問題を生じる。   However, the configurations disclosed in Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1 have a problem that the capacity is smaller than that of the lithium ion secondary battery.

具体的には、上記特許文献3,4及び非特許文献1に開示されている構成の電池は、高出力かつ大電流による急速充電においては、従来の既存の二次電池と比較して優れた効果があり、エネルギー回生用二次電池として一番有力な構成であるものの、リチウムイオン二次電池と比較して容量が小さいという大きな欠点を有していた。   Specifically, the batteries disclosed in Patent Documents 3 and 4 and Non-Patent Document 1 are superior to conventional existing secondary batteries in high-power and high-current rapid charging. Although it is effective and has the most powerful configuration as a secondary battery for energy regeneration, it has a great disadvantage that its capacity is smaller than that of a lithium ion secondary battery.

このように、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を実現するために様々な二次電池が提案されてきたが、未だその要求を充分に満たす二次電池が得られていないのが実情である。   As described above, various secondary batteries have been proposed to realize a secondary battery for energy regeneration that can be charged / discharged by a large current, but a secondary battery that sufficiently satisfies the requirements has been obtained. The situation is not being done.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を提供することができる電極、及びそれを含むエネルギー回生用二次電池を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide an electrode capable of providing a secondary battery for energy regeneration that can be charged / discharged by a large current and has a high capacity, and includes the same. It is to realize a secondary battery for energy regeneration.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池は、上記課題を解決するために、有機ラジカル高分子を電極活物質として含むエネルギー回生用二次電池であり、当該有機ラジカル高分子は、下記式(1)   In order to solve the above-mentioned problem, the secondary battery for energy regeneration according to the present invention is a secondary battery for energy regeneration containing an organic radical polymer as an electrode active material, and the organic radical polymer is represented by the following formula (1). )

Figure 2008282632
Figure 2008282632

で表される、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖五員環骨格に対しendo−exoに立体配置している二置換ポリノルボルネン構造を含むことを特徴としている。 The two substituents containing the TEMPO radical represented by the formula (1) are characterized in that they contain a disubstituted polynorbornene structure in which the steric configuration is endo-exo with respect to the main chain five-membered ring skeleton.

上記構成によれば、式(1)で表される二置換ポリノルボルネン構造を有する有機ラジカル高分子を含むため、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を提供することができるという効果を奏する。   According to the said structure, since the organic radical polymer which has a disubstituted polynorbornene structure represented by Formula (1) is included, the secondary battery for energy regeneration which can be charged / discharged by a large current and is high capacity | capacitance is provided. There is an effect that can be.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池では、上記有機ラジカル高分子の数平均分子量が10万以上であることが好ましい。   In the secondary battery for energy regeneration according to the present invention, the number average molecular weight of the organic radical polymer is preferably 100,000 or more.

上記構成によれば、電解液に活物質が溶解したり、膨潤したりしないという更なる効果を奏する。特に、分子量が低いと活物質が充放電サイクルテスト中に電極間で移動し、電池寿命に影響を及ぼす。   According to the said structure, there exists the further effect that an active material does not melt | dissolve or swell in electrolyte solution. In particular, when the molecular weight is low, the active material moves between the electrodes during the charge / discharge cycle test, which affects the battery life.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池では、電極活物質として、更に炭素材料を含むことが好ましい。   In the secondary battery for energy regeneration which concerns on this invention, it is preferable that a carbon material is further included as an electrode active material.

上記構成によれば、電圧降下を抑制しながら、大電流による充放電が可能となるという更なる効果を奏する。   According to the said structure, there exists the further effect that charging / discharging by a heavy current is attained, suppressing a voltage drop.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池では、上記炭素材料が、熱分解気相成長炭素繊維であることが好ましい。   In the secondary battery for energy regeneration according to the present invention, the carbon material is preferably pyrolytic vapor grown carbon fiber.

上記構成によれば、1A以上10〜100A以下という大電流であっても使用することができるエネルギー回生用二次電池を提供することができるという更なる効果を奏する。   According to the said structure, there exists the further effect that the secondary battery for energy regeneration which can be used even if it is a large electric current of 1A or more and 10-100A or less can be provided.

尚、気相成長炭素繊維は、カーボンブラック等と比べて極めて分散性が悪く、リチウムイオン二次電池でも長い間使用されていなかったが、有機ラジカル電池では、分散性の優劣は電池特性に影響を与えないため用いることができる。   Vapor-grown carbon fibers have extremely poor dispersibility compared to carbon black and have not been used for a long time even in lithium ion secondary batteries. However, in organic radical batteries, the superiority or inferiority of the dispersibility affects battery characteristics. Can be used.

上記構成によれば、本発明に係る上記電極を含むため、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を提供することができるという効果を奏する。   According to the said structure, since the said electrode which concerns on this invention is included, there exists an effect that the secondary battery for energy regeneration which can be charged / discharged by a large current and is high capacity | capacitance can be provided.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池では、電解液を更に含み、充放電時に、有機ラジカル高分子が電解液に不溶であることが好ましい。   In the secondary battery for energy regeneration according to the present invention, it is preferable that the battery further includes an electrolytic solution, and the organic radical polymer is insoluble in the electrolytic solution during charging and discharging.

上記構成によれば、有機ラジカル高分子が移動することを抑制することができるため、、充放電サイクルテストにおいて容量の低下を招かず、電極の膨れも生じ難いという更なる効果を奏する。   According to the said structure, since it can suppress that an organic radical polymer moves, there exists a further effect that a capacity | capacitance fall is not caused in a charging / discharging cycle test, and the swelling of an electrode does not arise easily.

本発明に係るエネルギー回生用二次電池は、以上のように、有機ラジカル高分子を電極活物質として含むエネルギー回生用二次電池であり、当該有機ラジカル高分子は、式(1)で表される、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖骨格に対しendo−exoに立体配置している二置換ポリノルボルネン構造を含むことを特徴としている。   The secondary battery for energy regeneration according to the present invention is a secondary battery for energy regeneration containing an organic radical polymer as an electrode active material as described above, and the organic radical polymer is represented by the formula (1). The two substituents containing the TEMPO radical include a disubstituted polynorbornene structure in which the configuration is endo-exo with respect to the main chain skeleton.

このため、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を提供することができるという効果を奏する。   For this reason, there exists an effect that the secondary battery for energy regeneration which can be charged / discharged by a large current and is high capacity | capacitance can be provided.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池は、下記式(1)   The secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment has the following formula (1):

Figure 2008282632
Figure 2008282632

で表される、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖骨格に対しendo−exoに立体配置している二置換ポリノルボルネン構造を有する有機ラジカル高分子を含む電極を含む。 And an electrode containing an organic radical polymer having a disubstituted polynorbornene structure in which two substituents containing a TEMPO radical are arranged endo-exo with respect to the main chain skeleton.

本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池は、式(1)で表される二置換ポリノルボルネン構造を有する有機ラジカル高分子を含む電極を備えていること以外は、従来公知の構成と同様な電池構造を有し、その構造は特には限定されない。例えば、図1に示すような、正極層(電極)2と負極層4とを、電解質を含むセパレータ6を介して、重ね合わせ、正極層2及び負極層4の外側には、それぞれ正極集電体8及び負極集電体10が配置され、更にそれらの集電体には、それぞれ正極端子12及び負極端子14が取り付けられてなる構造であり、全体が外装フィルム16にて覆われてなる構成が挙げられる。   The secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment is the same as a conventionally known configuration except that it includes an electrode including an organic radical polymer having a disubstituted polynorbornene structure represented by the formula (1). The battery structure is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, a positive electrode layer (electrode) 2 and a negative electrode layer 4 are superposed via a separator 6 containing an electrolyte, and the positive electrode current collector is disposed outside the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 4. The body 8 and the negative electrode current collector 10 are disposed, and the current collectors have a structure in which a positive electrode terminal 12 and a negative electrode terminal 14 are attached, respectively, and the entire structure is covered with an exterior film 16. Is mentioned.

(1)正極層2
本実施の形態に係る正極層2は、有機ラジカル高分子を含む電極であり、当該有機ラジカル高分子は式(1)で表される、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖五員環骨格に対しendo−exoに立体配置している二置換ポリノルボルネン構造を含む。
(1) Positive electrode layer 2
The positive electrode layer 2 according to the present embodiment is an electrode including an organic radical polymer, and the organic radical polymer is represented by the formula (1), and two substituents including a TEMPO radical are main chain five-membered rings. It contains a disubstituted polynorbornene structure that is configured endo-exo with respect to the skeleton.

上記有機ラジカル高分子は、数平均分子量が10万以上であることがより好ましい。   The organic radical polymer preferably has a number average molecular weight of 100,000 or more.

尚、上記数平均分子量は、例えば、GPC(ポリスチレン基準、THF溶媒)により測定することができる。   The number average molecular weight can be measured by, for example, GPC (polystyrene standard, THF solvent).

また、上記有機ラジカル高分子は、充放電時に電解液に不溶であることがより好ましい 上記有機ラジカル高分子は、例えば、非特許文献3(T. Katsumata., et. al., “ Polyacetylene and polynorbornene derivatives carrying TEMPO. Synthesis and properties as rechargeable batteries.”, Macromolecular Rapid Communications, 27, 1206-1211, (2006))に記載されている方法により合成することができる。具体的には、例えば、ノルボルネンモノマーを用い、Grubbs第2世代錯体を触媒として用いて、ジクロロメタン中、30℃で重合を行うことにより合成することができる。   Further, it is more preferable that the organic radical polymer is insoluble in the electrolyte during charging / discharging. For example, the organic radical polymer is described in Non-Patent Document 3 (T. Katsumata., Et. Al., “Polyacetylene and polynorbornene”). Derivatives carrying TEMPO. Synthesis and properties as rechargeable batteries. ”, Macromolecular Rapid Communications, 27, 1206-1211, (2006)). Specifically, for example, it can be synthesized by polymerization at 30 ° C. in dichloromethane using a norbornene monomer and a Grubbs second generation complex as a catalyst.

本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池では、有機ラジカル高分子を電極活物質として上記正極層2に含み、該有機ラジカル高分子が炭素材料と混合されて構成されていることがより好ましい。   In the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment, it is more preferable that an organic radical polymer is included in the positive electrode layer 2 as an electrode active material, and the organic radical polymer is mixed with a carbon material. .

尚、上記「電極活物質」とは、充電反応及び放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことであり、電池システムの中心的役割を果たすものである。本実施の形態では、電極活物質として、上記有機ラジカル高分子を用いるものである。   The “electrode active material” is a substance that directly contributes to electrode reactions such as charging reaction and discharging reaction, and plays a central role in the battery system. In this embodiment, the organic radical polymer is used as the electrode active material.

本実施の形態では、上記炭素材料は導電付与材として用いられ、従来のリチウムイオン二次電池でも使用されているものである。但し、本実施の形態の場合では、金属粉や導電性高分子の微粒子では電池としての動作が認められないことから、理論的解明はまだされていないが、上記炭素材料は、単なる集電体以上の何らかの作用効果を及ぼしているものと考えられている。   In the present embodiment, the carbon material is used as a conductivity-imparting material, and is also used in a conventional lithium ion secondary battery. However, in the case of the present embodiment, since the operation as a battery is not recognized with fine particles of metal powder or conductive polymer, the theoretical clarification has not yet been made, but the carbon material is a simple current collector. It is thought that the above-mentioned effects are exerted.

上記正極層2を形成するに際して、用いる塗工方法は特に限定されるものでない。その場合において、溶剤の種類、有機ラジカル高分子と溶剤との配合比、添加剤の種類とその添加量等は、二次電池の要求特性等を考慮するとともに、製造工程における製造のし易さ等も考慮して、任意に設定される。   In forming the positive electrode layer 2, the coating method used is not particularly limited. In that case, the type of solvent, the blending ratio of the organic radical polymer and the solvent, the type of additive and the amount added, etc. take into account the required characteristics of the secondary battery, etc., and ease of manufacture in the manufacturing process. Etc. are arbitrarily set.

本実施の形態に係る正極層2は、例えば、上記有機ラジカル高分子を炭素材料と混合し、当該有機ラジカル高分子と炭素材料とをそのまま用いて成形したり、それらを適当な溶剤に溶解若しくは分散させて混合し、溶液やスラリーの形態において塗工して、乾燥させる等の方法により作製することができる。尚、上記炭素材料が、熱分解気相成長炭素繊維であることがより好ましい。   The positive electrode layer 2 according to the present embodiment is formed by, for example, mixing the organic radical polymer with a carbon material and molding the organic radical polymer and the carbon material as they are, or dissolving them in an appropriate solvent. It can be prepared by a method of dispersing and mixing, coating in the form of a solution or slurry, and drying. The carbon material is more preferably pyrolytic vapor grown carbon fiber.

上記溶剤としては、一般の有機溶剤であれば特に限定されず、例えば、ジメチルスルフォキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ―ブチルラクトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼン、アセトン等の非水溶媒;メチルアルコール、エチルアルコール等のプロトン性溶媒等が挙げられる。   The solvent is not particularly limited as long as it is a general organic solvent. For example, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, γ-butyl lactone, acetonitrile, tetrahydrofuran, Nonaqueous solvents such as nitrobenzene and acetone; and protic solvents such as methyl alcohol and ethyl alcohol.

また、本実施の形態に係る正極層2は、種々の添加剤と組み合わせて作製することができる。上記添加剤としては、バインダーや粘度調整剤として作用するポリエチレンやポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリレート、アルキルナフタレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸のホルムアルデヒド縮合物、ポリエチレンオキサイド、カルボキシメチルセルロース等の樹脂が挙げられる。   Moreover, the positive electrode layer 2 according to the present embodiment can be manufactured in combination with various additives. Examples of the additives include polyethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylate, alkylnaphthalenesulfonic acid, formaldehyde condensate of naphthalenesulfonic acid, polyethylene oxide, carboxy, which act as a binder and a viscosity modifier. Examples thereof include resins such as methylcellulose.

本実施の形態に係る正極層2では、正極層2における各構成材料間の結び付きを強めるために、必要に応じて結着剤を用いることができる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。これらの樹脂バインダーは、単独で用いてもよいし2種類以上組み合わせて混合して用いてもよい。尚、正極層2中におけるバインダーの割合は、特に限定されないが、例えば5〜30質量%とすることができる。   In the positive electrode layer 2 according to the present embodiment, a binder can be used as necessary in order to strengthen the connection between the constituent materials in the positive electrode layer 2. As the binder, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, polyimide, Resin binders such as various polyurethanes can be mentioned. These resin binders may be used alone or in combination of two or more. In addition, although the ratio of the binder in the positive electrode layer 2 is not specifically limited, For example, it can be 5-30 mass%.

正極層2における有機ラジカル高分子の混合比は、電池の要求特性に応じて適宜に選択され得るものであり一義的に限定されるものではない。通常、10質量%以上、98質量%以下の混合割合となるように選定される。混合比が10質量%以上であれば、二次電池として必要なエネルギー密度を安定して得ることができ、また、98質量%以下であれば、内部抵抗を低くすることができるため、電池として安定に動作させることができる。これは、集電体として作用する炭素材料同士の接触を阻害しないためと考えられる。   The mixing ratio of the organic radical polymer in the positive electrode layer 2 can be appropriately selected according to the required characteristics of the battery and is not uniquely limited. Usually, it is selected so that the mixing ratio is 10% by mass or more and 98% by mass or less. If the mixing ratio is 10% by mass or more, the energy density required for the secondary battery can be stably obtained, and if it is 98% by mass or less, the internal resistance can be lowered. It can be operated stably. This is thought to be because the contact between the carbon materials acting as current collectors is not hindered.

(2)負極層4
上記正極層2の対向電極となる、負極層4は、導電性材料から構成されるものであれば、特に限定されるものではなく、従来から公知のものを電池仕様に従い採用することができる。このような導電性材料としては、例えば、天然黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチコークス、カーボンブラック、活性炭、樹脂焼成炭素、有機高分子焼成体、熱分解気相成長炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、低温焼成炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素材料、金属リチウム、リチウム合金、窒化リチウム、Li(3−X)N ( 0<X<1,M=Co, Ni,Cu)及びこれらの混合物が挙げられる。より具体的には、黒鉛をバインダーと共に塗工した銅箔、リチウム重ね合わせ銅箔、白金板等が挙げられる。対向電極となる負極層4は、後述するセパレータ6を介して正極層2と対向させて設けられる。
(2) Negative electrode layer 4
The negative electrode layer 4 serving as the counter electrode of the positive electrode layer 2 is not particularly limited as long as it is made of a conductive material, and conventionally known ones can be adopted according to battery specifications. Examples of such conductive materials include natural graphite, petroleum coke, coal coke, pitch coke, carbon black, activated carbon, resin-fired carbon, organic polymer fired body, pyrolytic vapor-grown carbon fiber, and mesocarbon microbeads. , Carbon materials such as mesophase pitch-based carbon fiber, polyacrylonitrile-based carbon fiber, low-temperature calcined carbon, fullerene, carbon nanotube, metal lithium, lithium alloy, lithium nitride, Li (3-X) M X N (0 <X <1 , M = Co, Ni, Cu) and mixtures thereof. More specifically, a copper foil obtained by coating graphite with a binder, a lithium-laminated copper foil, a platinum plate, and the like can be given. The negative electrode layer 4 serving as a counter electrode is provided to face the positive electrode layer 2 with a separator 6 described later.

(3)集電体(正極集電体8、負極集電体10)
本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池では、負極集電体10及び正極集電体8として、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、若しくは炭素等からなる、箔、金属平板、若しくはメッシュ状等の形状の材料を用いることができる。
(3) Current collector (positive electrode current collector 8, negative electrode current collector 10)
In the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment, as the negative electrode current collector 10 and the positive electrode current collector 8, a foil made of nickel, aluminum, copper, gold, silver, an aluminum alloy, stainless steel, carbon, or the like, A metal flat plate or a material having a mesh shape can be used.

(4)セパレータ6
本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池では、従来のリチウムイオン二次電池と同様に、正極2と負極4とを隔てる目的で、セパレータ6を利用することができる。セパレータ6としては、多孔質のポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、又はこれらと他の樹脂との複合フィルム等が挙げられる。
(4) Separator 6
In the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment, the separator 6 can be used for the purpose of separating the positive electrode 2 and the negative electrode 4 as in the conventional lithium ion secondary battery. Examples of the separator 6 include polyolefin films such as porous polyethylene and polypropylene, and composite films of these with other resins.

(5)電解質
電解質は、正極層2と負極電極4との間の荷電担体輸送を行うものである。一般には、室温で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導性を有するものが用いられる。このような電解質としては、例えば、電解質塩を溶剤に溶解させた電解液や、電解質塩を含む高分子化合物からなる固体電解質を利用することができる。
(5) Electrolyte The electrolyte performs charge carrier transport between the positive electrode layer 2 and the negative electrode 4. Generally, those having ion conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at room temperature are used. As such an electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent or a solid electrolyte made of a polymer compound containing the electrolyte salt can be used.

上記電解液を構成する電解質塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF4、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSON等の従来から公知の材料を用いることができる。 Examples of the electrolyte salt constituting the electrolytic solution include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 3 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li Conventionally known materials such as (CF 3 SO 2 ) 3 C and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 N can be used.

また、電解質を溶解するための溶剤としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチルラクトン、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、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。   Examples of the solvent for dissolving the electrolyte include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyl lactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl. An organic solvent such as -2-pyrrolidone can be used. These may be used singly or as a mixed solvent of two or more.

固体電解質を構成する高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリロニトリル系重合体、更にポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合物等が挙げられる。尚、固体電解質は、これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いてもよいし、高分子化合物のみをそのまま用いてもよい。   As the polymer compound constituting the solid electrolyte, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride polymers such as trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, and acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer Polymer, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic acid copolymer Coalescence, acrylonitrile - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer, further polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymer, the polymerization products of these acrylates body or methacrylate products thereof. The solid electrolyte may be a gel obtained by adding an electrolytic solution to these polymer compounds, or only the polymer compound may be used as it is.

(6)電池
以上のように、本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池は、有機ラジカル高分子を、好ましくは炭素材料と混合して、正極層2を構成し、電子の授受を伴う酸化還元反応が円滑に進行するようにして構成される。また、二次電池の一般的な構成は、それぞれ活物質を含む電極層を集電板上に形成し、両者をセパレータ6を介して対向させて、電解液を含漬させ、封止したものとなる。更には、このような構成において、正極層2に含まれる活物質が、有機ラジカル高分子であり、好ましくは、それが炭素材料と混合されて、正極層2として構成されているのである。
(6) Battery As described above, the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment constitutes the positive electrode layer 2 by mixing an organic radical polymer, preferably with a carbon material, with the transfer of electrons. It is configured so that the oxidation-reduction reaction proceeds smoothly. In addition, the general configuration of the secondary battery is such that an electrode layer containing an active material is formed on a current collector plate, both are opposed to each other with a separator 6, impregnated with an electrolytic solution, and sealed. It becomes. Furthermore, in such a configuration, the active material contained in the positive electrode layer 2 is an organic radical polymer, and is preferably configured as the positive electrode layer 2 by being mixed with a carbon material.

本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池では、電池の形状は特に限定されず、従来の電池で採用されている円筒型、角型、コイン型、及びシート型等の形状とすることができる。また、外装方法も特に限定されず、金属ケースやモールド樹脂、アルミラミネートフィルム等によって行うことができる。また、電極からのリードの取り出し等についても、従来より公知の方法を用いることができる。   In the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment, the shape of the battery is not particularly limited, and may be a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet shape, or the like that is employed in a conventional battery. it can. Also, the exterior method is not particularly limited, and it can be performed with a metal case, a mold resin, an aluminum laminate film, or the like. Also, conventionally known methods can be used for taking out the leads from the electrodes.

また、本実施の形態に係るエネルギー回生用二次電池では、正極層2及び負極層4の積層方法は、特に限定されず、交互に多層積層したり、セパレータ6を介して対向させて巻回したりするような公知技術を適用することが可能である。   Further, in the secondary battery for energy regeneration according to the present embodiment, the method for laminating the positive electrode layer 2 and the negative electrode layer 4 is not particularly limited, and is alternately laminated in multiple layers or wound opposite to each other via the separator 6. It is possible to apply known techniques.

尚、本発明者等による論文である非特許文献1〜3(非特許文献1:K. Nakahara, et. al. , “ Rechargeable battery with organic radical cathodes”, Chem. Phys. Lett., 359, 351-354, ( 2002 )、非特許文献2:勝又等、「TEMPOを側鎖に有するポリマーの合成と特性」、高分子学会要旨、非特許文献3: T. Katsumata., et. al., “ Polyacetylene and polynorbornene derivatives carrying TEMPO. Synthesis and properties as rechargeable batteries.”, Macromolecular Rapid Communications, 27, 1206-1211, (2006))には、有機ラジカル高分子が開示されている。   Non-patent documents 1 to 3 (non-patent document 1: K. Nakahara, et. Al., “Rechargeable battery with organic radical cathodes”, Chem. Phys. Lett., 359, 351, which are papers by the present inventors. -354, (2002), Non-Patent Document 2: Katsumata et al., "Synthesis and Properties of Polymers Containing TEMPO in Side Chain", Abstract of the Society of Polymer Science, Non-Patent Document 3: T. Katsumata., Et. Al., " Polyacetylene and polynorbornene derivatives carrying TEMPO. Synthesis and properties as rechargeable batteries. ”, Macromolecular Rapid Communications, 27, 1206-1211, (2006)) discloses organic radical polymers.

従来、TEMPOラジカルのようなNOラジカルは一電子酸化還元しか起こさないと考えられていた。そのため、容量を高くするために、できるだけ多くのTEMPO基を導入する方向で検討がこれまでに行われてきた。   Conventionally, NO radicals such as TEMPO radicals were thought to cause only one-electron redox. Therefore, in order to increase the capacity, studies have been made so far in the direction of introducing as many TEMPO groups as possible.

しかしながら、今までに報告されている有機ラジカル高分子や化合物では、ラジカル当たりの分子量から計算される理論容量を開示されている実測容量が超えることはなかったことから、何れも一電子酸化還元しか起こしていないことが判る。早大西出教授発表のポリノルボルネンでも同じ結果であった。   However, in organic radical polymers and compounds that have been reported so far, the theoretical capacity calculated from the molecular weight per radical has never exceeded the disclosed actual capacity. You can see that it has not happened. The same result was obtained with polynorbornene published by Professor Waseda Nishide.

本発明者等は、TEMPOラジカルを含む二つの置換基の立体配置に着目し、構造異性関係にあるポリノルボルネンを3種類合成し測定した結果、endo−exo体だけが理論容量の2倍にあたる実測容量を示すことを見出した。   The present inventors paid attention to the configuration of two substituents containing a TEMPO radical, synthesized and measured three types of polynorbornene having a structural isomerism relationship, and as a result, only the endo-exo isomer was twice the theoretical capacity. Found to show capacity.

一般に、無機物の殆どは2以上の密度を持つのに対して、高分子を含む有機物では本質的に比重(密度)が1.5を超えるものは殆ど無く通常0.9〜1.2である。有機ラジカル高分子あるいは有機ラジカル化合物でも同様である。このことは、電池活物質に限らず、有機半導体や有機磁性体などがそれぞれの想定用途で実際に用いられていない最大の理由である。即ち、電池の場合、電池という一定容積あたりに充填される活物質の量、即ち分子数に電池容量は依存する。従って、密度の大きい無機物のほうが有機物よりも充填される分子数は大きい。   In general, most inorganic substances have a density of 2 or higher, whereas organic substances containing polymers have essentially no specific gravity (density) of more than 1.5 and are usually 0.9 to 1.2. . The same applies to organic radical polymers or organic radical compounds. This is the biggest reason why organic semiconductors and organic magnetic materials are not actually used in each assumed application, not limited to battery active materials. That is, in the case of a battery, the battery capacity depends on the amount of active material filled per certain volume of the battery, that is, the number of molecules. Accordingly, the inorganic substance having a higher density has a larger number of molecules filled than the organic substance.

非特許文献1〜3では何れも一電子酸化還元であり理論容量相当の実測容量のみを開示しており、機構的にはNOラジカル(中性)とカチオン間での酸化還元(P型半導体)である。これが、紙上では予想されるNOラジカル(中性)とアニオン間での酸化還元(N型半導体)も生じるならば、当然その分容量が増える。しかし、有機半導体も含めてN型半導体となるものは殆ど稀有である。   Non-patent documents 1 to 3 are all one-electron oxidation-reduction, and disclose only the measured capacity corresponding to the theoretical capacity, and the mechanism is oxidation-reduction between NO radical (neutral) and cation (P-type semiconductor). It is. If this also causes oxidation / reduction (N-type semiconductor) between NO radicals (neutral) and anions that are expected on paper, the capacity naturally increases accordingly. However, it is rare that an N-type semiconductor including an organic semiconductor is used.

もう一つ容量がアップする可能性としては、ラジカルスピン間の相互作用により空軌道が生じ、2倍の容量を示すことが考えられる。同じラジカル物質である有機磁性体でも、ラジカルスピン相互作用を持つ物質の開発が世界中で試みられてきたが、数例しか見出せていない。   Another possibility that the capacity is increased is that an empty orbit is generated by the interaction between radical spins, and the capacity is doubled. The development of substances with radical spin interaction has been attempted all over the world even with organic magnetic substances that are the same radical substances, but only a few examples have been found.

そのような状況下、本願記載のendo−exo体ポリノルボルネンでは、SQUID(超伝導量子干渉計)による磁化率変化率の実測測定曲線が、相互作用をした時のシュミュレーション曲線に合致したことから、endo−exo体ではラジカルスピンの相互作用があることが間接的に示唆された。なお、残りのexo−exo体やendo−endo体は相互作用がない場合のシュミュレーション曲線に合致した。   Under such circumstances, in the endo-exo polynorbornene described in the present application, the measured measurement curve of the magnetic susceptibility change rate by SQUID (superconducting quantum interferometer) matched the simulation curve at the time of interaction. It was indirectly suggested that there was radical spin interaction in the endo-exo form. The remaining exo-exo and endo-endo bodies matched the simulation curves when there was no interaction.

このendo−exo体が顕著な多段充放電を示したのは、上述したどちらのメカニズムで生じたのか今のところ不明である。尚、本発明者等の検討では、TEMPOラジカルの代わりに同じNOラジカルを有するプロキシルラジカルも検討したが、明らかに2電子酸化還元に相当する容量を示したのは、本願記載のTEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖五員環骨格に対しendo−exoの立体配置をとる二置換ポリノルボルネンだけであった。   It is unclear at this time which of the above-mentioned mechanisms caused the remarkable multi-stage charge / discharge of the endo-exo body. In the study by the present inventors, a proxyl radical having the same NO radical instead of the TEMPO radical was also examined, but the capacity corresponding to the two-electron redox was clearly shown because the TEMPO radical described in the present application was used. The two substituents contained were only disubstituted polynorbornenes having an endo-exo configuration with respect to the main chain five-membered ring skeleton.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to a following example.

〔合成例1〕
式(1)で表される構造を有する有機ラジカル高分子であるポリノルボルネンは、塩基存在下、5−ノルボルネン−endo−exo−2,3−ジカルボン酸と4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシラジカルとを、カルボジイミド系縮合剤を用いて常法に従いエステル化したノルボルネンジTEMPOエステルを得、次いで、この化合物をモノマーとして第二世代Grubbs触媒を用いて不活性ガス雰囲気下で開環メタセシス重合を行い得た。
[Synthesis Example 1]
Polynorbornene, which is an organic radical polymer having a structure represented by the formula (1), in the presence of a base, 5-norbornene-endo-exo-2,3-dicarboxylic acid and 4-hydroxy-2,2,6, A norbornene di TEMPO ester obtained by esterifying 6-tetramethylpiperidinoxy radical with a carbodiimide-based condensing agent according to a conventional method, and then using this compound as a monomer and an inert gas using a second generation Grubbs catalyst Ring-opening metathesis polymerization could be carried out under atmosphere.

〔実施例1〕
合成例1で得られた有機ラジカル高分子300mg、気相成長炭素繊維600mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂バインダー(呉羽化学製)100mgを秤量し、均一に混合した。次いで、該混合物を加圧成形し、厚さ約150μmのペレットを得、真空下80℃で1時間乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、電極層に供した。
[Example 1]
300 mg of the organic radical polymer obtained in Synthesis Example 1, 600 mg of vapor grown carbon fiber, and 100 mg of polytetrafluoroethylene resin binder (manufactured by Kureha Chemical) were weighed and mixed uniformly. Next, the mixture was pressure-molded to obtain a pellet having a thickness of about 150 μm, dried under vacuum at 80 ° C. for 1 hour, punched into a circle having a diameter of 12 mm, and used as an electrode layer.

次に、電極層を電解液に浸漬して電極中に電解液をしみ込ませた。なお、電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解塩を含む、エチレンカーボネート/ジエチレンカーボネート混合溶液(混合体積比3:7)を用いた。この電極を、正極層2として、コイン型電池を構成する正極集電体8上に置き、その上に、同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムからなるセパレータ6を積層し、更に負極層4となるリチウム張合わせ銅箔を積層した。その後、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で、コイン型電池のアルミ外装(Hohsen製)16を重ね、かしめ機によって加圧することにより、正極活物質として、有機ラジカル高分子を用い、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池を作製した。 Next, the electrode layer was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was soaked in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethylene carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolytic salt was used. This electrode is placed as a positive electrode layer 2 on a positive electrode current collector 8 constituting a coin-type battery, and a separator 6 made of a polypropylene porous film impregnated with an electrolytic solution is laminated thereon, and further, a negative electrode layer A lithium-laminated copper foil 4 was laminated. After that, with an insulating packing disposed around, an aluminum exterior (made by Hohsen) 16 of a coin-type battery is overlaid and pressurized by a caulking machine, thereby using an organic radical polymer as a positive electrode active material as a negative electrode active material. A sealed coin-type battery using metallic lithium was produced.

作製したコイン型電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後0.1mAの定電流で所定電圧(本実施例では1.5V)まで放電を行った。その結果、この電池は220Ah/kgの容量をもつ二次電池であることが認められた。   The produced coin-type battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 0.1 mA to a predetermined voltage (1.5 V in this example). As a result, it was confirmed that this battery was a secondary battery having a capacity of 220 Ah / kg.

その後、4.0〜1.5Vの範囲で充放電を100回繰り返した。その結果、100サイクル後においても初期の90%以上の容量となり、充放電を繰り返しても容量低下が小さい長サイクル寿命の二次電池であることが確認できた。   Then, charging / discharging was repeated 100 times in the range of 4.0-1.5V. As a result, even after 100 cycles, the capacity was 90% or more of the initial value, and it was confirmed that the secondary battery had a long cycle life with little reduction in capacity even after repeated charge and discharge.

一方、同様に作製したコイン型電池を用いて、0.1mAの定電流で4.0Vになるまで充電し、ついで5.0mAの定電流で放電を行い、容量を測定した。その結果、5.0mA時の容量は0.1mA時の容量と比較して容量の低下傾向は認められるものの、80〜90%の維持率を有することから、大電流でも容量低下が小さい高出力密度の二次電池であることが判った。   On the other hand, using a coin-type battery produced in the same manner, the battery was charged at a constant current of 0.1 mA until reaching 4.0 V, then discharged at a constant current of 5.0 mA, and the capacity was measured. As a result, although the capacity at 5.0 mA shows a tendency to decrease in capacity compared with the capacity at 0.1 mA, it has a maintenance rate of 80 to 90%, so that the output is small even at a large current. It was found to be a secondary battery of density.

尚、大電流による充放電測定ではその大電流に耐える厚みや幅の端子を用いるためフィルムパック型電池を通常用いるが、電気特性の初期評価では電流が小さいため、利便性や電池作製容易性を考慮して、本実施例では、コイン型電池を作製して用いた。   In charge and discharge measurement with a large current, a film pack type battery is usually used because a terminal having a thickness and width that can withstand the large current is used. However, since the current is small in the initial evaluation of electrical characteristics, convenience and ease of battery fabrication are improved. In consideration of this, in this example, a coin-type battery was produced and used.

〔実施例2〕
小型ホモジナイザーに、N−メチルピロリドン10gとポリフッ化ビニリデン400mgとを加えて、30分間攪拌し、完全に溶解させた。
[Example 2]
To a small homogenizer, 10 g of N-methylpyrrolidone and 400 mg of polyvinylidene fluoride were added and stirred for 30 minutes to completely dissolve.

そこへ、合成例1で得た有機ラジカル高分子を0.5g加え、更に全体が均一になるまで攪拌をした。ついで、気相成長炭素繊維を0.5g加え、攪拌して黒色スラリーを得た。このスラリーを高純度アルミ箔上に塗布し120℃で乾燥させて膜厚90μmの正極を得た。これを、直径12mmの円形に打ち抜き、実施例1と同様にコイン型セルを作製した。   Thereto was added 0.5 g of the organic radical polymer obtained in Synthesis Example 1, and the mixture was further stirred until it became uniform. Next, 0.5 g of vapor grown carbon fiber was added and stirred to obtain a black slurry. This slurry was applied onto a high-purity aluminum foil and dried at 120 ° C. to obtain a positive electrode having a thickness of 90 μm. This was punched into a circle having a diameter of 12 mm, and a coin-type cell was produced in the same manner as in Example 1.

作製したコイン型電池を実施例1と同様条件で評価した結果、充放電電圧3.6V、放電容量215Ah/kgのエネルギー回生用二次電池であることが確認できた。100サイクル後の容量維持率は90%以上であり、長サイクル寿命の二次電池であることが確認できた。   As a result of evaluating the produced coin-type battery under the same conditions as in Example 1, it was confirmed that it was a secondary battery for energy regeneration having a charge / discharge voltage of 3.6 V and a discharge capacity of 215 Ah / kg. The capacity retention rate after 100 cycles was 90% or more, and it was confirmed that the secondary battery had a long cycle life.

〔比較例1〕
実施例1の気相成長炭素繊維に代えて平均粒径10μmの銀粉を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法でコイン型電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that silver powder having an average particle size of 10 μm was used in place of the vapor growth carbon fiber of Example 1.

この電池について実施例1と同様な条件で充放電したところ、放電時に電圧平坦部がみられず電圧が急速に低下し、電池動作は確認できなかった。   When this battery was charged and discharged under the same conditions as in Example 1, no voltage flat portion was observed during discharge, the voltage dropped rapidly, and battery operation could not be confirmed.

本発明のエネルギー回生用二次電池は、式(1)で表される二置換ポリノルボルネン構造を含み、上記二置換ポリノルボルネン構造では、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖五員環骨格に対しendo−exoに立体配置している。よって、大電流による充放電が可能で高容量なエネルギー回生用二次電池を提供することができる。   A secondary battery for energy regeneration according to the present invention includes a disubstituted polynorbornene structure represented by the formula (1), and in the disubstituted polynorbornene structure, two substituents including a TEMPO radical are a main chain five-membered ring skeleton. In contrast, it is arranged in endo-exo. Therefore, the secondary battery for energy regeneration which can be charged / discharged by a large current and has a high capacity can be provided.

本発明の実施形態に係るエネルギー回生用二次電池の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the secondary battery for energy regeneration which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 正極層(電極)
4 負極層
6 セパレータ
8 正極集電体
10 負極集電体
12 正極端子
14 負極端子
16 外装フィルム
2 Positive electrode layer (electrode)
4 Negative electrode layer 6 Separator 8 Positive electrode current collector 10 Negative electrode current collector 12 Positive electrode terminal 14 Negative electrode terminal 16 Exterior film

Claims (5)

有機ラジカル高分子を電極活物質として含むエネルギー回生用二次電池であり、
当該有機ラジカル高分子は、下記式(1)
Figure 2008282632
で表される、TEMPOラジカルを含む二つの置換基が主鎖五員環骨格に対しendo−exoに立体配置している二置換ポリノルボルネン構造を含むことを特徴とするエネルギー回生用二次電池。
It is a secondary battery for energy regeneration containing an organic radical polymer as an electrode active material,
The organic radical polymer has the following formula (1)
Figure 2008282632
A secondary battery for energy regeneration, characterized in that it comprises a disubstituted polynorbornene structure in which two substituents containing a TEMPO radical are arranged in an endo-exo configuration with respect to the main chain five-membered ring skeleton.
上記有機ラジカル高分子の数平均分子量が10万以上であることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー回生用二次電池。   The secondary battery for energy regeneration according to claim 1, wherein the number average molecular weight of the organic radical polymer is 100,000 or more. 電極活物質として、更に炭素材料を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のエネルギー回生用二次電池。   The secondary battery for energy regeneration according to claim 1 or 2, further comprising a carbon material as an electrode active material. 上記炭素材料が、熱分解気相成長炭素繊維であることを特徴とする請求項3に記載のエネルギー回生用二次電池。   The secondary battery for energy regeneration according to claim 3, wherein the carbon material is pyrolytic vapor grown carbon fiber. 電解液を更に含み、
充放電時に、有機ラジカル高分子が電解液に不溶であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のエネルギー回生用二次電池。
Further comprising an electrolyte,
The secondary battery for energy regeneration according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic radical polymer is insoluble in the electrolyte during charging and discharging.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029135A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Murata Mfg Co Ltd Electrode for secondary battery, secondary battery, and manufacturing method of electrode for secondary battery
JP2011029136A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Murata Mfg Co Ltd Electrode for secondary battery, secondary battery, and manufacturing method of electrode for secondary battery
JP2011187231A (en) * 2010-03-05 2011-09-22 Murata Mfg Co Ltd Electrode active material and secondary battery
KR101191626B1 (en) 2011-06-03 2012-10-17 삼성에스디아이 주식회사 Andoe active material and rechargeable lithium battery including the same
FR2989378A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-18 Commissariat Energie Atomique POLYMER AS ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERIES.
WO2016171153A1 (en) * 2015-04-21 2016-10-27 住友精化株式会社 Dye-sensitized solar cell and electrolysis solution for dye-sensitized solar cell

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011029135A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Murata Mfg Co Ltd Electrode for secondary battery, secondary battery, and manufacturing method of electrode for secondary battery
JP2011029136A (en) * 2009-06-30 2011-02-10 Murata Mfg Co Ltd Electrode for secondary battery, secondary battery, and manufacturing method of electrode for secondary battery
JP2011187231A (en) * 2010-03-05 2011-09-22 Murata Mfg Co Ltd Electrode active material and secondary battery
KR101191626B1 (en) 2011-06-03 2012-10-17 삼성에스디아이 주식회사 Andoe active material and rechargeable lithium battery including the same
US20120308889A1 (en) * 2011-06-03 2012-12-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative electrode and rechargeable lithium battery including same
FR2989378A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-18 Commissariat Energie Atomique POLYMER AS ELECTRODE MATERIAL FOR LITHIUM SECONDARY BATTERIES.
WO2013156899A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Polymer serving as an electrode material for lithium secondary batteries
US9640797B2 (en) 2012-04-16 2017-05-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Polymer serving as an electrode material for lithium secondary batteries
WO2016171153A1 (en) * 2015-04-21 2016-10-27 住友精化株式会社 Dye-sensitized solar cell and electrolysis solution for dye-sensitized solar cell
CN107430942A (en) * 2015-04-21 2017-12-01 住友精化株式会社 dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell electrolyte
CN107430942B (en) * 2015-04-21 2019-12-13 住友精化株式会社 Dye-sensitized solar cell and electrolyte for dye-sensitized solar cell

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