JP2009126869A - Nitroxide polymer and battery using the same - Google Patents

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Nobutaka Fujimoto
信貴 藤本
Atsushi Sakata
淳 坂田
Yuji Kanehara
祐治 金原
Hideki Matsushita
英樹 松下
Katsuhiko Yoshida
勝彦 吉田
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Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitroxide polymer usable as an electrode material for a battery of which a large current can be taken out and from which the reduction of a capacity is little even when the discharge and charge are carried out repeatedly, to provide an electrode active material containing the polymer, and to provide a battery using the electrode active material. <P>SOLUTION: The nitroxide polymer is obtained by polymerizing 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidin-1-oxyl represented by formula (1). The electrode active material contains the polymer. The battery uses the electrode active material. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ニトロキシド重合体、当該重合体を含有する電極活物質および当該電極活物質を用いた電池に関する。   The present invention relates to a nitroxide polymer, an electrode active material containing the polymer, and a battery using the electrode active material.

ノート型パソコンや携帯電話等の急速な市場拡大に伴い、これらに用いられるエネルギー密度の高い小型大容量二次電池への要求が高まっている。この要求に応えるために、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンを荷電担体としてその電荷授受に伴う電気化学反応を利用した二次電池が開発されている。中でもリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、安定性に優れた大容量二次電池として種々の電子機器に利用されている。このようなリチウムイオン二次電池は、一般に、活物質として正極にリチウム含有遷移金属酸化物を、負極に炭素を用いたものであり、これら活物質へのリチウムイオンの挿入、脱離反応を利用して充放電を行っている。   With the rapid market expansion of notebook personal computers and mobile phones, there is an increasing demand for small high-capacity secondary batteries with high energy density used for these. In order to meet this demand, a secondary battery using an alkali metal ion such as lithium ion as a charge carrier and utilizing an electrochemical reaction accompanying charge transfer has been developed. Among these, lithium ion secondary batteries are used in various electronic devices as high-capacity secondary batteries having high energy density and excellent stability. Such a lithium ion secondary battery generally uses a lithium-containing transition metal oxide as a positive electrode as an active material and carbon as a negative electrode, and utilizes insertion and desorption reactions of lithium ions into these active materials. Charging and discharging.

近年、より大容量化を目的に、電極反応に直接寄与する電極活物質としてラジカル化合物を利用した二次電池が提案されている。特許文献1には、正極、負極の少なくとも一方の活物質としてラジカル化合物を含有することを特徴とする二次電池が公開されている。また、特許文献2には、ニトロキシル化合物を正極中に含有する蓄電デバイスが公開されている。このような蓄電デバイスでは、電極反応が速いことにより大電流で充放電ができるとされている。
特開2002−151084号公報 特開2002−304996号公報
In recent years, secondary batteries utilizing radical compounds as electrode active materials that directly contribute to electrode reactions have been proposed for the purpose of increasing capacity. Patent Document 1 discloses a secondary battery including a radical compound as an active material of at least one of a positive electrode and a negative electrode. Patent Document 2 discloses an electricity storage device containing a nitroxyl compound in a positive electrode. In such an electricity storage device, it is said that charging and discharging can be performed with a large current due to a fast electrode reaction.
JP 2002-151084 A JP 2002-304996 A

しかしながら、特許文献1に記載の正極、負極の少なくとも一方の活物質がラジカル化合物を含有することを特徴とする二次電池や、特許文献2に記載の安定ラジカルを含むニトロキシル化合物を用いた蓄電デバイスは、繰り返し充放電後の容量低下の面において改善の余地があった。   However, a secondary battery in which at least one of the positive electrode and the negative electrode active material described in Patent Document 1 contains a radical compound, and an electricity storage device using a nitroxyl compound containing a stable radical described in Patent Document 2 However, there was room for improvement in terms of capacity reduction after repeated charge and discharge.

本発明は、大きな電流を取り出すことができ、かつ、繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない電池の電極材料として用いられるニトロキシド重合体、当該重合体を含有する電極活物質および当該電極活物質を用いた電池を提供することを目的とする。   The present invention provides a nitroxide polymer that can be used as an electrode material for a battery that can take out a large current and has little decrease in capacity even after repeated charging and discharging, an electrode active material containing the polymer, and the electrode active material. An object is to provide a battery using a substance.

本発明は、式(1):   The present invention relates to formula (1):

Figure 2009126869
で表される2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合して得られるニトロキシド重合体に関する。
また、本発明は、前記ニトロキシド重合体を含有する電極活物質に関する。
さらに、本発明は、前記電極活物質を用いた電池に関する。
Figure 2009126869
And a nitroxide polymer obtained by polymerizing 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl represented by formula (1).
The present invention also relates to an electrode active material containing the nitroxide polymer.
Furthermore, the present invention relates to a battery using the electrode active material.

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に係るニトロキシド重合体は、下記式(1)で表される2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合して得られるものである。
The present invention is described in detail below.
The nitroxide polymer according to the present invention is obtained by polymerizing 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl represented by the following formula (1).

Figure 2009126869
Figure 2009126869

式(1)で表される2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルは、例えば、下記式に示すように、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリドン化合物を用いる方法(Bull.Acad.Sci.USSR Div.Chem.Sci.(Engl.Transl.);EN;31;2;1982;401−404)により製造することができる。具体的には、塩化スルフリル等を用いて2,2,6,6−テトラメチル−4−オキソピペリジンハイドロクロライドをハロゲン化して2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジンとし、次に、メタクロロ過安息香酸等を用いてこれを酸化することにより2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン−1−オキシルとし、次に、水素化ホウ素ナトリウム等を用いてこれを還元することにより2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシルとし、さらに水酸化ナトリウム等を用いてこれをエポキシド化することにより式(1)で表される2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを製造することができる。   2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl represented by the formula (1) is, for example, 2,2,6,6-tetramethyl as shown in the following formula It can be produced by a method using a -4-piperidone compound (Bull. Acad. Sci. USSR Div. Chem. Sci. (Engl. Transl.); EN; 31; 2; 1982; 401-404). Specifically, 2,2,6,6-tetramethyl-4-oxopiperidine hydrochloride is halogenated using sulfuryl chloride or the like to produce 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxo. Piperidine, then oxidized with metachloroperbenzoic acid or the like to give 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine-1-oxyl, then hydrogenated This is reduced with sodium boron or the like to obtain 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-hydroxypiperidine-1-oxyl, and further epoxidized with sodium hydroxide or the like. Thus, 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl represented by the formula (1) can be produced.

Figure 2009126869
Figure 2009126869

本発明に係るニトロキシド重合体は、前記2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合して得られるものである。   The nitroxide polymer according to the present invention is obtained by polymerizing the 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl.

2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、塊状重合法および溶液重合法等を用いて重合する方法を挙げることができる。   The method for polymerizing 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl is not particularly limited. For example, polymerization may be performed using a bulk polymerization method, a solution polymerization method, or the like. The method of doing can be mentioned.

前記塊状重合法を用いて重合する方法としては、例えば、撹拌機、温度計、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入管および冷却管を備えた反応器を用いて、所定量の2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、撹拌しながら重合開始剤を添加する方法が挙げられる。   Examples of the polymerization method using the bulk polymerization method include using a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a gas introduction pipe for introducing an inert gas such as argon gas or nitrogen gas, and a cooling pipe. And a method in which a predetermined amount of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl is charged, deoxygenated with an inert gas, and then a polymerization initiator is added with stirring. .

前記溶液重合法を用いて重合する方法としては、例えば、前記塊状重合法を用いて重合する場合において、所定量の2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルとともに不活性溶媒を仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、撹拌しながら重合開始剤を添加する方法が挙げられる。   As a method of polymerizing using the solution polymerization method, for example, when polymerizing using the bulk polymerization method, a predetermined amount of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1- There is a method in which an inert solvent is charged together with oxyl, deoxygenated with an inert gas, and then a polymerization initiator is added with stirring.

前記溶液重合法を用いて重合する場合に使用する不活性溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;n−ヘキサン、n−ヘプタン、リグロイン等の非環式飽和炭化水素系溶媒;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式飽和炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒等の不活性溶媒が挙げられる。これらの中でも、工業的に入手が容易で、安価であり、得られる重合反応生成物の品質が安定する観点から、芳香族炭化水素系溶媒および非環式飽和炭化水素系溶媒が好ましく、中でもトルエンおよびn−ヘキサンが好適に用いられる。   Examples of the inert solvent used for polymerization using the solution polymerization method include aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; acyclic saturation such as n-hexane, n-heptane and ligroin Hydrocarbon solvents; cyclic saturated hydrocarbon solvents such as cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane and methylcyclohexane; and inert solvents such as ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran. Among these, aromatic hydrocarbon solvents and acyclic saturated hydrocarbon solvents are preferred from the viewpoint of being easily available industrially, inexpensive, and stabilizing the quality of the resulting polymerization reaction product. And n-hexane are preferably used.

前記溶液重合法を用いて重合する場合における前記不活性溶媒の使用量は、特に制限されるものではないが、反応を円滑に進行させる観点および使用量に見合うだけの効果を得る観点から、2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル100重量部に対して1〜2000重量部であることが好ましい。   The amount of the inert solvent used in the polymerization using the solution polymerization method is not particularly limited. However, from the viewpoint of allowing the reaction to proceed smoothly and obtaining an effect that is commensurate with the amount used, 2 1,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl is preferably 1 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight.

前記重合開始剤としては特に限定されず、例えば、アニオン系重合開始剤を用いて重合することができる。アニオン系重合開始剤としては、例えば、tert−ブトキシカリウム、グリニャール試薬(n−ブチルマグネシウムブロマイド、イソブチルマグネシウムブロマイド、tert−ブチルマグネシウムブロマイド、n−ブチルマグネシウムクロライド、イソブチルマグネシウムクロライド、tert−ブチルマグネシウムクロライド等)、アルキルリチウム(n−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、1,1,−ジフェニルヘキシルリチウム等)、ジエチル亜鉛およびジエチル亜鉛/水系開始剤等が挙げられる。これらの中でも、得られる重合反応生成物の品質が安定する観点からtert−ブトキシカリウム、ジエチル亜鉛およびジエチル亜鉛/水系開始剤が好適に用いられる。   It does not specifically limit as said polymerization initiator, For example, it can superpose | polymerize using an anionic polymerization initiator. Examples of the anionic polymerization initiator include tert-butoxy potassium, Grignard reagent (n-butylmagnesium bromide, isobutylmagnesium bromide, tert-butylmagnesium bromide, n-butylmagnesium chloride, isobutylmagnesium chloride, tert-butylmagnesium chloride, etc. ), Alkyllithium (n-butyllithium, tert-butyllithium, 1,1, -diphenylhexyllithium, etc.), diethylzinc and diethylzinc / water-based initiator. Among these, tert-butoxy potassium, diethyl zinc, and diethyl zinc / water initiator are preferably used from the viewpoint of stabilizing the quality of the obtained polymerization reaction product.

前記重合開始剤の使用量は、使用する重合開始剤の種類や反応温度により異なるが、通常、2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル100重量部に対して0.05〜20重量部であることが好ましい。なお、前記重合反応において、必要に応じてイソプロピルアルコール等の連鎖移動剤やメタノール等の重合停止剤等の添加剤を適宜加えてもよい。   The amount of the polymerization initiator used varies depending on the type of polymerization initiator used and the reaction temperature, but is usually 100 parts by weight of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl. The amount is preferably 0.05 to 20 parts by weight. In the polymerization reaction, additives such as a chain transfer agent such as isopropyl alcohol and a polymerization terminator such as methanol may be added as necessary.

反応温度としては、使用する重合開始剤の種類により異なるが、通常、−100〜100℃が好ましく、−50〜80℃がより好ましい。反応時間は前記反応温度により異なるため一概には言えないが、通常、5〜40時間である。   As reaction temperature, although it changes with kinds of polymerization initiator to be used, -100-100 degreeC is preferable normally and -50-80 degreeC is more preferable. Although the reaction time varies depending on the reaction temperature, it cannot be generally stated, but it is usually 5 to 40 hours.

かくして得られたニトロキシド重合体は、例えば、反応液をヘキサン等の脂肪族炭化水素等の溶媒と混合し、当該重合反応生成物を沈澱させた後、ろ過することにより単離することができる。さらに、メタノール、ヘキサン等を用いて未反応物等を除去、洗浄し、また希塩酸、水等を用いて重合開始剤残渣を除去、洗浄し、乾燥することにより精製することができる。   The nitroxide polymer thus obtained can be isolated, for example, by mixing the reaction liquid with a solvent such as aliphatic hydrocarbon such as hexane to precipitate the polymerization reaction product and then filtering. Furthermore, it can be purified by removing and washing unreacted substances using methanol, hexane or the like, and removing, washing and drying the polymerization initiator residue using dilute hydrochloric acid, water or the like.

本発明に係るニトロキシド重合体は、架橋構造を有するものであってもよい。架橋構造を有するニトロキシド重合体は、例えば、前記2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合する際に架橋剤を添加して、これと共重合させることにより製造することができる。   The nitroxide polymer according to the present invention may have a crosslinked structure. The nitroxide polymer having a cross-linked structure may be copolymerized by adding a cross-linking agent when polymerizing the 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl, for example. Can be manufactured.

前記架橋剤としては、分子内に複数個の重合性不飽和基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、1,2,3,4−ジエポキシブタン、1,2,4,5−ジエポキシペンタン、1,2,5,6−ジエポキシヘキサン、1,2,6,7−ジエポキシヘプタン、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,2,8,9−ジエポキシノナン、1,2,9,10−ジエポキシデカン等が挙げられる。これらの中でも、高い重合反応性を有する観点から、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、1,2,8,9−ジエポキシノナンおよび1,2,9,10−ジエポキシデカンが好適に用いられる。なお、これら架橋剤は、それぞれ1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   The crosslinking agent is not particularly limited as long as it is a compound having a plurality of polymerizable unsaturated groups in the molecule. For example, 1,2,3,4-diepoxybutane, 1,2,4,5- Diepoxypentane, 1,2,5,6-diepoxyhexane, 1,2,6,7-diepoxyheptane, 1,2,7,8-diepoxyoctane, 1,2,8,9-diepoxy Nonane, 1,2,9,10-diepoxydecane and the like can be mentioned. Among these, 1,2,7,8-diepoxyoctane, 1,2,8,9-diepoxynonane and 1,2,9,10-diepoxydecane are preferable from the viewpoint of high polymerization reactivity. Used for. In addition, these crosslinking agents may be used individually by 1 type, respectively, or may use 2 or more types together.

前記架橋剤の使用割合は、特に限定されるものではないが、2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル1モルに対して0.00001〜0.25モルの割合であることが好ましく、0.00005〜0.1モルの割合であることがより好ましく、0.0001〜0.05モルの割合であることがさらに好ましい。   The use ratio of the crosslinking agent is not particularly limited, but is 0.00001 to 0.25 with respect to 1 mole of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl. The molar ratio is preferably 0.00005 to 0.1 mol, and more preferably 0.0001 to 0.05 mol.

本発明に係るニトロキシド重合体の数平均分子量は500〜10000000であることが好ましく、1000〜1000000であることがより好ましい。500未満であると、ニトロキシド重合体が電解液に溶解することにより、当該ニトロキシド重合体を含有する電極活物質を用いた電池の容量が低下するおそれがあり、10000000を超えると、取り扱いが困難になるおそれがある。なお、上記数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法によって測定された標準ポリスチレン換算値のことをいう。   The number average molecular weight of the nitroxide polymer according to the present invention is preferably 500 to 10000000, and more preferably 1000 to 1000000. If it is less than 500, the nitroxide polymer dissolves in the electrolytic solution, which may reduce the capacity of the battery using the electrode active material containing the nitroxide polymer. If it exceeds 10000000, handling becomes difficult. There is a risk. In addition, the said number average molecular weight means the standard polystyrene conversion value measured by the gel permeation chromatography method.

本発明に係る電極活物質は、本発明に係るニトロキシド重合体を含有するものである。このような電極活物質もまた本発明の1つである。   The electrode active material according to the present invention contains the nitroxide polymer according to the present invention. Such an electrode active material is also one aspect of the present invention.

また、本発明に係る電池は、本発明に係る電極活物質を用いたものである。このような電池もまた本発明の1つである。   The battery according to the present invention uses the electrode active material according to the present invention. Such a battery is also one aspect of the present invention.

図1に本発明に係る電池の実施形態の一例を示す。図1に示す電池は、正極5と負極3とを、電解質を含有するセパレータ4を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極5上に正極集電体6を重ね合わせた構成となっている。これらは負極側のステンレス外装1と正極側のステンレス外装1とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン2が配置されている。なお、電解質として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、電解質を含有するセパレータ4に代えて、これらの電解質を電極間に介在させる形態とすることもできる。   FIG. 1 shows an example of an embodiment of a battery according to the present invention. The battery shown in FIG. 1 has a configuration in which a positive electrode 5 and a negative electrode 3 are superposed so as to face each other via a separator 4 containing an electrolyte, and a positive electrode current collector 6 is superposed on the positive electrode 5. . These are covered with a stainless steel outer sheath 1 on the negative electrode side and a stainless steel outer sheath 1 on the positive electrode side, and an insulating packing 2 made of an insulating material such as a plastic resin is disposed between them for the purpose of preventing electrical contact between them. Yes. In addition, when using solid electrolyte and gel electrolyte as electrolyte, it can replace with the separator 4 containing electrolyte, and can also be set as the form which interposes these electrolytes between electrodes.

本発明に係る電極活物質は、このような電池において、負極3、正極5または両電極に用いることができる。また、本発明に係る電池は、負極3、正極5または両電極の電極活物質として、本発明に係る電極活物質を用いたものである。   The electrode active material according to the present invention can be used for the negative electrode 3, the positive electrode 5, or both electrodes in such a battery. In addition, the battery according to the present invention uses the electrode active material according to the present invention as the electrode active material of the negative electrode 3, the positive electrode 5, or both electrodes.

以下に、電池を構成する主な部材等に関して説明する。   Below, the main members etc. which comprise a battery are demonstrated.

(1)電極活物質
本発明において「電極活物質」とは、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことをいい、電池システムの中心的役割を果たすものである。
(1) Electrode Active Material In the present invention, “electrode active material” refers to a material that directly contributes to electrode reactions such as charge reaction and discharge reaction, and plays a central role in the battery system.

本発明に係る電極活物質は、本発明に係るニトロキシド重合体を含有するものであり、正極および/または負極の電極活物質として、本発明に係るニトロキシド重合体をそれぞれ単独で用いてもよいし、また、他の電極活物質と組み合わせて電極活物質としてもよい。   The electrode active material according to the present invention contains the nitroxide polymer according to the present invention, and each of the nitroxide polymers according to the present invention may be used alone as the positive electrode and / or negative electrode active material. Also, an electrode active material may be combined with other electrode active materials.

本発明に係るニトロキシド重合体を正極の電極活物質に用いる場合、他の電極活物質としては、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物および導電性高分子等を挙げることができる。   When the nitroxide polymer according to the present invention is used as a positive electrode active material, examples of other electrode active materials include metal oxides, disulfide compounds, other stable radical compounds, and conductive polymers.

前記金属酸化物としては、例えば、LiMnO、LiMn(0<x<2)等のマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO、LiCoO、LiNiO、あるいはLi(0<y<2)、オリビン系材料LiFePO、スピネル構造中のMnの一部を他の遷移金属で置換した材料LiNi0.5Mn1.5、LiCr0.5Mn1.5、LiCo0.5Mn1.5、LiCoMnO、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.33Mn0.33Co0.33、LiNi0.8Co0.2、LiN0.5Mn1.5−zTi(0<z<1.5)等が挙げられる。 Examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , or Li y V 2 O 5 (0 <y <2), olivine-based material LiFePO 4 , materials obtained by substituting a part of Mn in the spinel structure with other transition metals, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCr 0. 5 Mn 1.5 O 4 , LiCo 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , LiNi 0 0.8 Co 0.2 O 2 , LiN 0.5 Mn 1.5-z Ti z O 4 (0 <z <1.5) and the like.

前記ジスルフィド化合物としては、ジチオグリコール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、S−トリアジン−2,4,6−トリチオール等が挙げられる。   Examples of the disulfide compound include dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol and the like.

前記他の安定ラジカル化合物としては、ポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−4−イル メタクリレート)等が挙げられる。   Examples of the other stable radical compound include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate).

前記導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。   Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole.

これらの中では、マンガン酸リチウムおよびLiCoOが好適に用いられる。これら他の電極活物質は、1種単独を前記ニトロキシド重合体と組み合わせてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Among these, lithium manganate and LiCoO 2 are preferably used. These other electrode active materials may be used alone or in combination with two or more of the nitroxide polymers.

前記ニトロキシド重合体を負極の電極活物質に用いる場合、他の電極活物質としては、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、他の安定ラジカル化合物および導電性高分子等を挙げることができる。   When the nitroxide polymer is used as an electrode active material for a negative electrode, other electrode active materials include graphite, amorphous carbon, metallic lithium and lithium alloy, lithium ion storage carbon, metallic sodium, other stable radical compounds, and conductive materials. Can be mentioned.

他の安定ラジカル化合物としては、ポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−4−イル メタクリレート)等が挙げられる。   Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate) and the like.

これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。なお、これらの形状としては特に限定されず、薄膜状のもの、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であってもよい。これら他の電極活物質は、1種単独を前記ニトロキシド重合体と組み合わせてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   Among these, it is preferable to combine with metallic lithium or graphite. In addition, it does not specifically limit as these shapes, A thin-film thing, a bulk thing, the thing which hardened the powder, a fibrous thing, a flake-like thing, etc. may be sufficient. These other electrode active materials may be used alone or in combination with two or more of the nitroxide polymers.

本発明に係る電池は、正極もしくは負極の一方の電極、または両方の電極における電極活物質として、本発明に係るニトロキシド重合体を含有する電極活物質を用いるが、一方の電極にのみ前記ニトロキシド重合体を含有する電極活物質を用いる場合、もう一方の電極における電極活物質としては、前記他の電極活物質として例示した従来公知の電極活物質を用いることができる。   In the battery according to the present invention, the electrode active material containing the nitroxide polymer according to the present invention is used as the electrode active material of one of the positive electrode and the negative electrode, or both electrodes. In the case of using an electrode active material containing a coalescence, a conventionally known electrode active material exemplified as the other electrode active material can be used as the electrode active material in the other electrode.

本発明において、エネルギー密度の観点から、前記ニトロキシド重合体を含有する電極活物質は、正極の電極活物質として用いるのが好ましく、ニトロキシド重合体を前記他の電極活物質と組み合わせることなく単独で用いるのがより好ましい。また、このときの負極の電極活物質としては、金属リチウムまたはグラファイトを用いることが好ましい。   In the present invention, from the viewpoint of energy density, the electrode active material containing the nitroxide polymer is preferably used as a positive electrode active material, and the nitroxide polymer is used alone without being combined with the other electrode active materials. Is more preferable. Moreover, it is preferable to use metallic lithium or graphite as the electrode active material of the negative electrode at this time.

(2)導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材
本発明に係る電極活物質を正極の電極活物質として使用する場合、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤(補助導電材)やイオン伝導補助材を混合させてもよい。
(2) Conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material) and ion conduction auxiliary material When the electrode active material according to the present invention is used as an electrode active material for a positive electrode, for the purpose of reducing impedance and improving energy density and output characteristics, A conductivity imparting agent (auxiliary conductive material) or an ion conduction auxiliary material may be mixed.

前記補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。   Examples of the auxiliary conductive material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF) and carbon nanotube, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. Molecule.

また、前記イオン伝導補助材としては、高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。これらの中でも、炭素繊維が好適に用いられ、中でも気相成長炭素繊維がより好適に用いられる。炭素繊維を用いることにより、電極の引張り強度がより大きくなり、電極にひびが入ったり剥がれたりすることが少なくなる。これら補助導電材やイオン伝導補助材は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   Examples of the ion conduction auxiliary material include polymer gel electrolytes and polymer solid electrolytes. Among these, carbon fibers are preferably used, and vapor-grown carbon fibers are more preferably used. By using carbon fiber, the tensile strength of the electrode is increased, and the electrode is less likely to crack or peel off. These auxiliary conductive materials and ion conductive auxiliary materials may be used alone or in combination of two or more.

前記補助導電材やイオン伝導補助材を用いる場合、電極中における混合割合としては、10〜80重量%が好ましい。   When the auxiliary conductive material or the ion conductive auxiliary material is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 10 to 80% by weight.

(3)結着剤
本発明に係る電極活物質では、各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を混合させてもよい。
(3) Binder In the electrode active material according to the present invention, a binder may be mixed in order to strengthen the connection between the constituent materials.

前記結着剤としては、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。これら結着剤は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   Examples of the binder include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene / butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, and polyimide. And resin binders such as various polyurethanes. These binders may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

前記結着剤を用いる場合、電極中の混合割合としては、5〜30重量%が好ましい。   When the binder is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 5 to 30% by weight.

(4)増粘剤
本発明に係る電極活物質を形成させるためのスラリーを作製しやすくするために、増粘剤を混合させてもよい。
(4) Thickener In order to make it easy to produce a slurry for forming the electrode active material according to the present invention, a thickener may be mixed.

前記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ヒドロキシエチル、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ソーダ等が挙げられる。これら増粘剤は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyethyl acrylate, ammonium polyacrylate, and sodium polyacrylate. Is mentioned. These thickeners may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

前記増粘剤を用いる場合、電極中の混合割合としては、0.1〜5重量%が好ましい。   When the thickener is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 0.1 to 5% by weight.

(5)触媒
本発明に係る電極活物質において、電極反応をより円滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を混合させてもよい。
(5) Catalyst In the electrode active material according to the present invention, a catalyst that assists the oxidation-reduction reaction may be mixed in order to perform the electrode reaction more smoothly.

前記触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。これら触媒は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   Examples of the catalyst include conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene, basic compounds such as pyridine derivatives, pyrrolidone derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, and acridine derivatives, and metal ion complexes. . These catalysts may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

前記触媒を用いる場合、電極中の混合割合としては、10重量%以下が好ましい。   When the catalyst is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 10% by weight or less.

(6)集電体およびセパレータ
本発明に係る電極活物質に接触させて用いられる集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等が挙げられ、箔、金属平板、メッシュ状等の形状のものを用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
(6) Current collector and separator Examples of the current collector used in contact with the electrode active material according to the present invention include nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, carbon, foil, A metal flat plate or mesh shape can be used. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the electrode active material and the current collector may be chemically bonded.

一方、セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布等を挙げることができる。   On the other hand, examples of the separator include porous films and nonwoven fabrics made of polyethylene, polypropylene, and the like.

(7)電解質
本発明に係る電池において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には20℃で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導性を有していることが好ましい。前記電解質としては、例えば、電解質塩を溶媒に溶解した電解液を用いることができる。
(7) Electrolyte In the battery according to the present invention, the electrolyte performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at 20 ° C. It is preferable to have. As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used.

前記電解質塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSOC等の従来公知の材料を挙げることができる。これら電解質塩は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) Conventionally known materials such as 3 C and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be mentioned. These electrolyte salts may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

前記溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒を挙げることができる。これら溶媒は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。   Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl. An organic solvent such as -2-pyrrolidone can be mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

また、前記電解質として高分子化合物に前記電解質塩を含有させた固体電解質や高分子化合物に前記電解液を含ませてゲル状にした固体電解質を用いることもできる。   Further, as the electrolyte, a solid electrolyte in which the electrolyte salt is contained in a polymer compound or a solid electrolyte in which the electrolyte solution is contained in a polymer compound to form a gel can be used.

前記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、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体等が挙げられる。   Examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer. Polymers, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymers and other vinylidene fluoride polymers, acrylonitrile-methyl methacrylate copolymers, acrylonitrile- Methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic acid copolymer, acrylo Tolyl - vinyl acetate copolymer, acrylonitrile-based polymer, further polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymer, polymer and the like of these acrylates body or methacrylate products thereof.

(8)電池形状
本発明に係る電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。例えば、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔等の金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等が挙げられる。
(8) Battery shape The shape of the battery according to the present invention is not particularly limited, and conventionally known batteries can be used. For example, an electrode laminate or a wound body is sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film composed of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film, etc. Examples include molds and sheet molds.

(9)電池の製造方法
本発明に係る電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。例えば、本発明に係る電極活物質、導電付与剤等に溶媒を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶媒を揮発させることにより電極を作製し、さらにこの電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤等を乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。
(9) Battery Manufacturing Method The battery manufacturing method according to the present invention is not particularly limited, and a method appropriately selected according to the material can be used. For example, a solvent is added to the electrode active material, the conductivity-imparting agent, etc. according to the present invention to form a slurry, which is applied to the electrode current collector, and the electrode is produced by heating or volatilizing the solvent at room temperature. In this method, the separators are stacked or wound, wrapped with an outer package, and injected with an electrolyte solution to be sealed. Solvents for slurrying include ether solvents such as tetrahydrofuran, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether and dioxane, amine solvents such as N, N-dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone, benzene, toluene and xylene. Aromatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, etc., halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, carbon tetrachloride, alkyl ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, etc. , Alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol, dimethyl sulfoxide, water and the like. In addition, as an electrode manufacturing method, there is a method in which an electrode active material, a conductivity-imparting agent, and the like are kneaded in a dry manner and then thinned and laminated on an electrode current collector.

本発明に係る電池の製造方法では、電極活物質を構成する化合物として前記ニトロキシド重合体そのものを用いる場合と、電極反応によって前記ニトロキシド重合体に変化する重合体を用いる場合とがある。このような電極反応によって前記ニトロキシド重合体に変化する重合体の例としては、前記ニトロキシド重合体を還元したアニオン体と、リチウムイオンやナトリウムイオンといった電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、および、前記ニトロキシド重合体を酸化したカチオン体と、PF やBF といった電解質アニオンとからなる塩等が挙げられる。 In the method for producing a battery according to the present invention, there are a case where the nitroxide polymer itself is used as a compound constituting the electrode active material and a case where a polymer which changes to the nitroxide polymer by an electrode reaction is used. Examples of the polymer that changes to the nitroxide polymer by such an electrode reaction include a lithium salt or sodium salt composed of an anion body obtained by reducing the nitroxide polymer and an electrolyte cation such as lithium ion or sodium ion, and a cation body oxidizing the nitroxide polymer, PF 6 - and BF 4 - salts consisting of an electrolyte anions such.

本発明に係る電池において、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は電池の製造方法として従来公知の方法を用いることができる。   In the battery according to the present invention, a conventionally known method can be used as the battery manufacturing method for other manufacturing conditions such as lead extraction from the electrode and outer packaging.

本発明によると、大きな電流を取り出すことができ、かつ、繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない電池の電極材料として用いられるニトロキシド重合体、当該重合体を含有する電極活物質および当該電極活物質を用いた電池を提供することができる。   According to the present invention, a nitroxide polymer that can be used as an electrode material for a battery that can extract a large current and has little reduction in capacity even after repeated charge and discharge, an electrode active material containing the polymer, and the electrode A battery using an active material can be provided.

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これら実施例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

製造例1(2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルの製造)
撹拌機、温度計および還流冷却管を備えた200mL容の4つ口フラスコに、2,2,6,6−テトラメチル−4−オキソピペリジンハイドロクロライド6.91g(36mmol)および塩化メチレン120mLを仕込み、溶解させた。次に5℃に冷却し、撹拌しながら塩化スルフリル5.00g(37mmol)を滴下した。4時間撹拌した後、減圧下にて溶媒を留去して固形物を得た。10重量%炭酸水素ナトリウム水溶液60mLを用いて、得られた固形物を洗浄、乾燥することにより2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン5.46g(収率80%)を得た。
Production Example 1 (Production of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl)
A 200 mL four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a reflux condenser was charged with 6.91 g (36 mmol) of 2,2,6,6-tetramethyl-4-oxopiperidine hydrochloride and 120 mL of methylene chloride. , Dissolved. Next, the mixture was cooled to 5 ° C., and 5.00 g (37 mmol) of sulfuryl chloride was added dropwise with stirring. After stirring for 4 hours, the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a solid. The solid obtained was washed with 60 mL of 10% by weight aqueous sodium hydrogen carbonate solution and dried to give 5.46 g of 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine (yield 80 %).

得られた2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジンは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):3325,1745,1715cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):190
The obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 3325, 1745, 1715 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 190

次に、得られた2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン4.74g(25mmol)と塩化メチル75mLを、撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および還流冷却管を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した200mL容の4つ口フラスコに仕込み、溶解させた。次いで、メタクロロ過安息香酸8.63g(50mL)/塩化メチレン25mLを添加し、25℃にて8時間撹拌した後、減圧ろ過し、ろ液を10%炭酸カリウム水溶液50gおよび飽和塩化ナトリウム水溶液50gで洗浄した後、濃縮、乾燥することにより2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン−1−オキシル4.61g(22.5mmol)を得た。   Next, the obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine (4.74 g, 25 mmol) and methyl chloride (75 mL) were mixed with a stirrer, an argon gas introduction tube, a thermometer, and reflux cooling. A 200 mL 4-neck flask equipped with a tube and previously substituted with argon gas was charged and dissolved. Next, 8.63 g (50 mL) of metachloroperbenzoic acid / 25 mL of methylene chloride was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 8 hours, followed by filtration under reduced pressure. After washing, the solution was concentrated and dried to obtain 4.61 g (22.5 mmol) of 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine-1-oxyl.

得られた2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):1740cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):205
The obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 1740 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 205

次に、得られた2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−オキソピペリジン−1−オキシル4.09g(20mmol)とメタノール50mlを撹拌機、温度計および還流冷却管を備えた200mL容の4つ口フラスコに仕込み、溶解させた。次に、水素化ほう素ナトリウム0.83g(22mmol)を添加し、25℃にて4時間撹拌した後、減圧下にて溶媒を留去して固形物を得た。得られた固形分に純水10gを加えて溶解させた後、ジエチルエーテル100mLを用いて分液し、ジエチルエーテル層を濃縮、乾燥することにより2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル3.84g(18.6mmol)を得た。   Next, 4.09 g (20 mmol) of the obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-oxopiperidine-1-oxyl and 50 ml of methanol were equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser. Into a 200 mL four-necked flask, it was dissolved. Next, 0.83 g (22 mmol) of sodium borohydride was added and stirred at 25 ° C. for 4 hours, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a solid. After adding 10 g of pure water to the obtained solid content and dissolving it, liquid separation was performed using 100 mL of diethyl ether, and the diethyl ether layer was concentrated and dried to give 2,2,6,6-tetramethyl-3- Chloro-4-hydroxypiperidine-1-oxyl 3.84 g (18.6 mmol) was obtained.

得られた2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):3590cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):207
The obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-hydroxypiperidine-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 3590 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 207

水酸化ナトリウム水溶液0.70g(17.5mmol)、純水50mLを撹拌機、温度計、還流冷却管を備えた100mL容の4つ口フラスコに仕込み、溶解させた。これに前記2,2,6,6−テトラメチル−3−クロロ−4−ヒドロキシピペリジン−1−オキシル3.10g(15mmol)を加えて、25℃にて4時間撹拌した。その後、ジエチルエーテル150mLを用いて分液し、ジエチルエーテル層を濃縮、乾燥することにより2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル2.81g(16.5mmol)を得た。   An aqueous sodium hydroxide solution (0.70 g, 17.5 mmol) and pure water (50 mL) were charged into a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, and reflux condenser and dissolved. To this was added 3.10 g (15 mmol) of 2,2,6,6-tetramethyl-3-chloro-4-hydroxypiperidine-1-oxyl, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 4 hours. Thereafter, the mixture was separated using 150 mL of diethyl ether, and the diethyl ether layer was concentrated and dried to obtain 2.81 g (16.5 mmol) of 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl. )

得られた2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):1260,1087cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):170
The obtained 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 1260,1087 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 170

実施例1(ニトロキシド重合体の製造)
撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および環流冷却管を備えた50mL容の4つ口フラスコに、製造例1と同様にして得られた2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル1.70g(10mmol)およびトルエン5mL(4.325g)を仕込み、25℃に保ちながら、アルゴンガスを通じて反応系内の酸素を除去した。次に、重合開始剤としてのtert−ブトキシカリウム11.2mg(0.10mmol)を加えて、アルゴンガス雰囲気下、60℃に昇温し、同温度で撹拌下24時間重合反応させた後、適量のメタノールを添加して反応を停止させた。反応終了後、反応液を室温にもどし、ヘキサン100mL中に加え、ろ過した後、ヘキサン20mLで洗浄し、減圧乾燥することにより、燈色固体のニトロキシド重合体0.60gを得た(収率35%)。
Example 1 (Production of nitroxide polymer)
2,2,6,6-tetramethyl-3,4 obtained in the same manner as in Production Example 1 was added to a 50 mL four-necked flask equipped with a stirrer, an argon gas inlet tube, a thermometer, and a reflux condenser. -1.70 g (10 mmol) of epoxypiperidine-1-oxyl and 5 mL (4.325 g) of toluene were charged, and oxygen in the reaction system was removed through argon gas while maintaining at 25 ° C. Next, 11.2 mg (0.10 mmol) of tert-butoxy potassium as a polymerization initiator was added, the temperature was raised to 60 ° C. under an argon gas atmosphere, and the polymerization reaction was carried out at the same temperature for 24 hours with stirring. Of methanol was added to stop the reaction. After completion of the reaction, the reaction solution was returned to room temperature, added to 100 mL of hexane, filtered, washed with 20 mL of hexane, and dried under reduced pressure to obtain 0.60 g of an amber solid nitroxide polymer (yield 35). %).

得られたニトロキシド重合体について、数平均分子量を測定したところ、7700であった。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製、商品名:HLC−8020)を用いて、LiBr(0.01mol/L)を含むN,N−ジメチルホルムアミド中30℃にて測定し、標準ポリスチレンを基準にして算出した。   It was 7700 when the number average molecular weight was measured about the obtained nitroxide polymer. The number average molecular weight is 30 ° C in N, N-dimethylformamide containing LiBr (0.01 mol / L) using gel permeation chromatography (trade name: HLC-8020, manufactured by Tosoh Corporation). Measured and calculated with reference to standard polystyrene.

実施例2(ニトロキシド重合体の製造)
撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および環流冷却管を備えた50mL容の4つ口フラスコに、製造例1と同様にして得られた2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシル1.70g(10mmol)およびトルエン5mL(4.325g)を仕込み、25℃に保ちながら、アルゴンガスを通じて反応系内の酸素を除去した。次に、重合開始剤としてのジエチル亜鉛の1mol/Lヘキサン溶液0.1mL(ジエチル亜鉛12.5mg)を加えて、25℃にて24時間重合反応させた後、適量のメタノールを添加して反応を停止させた。反応終了後、反応液をヘキサン100mL中に加え、ろ過した後、ヘキサン20mLで洗浄し、減圧乾燥することにより、燈色固体のニトロキシド重合体1.45gを得た(収率85%)。
Example 2 (Production of nitroxide polymer)
2,2,6,6-tetramethyl-3,4 obtained in the same manner as in Production Example 1 was added to a 50 mL four-necked flask equipped with a stirrer, an argon gas inlet tube, a thermometer, and a reflux condenser. -1.70 g (10 mmol) of epoxypiperidine-1-oxyl and 5 mL (4.325 g) of toluene were charged, and oxygen in the reaction system was removed through argon gas while maintaining at 25 ° C. Next, 0.1 mL of a 1 mol / L hexane solution of diethyl zinc as a polymerization initiator (diethyl zinc 12.5 mg) was added and a polymerization reaction was performed at 25 ° C. for 24 hours, and then an appropriate amount of methanol was added to react. Was stopped. After completion of the reaction, the reaction solution was added to 100 mL of hexane, filtered, washed with 20 mL of hexane, and dried under reduced pressure to obtain 1.45 g of an amber solid nitroxide polymer (yield 85%).

得られたニトロキシド重合体について、数平均分子量を測定したところ、9800であった。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製、商品名:HLC−8020)を用いて、LiBr(0.01mol/L)を含むN,N−ジメチルホルムアミド中30℃にて測定し、標準ポリスチレンを基準にして算出した。   It was 9800 when the number average molecular weight was measured about the obtained nitroxide polymer. The number average molecular weight is 30 ° C in N, N-dimethylformamide containing LiBr (0.01 mol / L) using gel permeation chromatography (trade name: HLC-8020, manufactured by Tosoh Corporation). Measured and calculated with reference to standard polystyrene.

実施例3(ニトロキシド重合体の製造)
実施例2において、重合温度25℃に代えて、重合温度60℃とした以外は実施例2と同様にして、燈色固体のニトロキシド重合体1.62gを得た(収率95%)。
Example 3 (Production of nitroxide polymer)
In Example 2, 1.62 g of an amber solid nitroxide polymer was obtained in the same manner as in Example 2 except that the polymerization temperature was changed to 60 ° C. instead of the polymerization temperature of 25 ° C. (yield 95%).

得られたニトロキシド重合体について、数平均分子量を測定したところ、8100であった。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製、商品名:HLC−8020)を用いて、LiBr(0.01mol/L)を含むN,N−ジメチルホルムアミド中30℃にて測定し、標準ポリスチレンを基準にして算出した。   It was 8100 when the number average molecular weight was measured about the obtained nitroxide polymer. The number average molecular weight is 30 ° C in N, N-dimethylformamide containing LiBr (0.01 mol / L) using gel permeation chromatography (trade name: HLC-8020, manufactured by Tosoh Corporation). Measured and calculated with reference to standard polystyrene.

実施例4(ニトロキシド重合体を含有する電極活物質を用いた電池)
実施例2で得られたニトロキシド重合体0.01g、補助導電材としてのグラファイト粉末0.08gおよび結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン0.01gをそれぞれ量りとり、メノウ乳鉢を用いて混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約150μmの薄膜とした。これを、真空中100℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は12.9mgであった。
Example 4 (Battery using an electrode active material containing a nitroxide polymer)
0.01 g of the nitroxide polymer obtained in Example 2, 0.08 g of graphite powder as an auxiliary conductive material, and 0.01 g of polytetrafluoroethylene as a binder were weighed and kneaded using an agate mortar. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was subjected to roller stretching under pressure to obtain a thin film having a thickness of about 150 μm. This was dried overnight at 100 ° C. in a vacuum and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode. The mass of this electrode was 12.9 mg.

次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合体積比1:1)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体を兼ねたステンレス外装(かがつう株式会社製)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セパレータを積層した。さらに負極となるリチウムディスクを積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で負極側ステンレス外装(かがつう株式会社製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として実施例2で得られたニトロキシド重合体を、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製造した。 Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 1: 1) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on a stainless steel sheath (manufactured by Kagatsu Co., Ltd.) that also served as a positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator that was also impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Furthermore, the lithium disk used as a negative electrode was laminated | stacked, and the negative electrode side stainless steel exterior (made by Kagatsu Co., Ltd.) was piled up in the state which has arrange | positioned the insulating packing around. By applying pressure with a caulking machine, a sealed coin-type battery using the nitroxide polymer obtained in Example 2 as the positive electrode active material and metallic lithium as the negative electrode active material was produced.

このコイン型電池について、電位掃引範囲3.2〜4.2Vでのサイクリックボルタモグラムを測定したところ、3.65Vにニトロキシドラジカルのp型レドックス由来の酸化還元波が現れ、繰り返し掃引しても酸化還元波は安定していた。また、定電流0.1mA(電流密度150μA/cm)での充放電曲線を測定したところ、3.64Vにプラトー電位が現れ、500サイクル後も顕著な容量低下は見られず、安定な充放電挙動を示した。 When a cyclic voltammogram was measured for this coin-type battery in a potential sweep range of 3.2 to 4.2 V, a redox wave derived from the p-type redox of the nitroxide radical appeared at 3.65 V, and it was oxidized even after repeated sweeps. The reduction wave was stable. Further, when a charge / discharge curve at a constant current of 0.1 mA (current density of 150 μA / cm 2 ) was measured, a plateau potential appeared at 3.64 V, and no significant decrease in capacity was observed even after 500 cycles, and stable charge and discharge were observed. The discharge behavior was shown.

本発明に係る電池の実施形態の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of embodiment of the battery which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ステンレス外装
2 絶縁パッキン
3 負極
4 セパレータ
5 正極
6 正極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stainless steel exterior 2 Insulation packing 3 Negative electrode 4 Separator 5 Positive electrode 6 Positive electrode collector

Claims (3)

式(1):
Figure 2009126869
で表される2,2,6,6−テトラメチル−3,4−エポキシピペリジン−1−オキシルを重合して得られるニトロキシド重合体。
Formula (1):
Figure 2009126869
A nitroxide polymer obtained by polymerizing 2,2,6,6-tetramethyl-3,4-epoxypiperidine-1-oxyl represented by the formula:
請求項1に記載のニトロキシド重合体を含有する電極活物質。   An electrode active material containing the nitroxide polymer according to claim 1. 請求項2に記載の電極活物質を用いた電池。   A battery using the electrode active material according to claim 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11001659B1 (en) 2016-09-06 2021-05-11 Evonik Operations Gmbh Method for the improved oxidation of secondary amine groups

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