JP2010009760A - Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound - Google Patents

Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound Download PDF

Info

Publication number
JP2010009760A
JP2010009760A JP2008164213A JP2008164213A JP2010009760A JP 2010009760 A JP2010009760 A JP 2010009760A JP 2008164213 A JP2008164213 A JP 2008164213A JP 2008164213 A JP2008164213 A JP 2008164213A JP 2010009760 A JP2010009760 A JP 2010009760A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
fullerene
compound
radical
carbene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008164213A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Miura
紀生 三浦
Emiko Kataoka
恵美子 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2008164213A priority Critical patent/JP2010009760A/en
Publication of JP2010009760A publication Critical patent/JP2010009760A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active material capable of minimizing usage of a collector of carbon graphite or the like when forming an electrode active material layer, and having a very small difference between a theoretical capacity and a battery actual capacity since it has high energy density (1), it is chemically and electrically stable (2) and it has superior conductivity (3), to provide a secondary battery using the same, and to provide a novel radical fullerene compound. <P>SOLUTION: In the active material containing a compound having at least both of one or more and five or less of nitroxy radicals in a molecule and a radical capable of forming a carbene under existence of a base, the active material, the secondary battery and the novel radical fullerene compound are characterized in that the carbene formed from the compound is a reaction product obtained by subjecting a carbon-carbon double bond of fullerene to addition reaction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、エネルギー密度が高く、化学的且つ電気的に安定で、さらに導電性に優れた活物質、それを用いた二次電池、及び新規なラジカル・フラーレン化合物に関する。   The present invention relates to an active material having high energy density, chemical and electrical stability, and excellent electrical conductivity, a secondary battery using the active material, and a novel radical / fullerene compound.

現在、情報関連機器は私たちの市民生活や経済活動に欠かせない社会インフラとなっており、充分な安定性や信頼性が求められている。しかしながら、これらの機器は瞬時停電や電圧低下のような系統からの妨害現象に弱く、無停電電源装置(UPS)で信頼性を確保している。ただし、UPSでは交流/直流の変換を繰り返すために大きなエネルギーが失われるという課題があった。この損失を改善する方法としては、機器内部に電池を接続する方法が考えられるが、小型化が進む情報関連機器に内蔵できる高出力電池は開発されていないのが現状であった。   Currently, information-related equipment is a social infrastructure that is indispensable for our citizens' lives and economic activities, and sufficient stability and reliability are required. However, these devices are vulnerable to disturbance phenomena from the system such as instantaneous power failure or voltage drop, and the uninterruptible power supply (UPS) ensures reliability. However, UPS has a problem that a large amount of energy is lost due to repeated AC / DC conversion. As a method of improving this loss, a method of connecting a battery inside the device is conceivable, but a high-power battery that can be built in an information-related device that is becoming smaller has not been developed.

一方、安定ラジカル分子を高分子化したラジカルポリマーが、酸化還元樹脂の一つとして1970年代から多く合成されてきている。このようなラジカルポリマーは、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシ(以下「TEMPO」と略す。)が置換したアクリレートやスチレン誘導体のポリマーに代表され、このポリマーは、例えばアルコールをアルデヒドやケトンに酸化する触媒能等を示す。   On the other hand, many radical polymers obtained by polymerizing stable radical molecules have been synthesized as one of redox resins since the 1970s. Such a radical polymer is represented by a polymer of an acrylate or a styrene derivative substituted with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy (hereinafter abbreviated as “TEMPO”). Catalytic ability to oxidize to aldehydes and ketones.

ラジカルポリマーの作用メカニズムは、可逆的な酸化還元(レドックス)対にある。ニトロキシドラジカルを例として、作用メカニズムを下記に示す。下記に示すように、ニトロキシドラジカルは一電子酸化されてオキソアンモニウムカチオンになり、このオキソアンモニウムカチオンが還元されるとラジカルが再生する。もう一方のレドックス対では、ニトロキシドラジカルが一電子還元されてアミノキシアニオンに変換され、このアミノキシアニオンが酸化されるとラジカルに戻るという酸化還元が生起する。   The mechanism of action of the radical polymer is in a reversible redox (redox) pair. Taking nitroxide radical as an example, the mechanism of action is shown below. As shown below, the nitroxide radical is oxidized by one electron to become an oxoammonium cation, and when the oxoammonium cation is reduced, the radical is regenerated. In the other redox pair, the nitroxide radical is reduced by one electron to be converted into an aminoxy anion, and when this aminoxy anion is oxidized, redox is caused to return to the radical.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

近年、このラジカルのレドックス対を蓄電材料、すなわち、少なくとも正極、負極及び電解液を構成要素とする二次電池の電極活物質として着眼した研究が活発になっており、例えば、ラジカル化合物を電極活物質として用いた二次電池が開示されている(特許文献1〜7参照)。ラジカルのレドックス対を電極活物質として組み込むので、有機ラジカル電池と呼ばれている(非特許文献1及び2参照)。電極活物質として用いるラジカル化合物は、電極としての成形性や接着性だけでなく、電解液が容易に浸透するという性質(電解液との親和性)、及び電解液中に溶出しないという性質(電解液への耐性)、充放電時に電極と電子の授受を高速に行える酸化還元特性、さらに電池の高容量化を実現するエネルギー密度の高さが求められている。   In recent years, research has been actively focused on the redox couple of radicals as an electrode active material of a secondary battery having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as a power storage material. Secondary batteries used as materials have been disclosed (see Patent Documents 1 to 7). Since a radical redox pair is incorporated as an electrode active material, it is called an organic radical battery (see Non-Patent Documents 1 and 2). The radical compound used as the electrode active material has not only moldability and adhesion as an electrode, but also a property that the electrolyte solution can easily penetrate (affinity with the electrolyte solution) and a property that it does not elute into the electrolyte solution (electrolysis) Resistant to liquids), oxidation-reduction characteristics that enable high-speed transfer of electrodes and electrons during charge and discharge, and high energy density that realizes higher battery capacity.

上記ニトロキシドラジカルを分子構造に有するポリマーを電極活物質に用いる利点は次のようにまとめられる。(1)化学的に極めて安定である。例えばラジカル濃度が室温大気下で半年以上にわたり減少しないポリマーが存在する。(2)スピン密度はN−Oに局在しており、ラジカル当たりの分子量が小さいため、質量当たりの電荷容量が大きい。(3)すべてのモノマー単位で電荷を担えるので、100%近い究極のヘビードーピングが可能となる。(4)純有機物であり、焼却可、無臭、低毒性は従来の電極材料にはない利点である。(5)レドックスの速度が極めて速く、電池として高いレート特性・高出力を発現する。このような、ニトロキシドラジカルを分子構造に有するポリマーとして、ごく最近TEMPO部位がモノマー構造単位に置換したアクリレートポリマー、ビニルポリマー、およびノルボルネンポリマー等が報告されている(特許文献1〜7参照)。   The advantages of using the polymer having the nitroxide radical in the molecular structure as the electrode active material can be summarized as follows. (1) Chemically very stable. For example, there are polymers whose radical concentration does not decrease over a half year at room temperature. (2) The spin density is localized at N—O, and the molecular weight per radical is small, so the charge capacity per mass is large. (3) Since all monomer units can carry charges, the ultimate heavy doping of nearly 100% becomes possible. (4) Pure organic substance. Incineration, odorlessness, and low toxicity are advantages not found in conventional electrode materials. (5) The redox speed is extremely high, and the battery exhibits high rate characteristics and high output. As such polymers having a nitroxide radical in the molecular structure, acrylate polymers, vinyl polymers, norbornene polymers, etc., in which the TEMPO moiety is substituted with a monomer structural unit have been reported recently (see Patent Documents 1 to 7).

上記ポリマーは電解質溶媒(エチレンカーボネート類)に難溶性であり、かつ電気的絶縁体であるため、電極活物質層を形成する場合は、カーボングラファイト等の集電体と溶剤を加えて均一に粉砕混合したスラリーを作製した後、電極基材に塗布し、乾燥により溶媒を除去するという方法で作製する。この方法では、ポリマーに対して集電体の混合量を50質量%以下にした場合、電極表面の平滑性が低下したり、出力が低下するという問題が生じた。(たとえば非特許文献3参照)したがって現状ではラジカルポリマーの理論容量に対して電池実容量は50%以下であるのが現状であり。理論容量同等の実容量を発現可能な活物質が熱望されていた。
特開2002−151084号公報 特開2002−110168号公報 特開2002−117853号公報 特開2005−209498号公報 特開2007−070384号公報 特開2007−157496号公報 特開2007−184227号公報 K.Nakahara etal.,Chem.Phys.Lett.,359,351−354(2002) H.Nishide etal.,Electrochim.Acta.,50,827−831(2004) NEDO 平成16年度研究事業報告書「バックアップ用高出力有機ラジカル電池の研究開発」日本電気株式会社11頁〜14頁
Since the above polymer is poorly soluble in electrolyte solvents (ethylene carbonates) and is an electrical insulator, when an electrode active material layer is formed, a current collector such as carbon graphite and a solvent are added and uniformly pulverized. After the mixed slurry is prepared, the slurry is applied to the electrode substrate, and the solvent is removed by drying. In this method, when the mixing amount of the current collector with respect to the polymer is 50% by mass or less, there are problems that the smoothness of the electrode surface is lowered and the output is lowered. Therefore, at present, the actual battery capacity is 50% or less with respect to the theoretical capacity of the radical polymer. An active material capable of expressing an actual capacity equivalent to the theoretical capacity has been eagerly desired.
JP 2002-151084 A JP 2002-11168 A JP 2002-117853 A JP 2005-209498 A JP 2007-070384 A JP 2007-157696 A JP 2007-184227 A K. Nakahara et al. , Chem. Phys. Lett. , 359, 351-354 (2002). H. Nishi et al. Electrochim. Acta. , 50, 827-831 (2004) NEDO 2004 Research Project Report “Research and Development of High-Power Organic Radical Batteries for Backup” NEC Corporation, pages 11-14

本発明の目的は、(1)エネルギー密度が高く(2)化学的且つ電気的に安定で(3)導電性に優れるため、電極活物質層を形成する際にカーボングラファイト等の集電体の使用量を極めて少なくすることができ、理論容量と電池実容量との差が極めて小さい活物質、それを用いた二次電池、及び新規なラジカル・フラーレン化合物を提供することにある。   The objects of the present invention are (1) high energy density, (2) chemically and electrically stable, and (3) excellent electrical conductivity. Therefore, when an electrode active material layer is formed, a current collector such as carbon graphite is used. The object is to provide an active material that can be used in an extremely small amount and that has a very small difference between the theoretical capacity and the actual battery capacity, a secondary battery using the active material, and a novel radical / fullerene compound.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.

1.少なくとも、1分子内に1以上5以下のニトロキシラジカル基、及び塩基存在下でカルベンを形成可能な基を共に有する化合物から形成されたカルベンがフラーレンの炭素−炭素二重結合に付加反応した成績体を含有することを特徴とする活物質。   1. Results of addition reaction of a carbene formed from a compound having at least 1 to 5 nitroxy radical groups in one molecule and a group capable of forming a carbene in the presence of a base to a carbon-carbon double bond of fullerene An active material characterized by containing a body.

2.前記フラーレンがC60であることを特徴とする前記1に記載の活物質。   2. 2. The active material as described in 1 above, wherein the fullerene is C60.

3.前記フラーレンの1分子当たりのカルベンの付加数が1以上12以下である成績体の混合物であることを特徴とする前記1又は2に記載の活物質。   3. 3. The active material as described in 1 or 2 above, wherein the active material is a mixture of a product having a carbene addition number of 1 or more and 12 or less per molecule of the fullerene.

4.前記1分子内に1以上5以下のニトロキシラジカル基、及び塩基存在下でカルベンを形成可能な基を共に有する化合物が、下記一般式(1)〜(4)で表される化合物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする前記1〜3のいずれか一項に記載の活物質。   4). The compound having both 1 and 5 or less nitroxy radical groups in one molecule and a group capable of forming a carbene in the presence of a base is selected from the compounds represented by the following general formulas (1) to (4). The active material according to any one of 1 to 3, which is at least one kind.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

(式中、R〜R18はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。X〜Xはそれぞれ独立に、>CH又は>N−O・を表す。Tsはp−トルエンスルホニル基を表す。)
5.下記一般式(5)〜(8)で表される化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする前記4に記載の活物質。
(Wherein R 1 to R 18 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 1 to X 4 each independently represent> CH 2 or> N—O.). Ts represents a p-toluenesulfonyl group.)
5). 5. The active material as described in 4 above, which contains at least one compound represented by the following general formulas (5) to (8).

Figure 2010009760
Figure 2010009760

(式中、フラーレン骨格はC60であり、R〜R18及びX〜Xは上記一般式(1)〜(4)で表される化合物のR〜R18及びX〜Xと同義の基を表す。式中の2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表す。q、n、m、及びpはそれぞれ0以上11以下の数を表す。)
6.前記1〜5のいずれか一項に記載の活物質を含有することを特徴とする二次電池。
(Wherein, fullerene skeleton is C60, R 1 to R 18 and X 1 to X 4 is R 1 to R 18 and X 1 to X 4 of the compound represented by the general formula (1) to (4) The two dotted lines in the formula represent that they are attached to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60, and q, n, m, and p are 0 or more and 11 or less, respectively. Represents the number of
6). A secondary battery comprising the active material according to any one of 1 to 5 above.

7.下記一般式(16)〜(18)で表される何れかであることを特徴とするラジカル・フラーレン化合物。   7). A radical / fullerene compound represented by the following general formulas (16) to (18):

Figure 2010009760
Figure 2010009760

(式中、フラーレン骨格はC60であり、R25〜R38はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。X11〜X14はそれぞれ独立に、>CH又は>N−O・を表す。式中の2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表す。n1、m1、及びp1はそれぞれ0以上11以下の数を表す。) (In the formula, the fullerene skeleton is C60, R 25 to R 38 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 11 to X 14 are each independently> CH 2 or> N-O .. Two dotted lines in the formula indicate that they are attached to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60, and n1, m1, and p1 are each a number of 0 or more and 11 or less. Represents.)

本発明により、エネルギー密度が高く、化学的且つ電気的に安定で、導電性に優れるため、電極活物質層を形成する際にカーボングラファイト等の集電体の使用量を極めて少なくすることができ、理論容量と電池実容量との差が極めて小さい活物質、それを用いた二次電池、及び新規なラジカル・フラーレン化合物を提供することができた。   According to the present invention, since the energy density is high, chemically and electrically stable, and excellent in electrical conductivity, it is possible to extremely reduce the amount of a collector such as carbon graphite when forming an electrode active material layer. Thus, an active material having a very small difference between the theoretical capacity and the actual battery capacity, a secondary battery using the active material, and a novel radical / fullerene compound could be provided.

本発明を更に詳しく説明する。   The present invention will be described in more detail.

<分子内に1以上5以下のニトロキシラジカル基、及び塩基存在下でカルベン形成可能な基を共に有する化合物>
ニトロキシルラジカル基は下記、式(A1)で表される。ラジカルの安定性という点において特に優れている。
<Compound having both 1 and 5 or less nitroxy radical groups in the molecule and a group capable of forming a carbene in the presence of a base>
The nitroxyl radical group is represented by the following formula (A1). It is particularly excellent in terms of radical stability.

式(A1) >N−O・
塩基存在下でカルベン形成可能な基とは具体的にはジアゾ基、アシルヒドラジド基等が挙げられるが、アシルヒドラジド基、特にトシルヒドラジド基が好ましい。好ましい塩基としては低級アルコールのアルカリ金属塩が挙げられるが、特に好ましくはナトリウムメトキシドである。カルベンの形成条件として、不活性ガス雰囲気下100℃以上200℃以下で小過剰の塩基を用いる方法が好ましい。
Formula (A1)> NO
Specific examples of the group capable of forming a carbene in the presence of a base include a diazo group and an acyl hydrazide group, and an acyl hydrazide group, particularly a tosyl hydrazide group is preferable. Preferred bases include alkali metal salts of lower alcohols, with sodium methoxide being particularly preferred. As a carbene formation condition, a method using a small excess of base at 100 ° C. to 200 ° C. in an inert gas atmosphere is preferable.

表記化合物の代表例としては一般式(1)〜(4)で表されるものが挙げられる。特に好ましくは一般式(4)で表される化合物である。また、一般式(4)において、X〜Xは、>CH又は>N−O・を表すが、特にXは>N−O・であることが好ましい。一般式(1)〜(4)で表される化合物において、R〜R18はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表すが、好ましくは、水素原子、又はメチル基である。一般式(1)〜(3)においては、特に好ましくはメチル基であり、一般式(4)においては水素原子である。 Representative examples of the notation compounds include those represented by the general formulas (1) to (4). Particularly preferred is a compound represented by formula (4). In the general formula (4), X 1 to X 4 represent> CH 2 or> N—O ·, but X 1 is preferably> N—O ·. In the compounds represented by the general formulas (1) to (4), R 1 to R 18 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or a methyl group. It is. In the general formulas (1) to (3), a methyl group is particularly preferable, and in the general formula (4), a hydrogen atom.

<フラーレン>
本発明で用いられるフラーレンには特に制限がなく、C60、C70、C74、C78、C80、C82、C84等及びこれらの2量体が挙げられる。好ましくは、C60及び、C70であり、特に好ましくはC60である。フラーレンは金属を内包してもよく、例えばC60であれば、スカンジウム、ランタン、セリウム、又はチタンを内包したものが好ましい。
<Fullerene>
There is no restriction | limiting in particular in fullerene used by this invention, C60, C70, C74, C78, C80, C82, C84 etc. and these dimers are mentioned. C60 and C70 are preferable, and C60 is particularly preferable. The fullerene may contain a metal. For example, if it is C60, one containing scandium, lanthanum, cerium, or titanium is preferable.

<カルベンがフラーレンの炭素−炭素二重結合に付加反応した成績体>
付加反応時のカルベンとフラーレンのモル比には特に制限がないが、フラーレン1モルに対して、カルベンが1モル以上20モル以下であることが好ましい。反応条件として、不活性ガス雰囲気下100℃以上200℃以下で行うことが好ましい。成績体はGPCにより精製単離することが可能であるが、カルベンの付加数、付加位置の異なる混合物として本発明に用いることが可能である。カルベンの付加数としては1以上12以下であることが好ましい。該成績体は一般式(5)〜(8)で表される化合物であることが好ましい。一般式(5)〜(8)において、R〜R18はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表すが、一般式(1)〜(4)に於けるものと同義である。一般式(8)に於いて、X〜Xは、>CH又は>N−O・を表すが、特にXは>N−O・であることが好ましい。q、n、m、及びpはそれぞれ0以上11以下の数を表すが、化合物が、単一である場合は1分子当たりのカルベン付加数マイナス1を表し、化合物が付加数、および付加位置の異なる混合物である場合は平均付加数マイナス1を表す。平均付加数は小数点第二位を四捨五入した値で表す。化合物はマススペクトル及び、ESRを用いたラジカルスピン濃度の測定から、分子量、カルベン付加数、及びカルベン平均付加数を決定することができる。一般式中2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表すが(5,6)結合とは分子内の5員環と6員環の縮合部の結合を表す。
<Results of carbene addition reaction to carbon-carbon double bond of fullerene>
The molar ratio of carbene and fullerene during the addition reaction is not particularly limited, but the carbene is preferably 1 mol or more and 20 mol or less with respect to 1 mol of fullerene. As reaction conditions, it is preferable to carry out at 100 degreeC or more and 200 degrees C or less under inert gas atmosphere. The resulting product can be purified and isolated by GPC, but can be used in the present invention as a mixture having different carbene addition numbers and addition positions. The addition number of carbene is preferably 1 or more and 12 or less. The resulting product is preferably a compound represented by the general formulas (5) to (8). In the general formulas (5) to (8), R 1 to R 18 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and in the general formulas (1) to (4), It is synonymous. In the general formula (8), X 1 to X 4 represent> CH 2 or> N—O., But X 1 is preferably> N—O. q, n, m, and p each represent a number from 0 to 11, but when the compound is single, it represents the number of carbene additions per molecule minus 1, and the compound represents the number of additions and the position of addition. In the case of different mixtures, the average addition number represents minus one. The average added number is expressed by rounding off the second decimal place. The compound can determine the molecular weight, the carbene addition number, and the carbene average addition number from the mass spectrum and the measurement of the radical spin concentration using ESR. In the general formula, two dotted lines indicate that they are added to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60. The (5,6) bond is a condensed part of a 5-membered ring and a 6-membered ring in the molecule. Represents the bond of.

特に好ましい成績体は一般式(16)〜(18)で表される化合物である。R25〜R38はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。X11〜X14はそれぞれ独立に、>CH又は>N−O・を表す。一般式(18)に於いて、X11〜X14は、>CH又は>N−O・を表すが、特にX11は>N−O・であることが好ましい。n1、m1、及びp1はそれぞれ0以上11以下の数を表すが、化合物が、単一である場合は1分子当たりのカルベン付加数マイナス1を表し、化合物が付加数、および付加位置の異なる混合物である場合は平均付加数マイナス1を表す。平均付加数は小数点第二位を四捨五入した値で表す。化合物はマススペクトル及び、ESRを用いたラジカルスピン濃度の測定から、分子量、カルベン付加数、及びカルベン平均付加数を決定することができる。一般式中2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表すが(5,6)結合とは分子内の5員環と6員環の縮合部の結合を表す。 Particularly preferred results are compounds represented by general formulas (16) to (18). R 25 to R 38 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 11 to X 14 each independently represent> CH 2 or> N—O. In the general formula (18), X 11 to X 14 represent> CH 2 or> N—O., But X 11 is preferably> N—O. n1, m1, and p1 each represent a number of 0 or more and 11 or less, but when the compound is a single compound, it represents a carbene addition number per molecule minus 1, and the compound has a different number of additions and addition positions. Represents an average added number minus one. The average added number is expressed by rounding off the second decimal place. The compound can determine the molecular weight, the carbene addition number, and the carbene average addition number from the mass spectrum and the measurement of the radical spin concentration using ESR. In the general formula, two dotted lines indicate that they are added to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60. The (5,6) bond is a condensed part of a 5-membered ring and a 6-membered ring in the molecule. Represents the bond of.

以下本発明の一般式(5)〜(8)及び一般式(16)〜(18)で表される化合物の具体例を挙げるが本発明はこれらに限定されない。   Specific examples of the compounds represented by the general formulas (5) to (8) and the general formulas (16) to (18) of the present invention are given below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

<活物質>
活物質とは電極及び/又は電解質との化学反応によって、電子を放出したり、取り込んだりする物質を含有する組成物である。本発明においては該物質は請求項1〜5に記載の成績体である。活物質にはそのほか、集電体、バインダー、触媒、電解質、及び溶剤等が含まれる。
<Active material>
An active material is a composition containing a substance that emits or takes up electrons by a chemical reaction with an electrode and / or an electrolyte. In the present invention, the substance is a product according to claims 1 to 5. In addition, the active material includes a current collector, a binder, a catalyst, an electrolyte, a solvent, and the like.

<集電体>
集電体はインピーダンスを低下する目的で添加する。代表例として、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、PEDOT−PSS、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性高分子、又は、ゲル電解質、もしくは固体電解質が挙げられる。
<Current collector>
The current collector is added for the purpose of reducing the impedance. Typical examples include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, conductive polymers such as PEDOT-PSS, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacene, gel electrolytes, and solid electrolytes.

<バインダー>
バインダーは活物質構成の材料間の結びつきを強めるために添加する。代表例として、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、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリイミド等の樹脂バインダーが挙げられる。
<Binder>
The binder is added in order to strengthen the bond between the materials of the active material structure. Representative examples include resins such as polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, and polyimide. A binder is mentioned.

<触媒>
本発明では、電極反応をより円滑に行うために触媒を用いても良い。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。
<Catalyst>
In the present invention, a catalyst may be used to perform the electrode reaction more smoothly. 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.

<本発明で併用可能なその他のラジカル化合物>
本発明で併用可能なその他のラジカル化合物としては、特許第3687736号公報、特開2003−132891号公報、及び特開2007−184227号公報等に記載の化合物が挙げられる。上記ラジカル化合物の具体例としては、例えば、下記一般式(RA−1)〜(RA−14)のような化合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
<Other radical compounds usable in the present invention>
Examples of other radical compounds that can be used in the present invention include compounds described in Japanese Patent No. 3687736, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-132891, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-184227. Specific examples of the radical compound include compounds such as the following general formulas (RA-1) to (RA-14), but are not limited thereto.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

<活物質に含有される非ラジカル化合物>
本発明では、充放電反応の過程でラジカル化合物を生成する材料を、正極および負極またはいずれか一方の電極の活物質に含有せしめて使用することができるが、エネルギー密度の観点からすると、特に正極に使用することが好ましい。
<Non-radical compound contained in active material>
In the present invention, a material that generates a radical compound during the charge / discharge reaction can be used by being included in the active material of the positive electrode and / or the negative electrode. From the viewpoint of energy density, the positive electrode is particularly preferable. It is preferable to use for.

なお、これらの材料を正極および負極のどちらか一方に用いる場合には、以下に挙げる材料を他の電極に用いることができる。すなわち、負極層にラジカル化合物を生成する材料を用いる場合には、正極層に非ラジカル化合物である金属酸化物粒子、ジスルフィド化合物、および導電性高分子等が用いられる。ここで、金属酸化物としては、例えば、LiMnO、LiMn(0<x<2)等のマンガン酸リチウムもしくはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO、LiCoO、LiNiO、またはLi(0<x<2)等が、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、また、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、ポリピロール等がそれぞれ挙げられる。本発明では、これらの正極層材料を一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができ、さらに、従来公知の活物質とこれらの材料とを混合して用いることも好ましい。 When these materials are used for either the positive electrode or the negative electrode, the following materials can be used for other electrodes. That is, when a material that generates a radical compound is used for the negative electrode layer, non-radical compound metal oxide particles, disulfide compounds, conductive polymers, and the like are used for the positive electrode layer. Here, examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Or Li x V 2 O 5 (0 <x <2) and the like, and disulfide compounds include dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol. In addition, examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. In the present invention, these positive electrode layer materials can be used singly or in combination of two or more, and it is also preferable to use a mixture of a conventionally known active material and these materials.

一方、正極層にラジカル化合物を用いる場合には、負極層には、グラファイト、非晶質カーボン、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、および導電性高分子等の一種単独または二種以上の組み合わせが用いられる。これらの形状としては特に限定されず、例えば、リチウム金属では薄膜状のもの以外に、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を使用することができる。   On the other hand, when a radical compound is used for the positive electrode layer, the negative electrode layer includes one or more of graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion occlusion carbon, and conductive polymer. A combination is used. These shapes are not particularly limited. For example, in addition to a thin film of lithium metal, a bulk shape, a powdered shape, a fiber shape, a flake shape, or the like can be used.

<二次電池>
二次電池は蓄電池や充電池ともいい、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できる様になり、繰り返し使用することが出来る化学電池のことである。
<Secondary battery>
The secondary battery is also called a storage battery or a rechargeable battery, and is a chemical battery that can be used repeatedly by storing electricity and being used as a battery.

本発明における二次電池の特徴は本発明の活物質を含有することにある。本発明の二次電池は正極層と負極層の両方、およびどちらか一方に本発明の活物質を用いるが、このうち、どちらか一方に用いた場合には、もう一方の電極層に二次電池の活物質として従来公知のものが利用できる。このようなものとして、例えば負極層に本発明の活物質を用いる場合には正極層として金属酸化物粒子、ジスルフィド化合物、導電性高分子等が挙げられる。ここで、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もしくはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO、LiCoO、LiNiO、またはLi(0<x<2)等が、また、導電性高分子にはポリアセチレン、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。 The feature of the secondary battery in the present invention is that it contains the active material of the present invention. The secondary battery of the present invention uses the active material of the present invention in both the positive electrode layer and the negative electrode layer, and when used in either one of them, the secondary electrode is applied to the other electrode layer. Conventionally known materials can be used as the battery active material. For example, when the active material of the present invention is used for the negative electrode layer, examples of the positive electrode layer include metal oxide particles, disulfide compounds, and conductive polymers. Here, as the metal oxide, for example, lithium manganate such as LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Alternatively, Li x V 2 O 5 (0 <x <2) and the like, and examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole.

本発明ではこれらの正極層材料を単独、もしくは組み合わせて使用することもできる。また、従来公知の活物質とラジカル化合物とを混合して複合活物質として用いてもよい。   In the present invention, these positive electrode layer materials can be used alone or in combination. Further, a conventionally known active material and a radical compound may be mixed and used as a composite active material.

一方、正極に本発明の活物質を用いた場合には負極層としてはグラファイトや非晶質カーボンのような炭素材料、リチウム金属やリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、導電性高分子等が挙げられる。これらの形状としては、例えばリチウム金属では薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等の任意のものを用いることができる。   On the other hand, when the active material of the present invention is used for the positive electrode, examples of the negative electrode layer include carbon materials such as graphite and amorphous carbon, lithium metal and lithium alloys, lithium ion storage carbon, and conductive polymers. . As these shapes, for example, lithium metal is not limited to a thin film shape, and any shape such as a bulk shape, a solidified powder, a fiber shape, and a flake shape can be used.

本発明ではラジカル化合物を含む電極層を形成する際に、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材やイオン伝導補助材を混合させても良い。これらの材料としては、導電補助材として、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、もしくはポリアニリン、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が、また、イオン伝導補助材として、ゲル電解質、もしくは固体電解質が挙げられる。   In the present invention, when forming an electrode layer containing a radical compound, a conductive auxiliary material or an ion conductive auxiliary material may be mixed for the purpose of reducing impedance. As these materials, as conductive auxiliary materials, carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, acetylene black, or conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyacene, and as ion conductive auxiliary materials, A gel electrolyte or a solid electrolyte may be mentioned.

本発明では、各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いても良い。結着剤としては、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、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリイミド等の樹脂バインダーが挙げられる。   In the present invention, a binder may be used in order to strengthen the connection between the constituent materials. As the binder, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, polyimide, etc. The resin binder is mentioned.

本発明では、電極反応をより円滑に行うために触媒を用いても良い。触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。   In the present invention, a catalyst may be used to perform the electrode reaction more smoothly. 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.

本発明では正極、負極の少なくとも一方が本発明の活物質を含有することを特徴としているが、その含有量は特に限定されない。ただし、含まれるラジカル化合物の量に応じて二次電池としての容量が決まるため、発明の効果の点から10質量%以上の含有量が望ましい。   In the present invention, at least one of the positive electrode and the negative electrode contains the active material of the present invention, but the content is not particularly limited. However, since the capacity of the secondary battery is determined according to the amount of the radical compound contained, a content of 10% by mass or more is desirable from the viewpoint of the effect of the invention.

<二次電池の構造>
本発明による二次電池は、例えば図1に示すような構成を有している。図に示された二次電池は負極層1と正極層2とを、電解質を含んだセパレーター5を介して重ね合わせた構成を有している。本発明では、負極層1または正極層2に本発明の活物質が用いられる。組み上げられた上記構成は封止材6で封止する。
<Structure of secondary battery>
The secondary battery according to the present invention has a configuration as shown in FIG. 1, for example. The secondary battery shown in the figure has a configuration in which a negative electrode layer 1 and a positive electrode layer 2 are superposed via a separator 5 containing an electrolyte. In the present invention, the active material of the present invention is used for the negative electrode layer 1 or the positive electrode layer 2. The assembled structure is sealed with a sealing material 6.

図2には積層型二次電池の断面図を示す。その構造は、正極集電体4、正極層2、電解質を含むセパレーター5、負極層1、負極集電体3を順に重ね合わせた構造である。本発明では正極層、および負極層の積層方法は任意のものを用いることができ、多層積層体、集電体の両面に積層したものを組み合わせたものや巻回したもの等が利用できる。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a stacked secondary battery. The structure is a structure in which the positive electrode current collector 4, the positive electrode layer 2, the separator 5 containing an electrolyte, the negative electrode layer 1, and the negative electrode current collector 3 are sequentially stacked. In the present invention, any method can be used for laminating the positive electrode layer and the negative electrode layer, and a multilayer laminate, a combination of laminates on both sides of a current collector, a wound one, or the like can be used.

負極集電体3、正極集電体4として、ニッケルやアルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス等の金属箔や金属平板、メッシュ状電極、炭素電極等を用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。一方、上記の正極、および負極が接触しないように多孔質フィルムからなるセパレーターや不織布を用いることもできる。   As the negative electrode current collector 3 and the positive electrode current collector 4, a metal foil such as nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, a metal flat plate, a mesh electrode, a carbon electrode, or the like can be used. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the active material and the current collector may be chemically bonded. On the other hand, a separator or a nonwoven fabric made of a porous film can be used so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other.

セパレーター5に含まれる電解質は、負極層1と正極層2の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には室温で10−5〜10−1S/cmの電解質イオン伝導性を有している。本発明では、電解質として、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。このような溶剤としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒が挙げられる。本発明ではこれらの溶剤を単独もしくは2種類以上混合して用いることもできる。また、電解質塩としては、例えばLiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO、LiC(CSO等が挙げられる。 The electrolyte contained in the separator 5 performs charge carrier transport between both electrodes of the negative electrode layer 1 and the positive electrode layer 2, and generally has an electrolyte ion conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at room temperature. ing. In the present invention, for example, an electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used as the electrolyte. As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used. Examples of such solvents include organic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone. A solvent is mentioned. In the present invention, these solvents may be used alone or in combination of two or more. Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 and the like.

また、電解質としては固体電解質を用いても良い。これら固体電解質に用いられる高分子物質としては、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ルニトリル系重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。これらの高分子物質に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いることができ、また高分子物質のみをそのまま用いても良い。   A solid electrolyte may be used as the electrolyte. Polymeric substances used in these solid electrolytes include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride. -Vinylidene fluoride polymers such as trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, 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 copolymers, acrylonitrile - vinyl acetate copolymer, acrylonitrile-based polymer, further polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates body or methacrylate body thereof. These polymer substances can be used in the form of a gel containing an electrolytic solution, or only the polymer substance may be used as it is.

本発明における二次電池の形状は従来公知の方法を用いることができる。二次電池形状としては、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などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したものが挙げられる。また外観としては、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。   A conventionally known method can be used for the shape of the secondary battery in the present invention. Examples of the secondary battery shape include an electrode laminate or a wound body sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film made of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film. Examples of the external appearance include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a sheet shape, but the present invention is not limited to these.

本発明における二次電池の製造方法としては従来公知の方法を用いることができる。例えば、活物質に溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、セパレーターを介して対極と積層したもの、あるいはこれを巻回したものを外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。   A conventionally known method can be used as a method for producing a secondary battery in the present invention. For example, a solvent is added to the active material to form a slurry, which is applied to the electrode current collector, laminated with a counter electrode via a separator, or wrapped around this with an outer package, and injected with an electrolytic solution and sealed. It is a method of stopping.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、特に断りない限り、実施例中の「%」は「質量%」を表す。また、ニトロキシラジカルのフラーレン1分子当たりの付加数はESRスペクトルよりスピン濃度を求めて、算出することが出来る。スピン濃度は単位質量当たりの不対電子(ラジカル)数を意味し、例えば電子スピン共鳴スペクトル(以下ESRスペクトルとする)の吸収面積強度から以下の方法で求められる値である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these. Unless otherwise specified, “%” in the examples represents “mass%”. The number of nitroxy radicals added per fullerene molecule can be calculated by obtaining the spin concentration from the ESR spectrum. The spin concentration means the number of unpaired electrons (radicals) per unit mass, and is a value obtained by the following method from the absorption area intensity of an electron spin resonance spectrum (hereinafter referred to as ESR spectrum), for example.

具体的測定法はESRスペクトルの測定に供する試料を乳鉢等ですりつぶして粉砕する。この処理により表皮効果(マイクロ波が中まで通らない現象)が無視できる程度の大きさの粒子に粉砕することができる。この粉砕試料の一定量を内径2mm以下、望ましくは1−0.5mmの石英ガラス製細管に充填し、10−5mmHg(1mmHgは133Pa)以下に脱気して封止し、ESRスペクトルを測定する。ESRスペクトルは、例えば、JEOL−JES−FR30型ESRスペクトロメーター等を用いて測定する。スピン濃度は得られたESRシグナルを二回積分して検量線と比較して求めることができる。ただし、本発明ではスピン濃度が正しく測定できる方法であれば測定機や測定条件は問わない。 A specific measurement method is to grind a sample for ESR spectrum measurement with a mortar or the like. By this treatment, the skin effect (a phenomenon in which the microwave does not pass through to the inside) can be pulverized into particles having a size that can be ignored. A certain amount of the crushed sample is filled in a quartz glass capillary having an inner diameter of 2 mm or less, preferably 1-0.5 mm, degassed to 10 −5 mmHg (1 mmHg is 133 Pa) or less, and sealed, and the ESR spectrum is measured. To do. The ESR spectrum is measured using, for example, a JEOL-JES-FR30 type ESR spectrometer. The spin concentration can be obtained by integrating the obtained ESR signal twice and comparing it with a calibration curve. However, in the present invention, any measuring machine and measurement conditions are applicable as long as the spin concentration can be measured correctly.

実施例1
(合成例1:化合物例5−4の合成)
Example 1
(Synthesis Example 1: Synthesis of Compound Example 5-4)

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Tetrahedron,Vol.52,No.14,pp.5103〜5112記載の方法で合成した中間体1)3.4g(10mmol)をメタノール30mlに溶解し、ナトリウムメトキサイド0.65g(12mmol)を加えて、室温で2時間攪拌溶解した。溶媒を減圧で留去し、残渣にトルエンを加えて結晶化し、ろ過することにより、ナトリウム塩中間体2)を3.5g(9.5mmol、収率97%)得た。次に中間体2)3.0g(8.3mmol)をクロロベンゼン50mlに縣濁し、フラーレンC60 0.75g(1.0mmol)を加え、窒素気流下、加熱還流を3時間行った。溶媒を減圧で濃縮し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン:エタノール=9:1)にて精製し、目的物5−4を1.1g(収率60%)で得た。   Tetrahedron, Vol. 52, no. 14, pp. Intermediate 1) 3.4 g (10 mmol) synthesized by the method described in 5103-5112 was dissolved in 30 ml of methanol, 0.65 g (12 mmol) of sodium methoxide was added, and the mixture was stirred and dissolved at room temperature for 2 hours. The solvent was distilled off under reduced pressure, and toluene was added to the residue for crystallization, followed by filtration to obtain 3.5 g (9.5 mmol, yield 97%) of sodium salt intermediate 2). Next, 3.0 g (8.3 mmol) of intermediate 2) was suspended in 50 ml of chlorobenzene, 0.75 g (1.0 mmol) of fullerene C60 was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours under a nitrogen stream. The solvent was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: toluene: ethanol = 9: 1) to obtain 1.1 g (yield 60%) of the target product 5-4.

ESI MS m/z 1800(M
(合成例2:化合物例5−6の合成)
ESI MS m / z 1800 (M -)
(Synthesis Example 2: Synthesis of Compound Example 5-6)

Figure 2010009760
Figure 2010009760

中間体2)3.0g(8.3mmol)をクロロベンゼン50mlに縣濁し、フラーレンC60 0.94g(1.3mmol)を加え、窒素気流下、加熱還流を3時間行った。溶媒を減圧で濃縮し、残渣をショートシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン:エタノール=6:1)にて精製し、目的物5−6を1.7g(収率75%)で得た。   Intermediate 2) 3.0 g (8.3 mmol) was suspended in 50 ml of chlorobenzene, 0.94 g (1.3 mmol) of fullerene C60 was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours under a nitrogen stream. The solvent was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by short silica gel column chromatography (developing solvent: toluene: ethanol = 6: 1) to obtain 1.7 g (yield 75%) of the target product 5-6.

ESRスペクトルによるスピン濃度測定値から平均付加数は6.4と決定された。MSスペクトルから主成分は付加数4〜8の混合物であることがわかった。   The average addition number was determined to be 6.4 from the spin concentration measured by ESR spectrum. It was found from the MS spectrum that the main component was a mixture having an addition number of 4-8.

(合成例3:化合物例8−2の合成)   (Synthesis Example 3: Synthesis of Compound Example 8-2)

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Tetrahedron,Vol.52,No.14,pp.5103〜5112記載の方法に準じて合成した中間体3)3.7g(10mmol)をクロロベンゼン50mlに縣濁し、フラーレンC60 2.0g(2.8mmol)を加え、窒素気流下、加熱還流を3時間行った。溶媒を減圧で濃縮し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン:エタノール=12:1)にて精製し、目的物8−2を2.3g(収率64%)で得た。
ESI MS m/z 1261(M
(合成例4:化合物例8−7の合成)
Tetrahedron, Vol. 52, no. 14, pp. Intermediate 3) 3.7 g (10 mmol) synthesized according to the method described in 5103-5112 is suspended in 50 ml of chlorobenzene, 2.0 g (2.8 mmol) of fullerene C60 is added, and heating under reflux is carried out for 3 hours under a nitrogen stream. went. The solvent was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (developing solvent: toluene: ethanol = 12: 1) to obtain 2.3 g (yield 64%) of the target product 8-2.
ESI MS m / z 1261 (M )
(Synthesis Example 4: Synthesis of Compound Example 8-7)

Figure 2010009760
Figure 2010009760

中間体3)3.7g(10mmol)をクロロベンゼン50mlに縣濁し、フラーレンC60 1.3g(1.8mmol)を加え、窒素気流下、加熱還流を3時間行った。溶媒を減圧で濃縮し、残渣をショートシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン:エタノール=8:1)にて精製し、目的物8−7を2.3g(収率85%)で得た。   Intermediate 3) 3.7 g (10 mmol) was suspended in 50 ml of chlorobenzene, 1.3 g (1.8 mmol) of fullerene C60 was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours under a nitrogen stream. The solvent was concentrated under reduced pressure, and the residue was purified by short silica gel column chromatography (developing solvent: toluene: ethanol = 8: 1) to obtain 2.3 g (yield 85%) of the target product 8-7.

ESRスペクトルによるスピン濃度測定値から平均付加数は5.5と決定された。MSスペクトルから主成分は付加数3〜8の混合物であることがわかった。   The average addition number was determined to be 5.5 from the measured spin concentration by ESR spectrum. From the MS spectrum, the main component was found to be a mixture of 3 to 8 additions.

実施例2
電池の作製
ガス精製装置を備えたドライボックス中で、アルゴンガス雰囲気下、ガラス製容器に比較化合物(1)50mgと、補助導電材としてグラファイト粉末60mgとを混合し、これに、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体20mgとテトラヒドロフラン1gとをさらに加えて、全体が均一になるまでさらに数分間混合したところ、黒色のスラリーが得られた。
Example 2
Preparation of Battery In a dry box equipped with a gas purifier, 50 mg of Comparative Compound (1) and 60 mg of graphite powder as an auxiliary conductive material were mixed in a glass container in an argon gas atmosphere. When 20 mg of hexafluoropropylene copolymer and 1 g of tetrahydrofuran were further added and further mixed for several minutes until the whole became uniform, a black slurry was obtained.

続いて、得られたスラリー200mgを、リード線を備えたアルミニウム箔(面積:1.5cm×1.5cm、厚さ:100μm)の表面に滴下し、ワイヤーバーで全体が均一な厚さとなるように展開し、室温で60分間放置したところ、溶剤のテトラヒドロフランが蒸発し、アルミニウム箔上に電極層が形成された。   Subsequently, 200 mg of the obtained slurry was dropped on the surface of an aluminum foil (area: 1.5 cm × 1.5 cm, thickness: 100 μm) provided with lead wires, so that the entire thickness was uniform with a wire bar. When the mixture was allowed to stand at room temperature for 60 minutes, the solvent tetrahydrofuran evaporated, and an electrode layer was formed on the aluminum foil.

次に、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体600mgと、1mol/lのLiPFを電解質塩として含んだアクセプタ−数18.9の炭酸プロピレン溶液からなる電解液1,400mgとを混合し、これにテトラヒドロフラン11.3gをさらに加えて室温で攪拌した。フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が溶解した後、段差をつけたガラス板上にこの溶液を塗布し、室温で一時間放置してテトラヒドロフランを自然乾燥させ、厚さが1mmのゲル電解質膜のキャストフィルムを得た。 Next, 600 mg of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer and 1,400 mg of an electrolyte solution made of a propylene carbonate solution having an acceptor number of 18.9 containing 1 mol / l LiPF 6 as an electrolyte salt were mixed, To this was further added 11.3 g of tetrahydrofuran, and the mixture was stirred at room temperature. After the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is dissolved, this solution is applied onto a stepped glass plate, and allowed to stand at room temperature for 1 hour to naturally dry tetrahydrofuran, and a gel electrolyte membrane having a thickness of 1 mm A cast film was obtained.

次に、電極層を形成したアルミニウム箔に、2.0cm×2.0cmに切り出したゲル電解質膜を積層し、さらに、リード線を備えたリチウム張り合わせ銅箔(リチウム膜厚30μm、銅箔の膜厚20μm)を重ね合わせた後、全体を厚さ5mmのポリテトラフルオロエチレン製シートで挟み、圧力を加えて電池101を作製した。   Next, a gel electrolyte film cut out to 2.0 cm × 2.0 cm is laminated on the aluminum foil on which the electrode layer is formed, and further a lithium-laminated copper foil (lithium film thickness 30 μm, copper foil film) provided with a lead wire After stacking 20 μm thick), the whole was sandwiched between 5 mm thick polytetrafluoroethylene sheets, and pressure was applied to produce a battery 101.

比較化合物(1)に代えて、表1に記載の化合物を使用し、補助導電材のカーボングラファイトの量をそれぞれ表1に記載の量に代えたこと以外は上記と同様にして電池102〜130を作製した。結果を表1に示す。   Batteries 102 to 130 were the same as described above except that the compounds shown in Table 1 were used instead of the comparative compound (1), and the amount of carbon graphite in the auxiliary conductive material was changed to the amount shown in Table 1, respectively. Was made. The results are shown in Table 1.

(評価方法)
(定常動作の評価)
以上のように作製した電池101〜130を定電流で(0.1mA)、カットオフ電圧(充電4.2V、放電2.5V)で充放電を行った。評価基準は以下の通り。
(Evaluation methods)
(Evaluation of steady operation)
The batteries 101 to 130 manufactured as described above were charged / discharged at a constant current (0.1 mA) and at a cut-off voltage (charging 4.2 V, discharging 2.5 V). The evaluation criteria are as follows.

○:2.9V付近に電圧平坦部が認められ、電池として動作しており、10サイクル以
上にわたって充放電が可能である
△:2.9V付近に電圧平坦部が認められ、電池として動作しており、5サイクル以上
充放電を繰り返すと電圧が明らかに低下した
×:電圧平坦部が認められず、電池として動作しなかった。
○: A voltage flat part is recognized in the vicinity of 2.9V, and it operates as a battery, and charging / discharging is possible for 10 cycles or more. Δ: A voltage flat part is recognized in the vicinity of 2.9V, and it operates as a battery. When the battery was repeatedly charged and discharged for 5 cycles or more, the voltage was clearly reduced. ×: A flat voltage portion was not recognized and the battery did not operate.

(放電持続時間の評価)
定常動作の評価で上記○の電池を0.1mAの定電流で放電を行い、電圧が1V以下になるまでの時間を測定した。
(Evaluation of discharge duration)
In the evaluation of steady operation, the battery of the above ○ was discharged at a constant current of 0.1 mA, and the time until the voltage became 1 V or less was measured.

(保存性の評価)
定常動作の評価で上記○の電池をそれぞれ多数個作製し、初期充放電を10サイクル行った。続いて前記と同一条件による充電後、60℃に設定した防爆構造の恒温槽内にそれぞれの電池を5個ずつ保存した。7日後、電池を取り出し、前記と同一条件による放電を行い、「保存後放電容量」を測定した。各電池について、以下の算出式に従い「自己放電率(%)」を算出した。
(Evaluation of storage stability)
In the evaluation of steady operation, a large number of the above-mentioned batteries were produced, and initial charge / discharge was performed for 10 cycles. Subsequently, after charging under the same conditions as described above, five batteries were stored in a thermostatic chamber having an explosion-proof structure set to 60 ° C. Seven days later, the battery was taken out, discharged under the same conditions as described above, and the “discharge capacity after storage” was measured. For each battery, “self-discharge rate (%)” was calculated according to the following calculation formula.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

以上得られた結果を表1に示す。   The results obtained above are shown in Table 1.

Figure 2010009760
Figure 2010009760

Figure 2010009760
Figure 2010009760

表1から本発明の活物質、二次電池、及びラジカル・フラーレン化合物は導電性に優れるため、電極活物質層を形成する際にカーボングラファイト等の集電体の使用量を極めて少なくすることができ、理論容量と電池実容量との差が極めて小さいことがわかる。   From Table 1, since the active material, secondary battery, and radical / fullerene compound of the present invention are excellent in conductivity, the amount of the collector such as carbon graphite can be extremely reduced when forming the electrode active material layer. It can be seen that the difference between the theoretical capacity and the actual battery capacity is extremely small.

また、本発明の活物質、二次電池、及びラジカル・フラーレン化合物はエネルギー密度が高いことがわかる。   It can also be seen that the active material, the secondary battery, and the radical / fullerene compound of the present invention have a high energy density.

更に、本発明の活物質、二次電池、及びラジカル・フラーレン化合物は化学的且つ電気的に安定であることがわかる。   Furthermore, it can be seen that the active material, secondary battery, and radical / fullerene compound of the present invention are chemically and electrically stable.

本発明に係る二次電池の正面断面である。It is a front section of the rechargeable battery concerning the present invention. 本発明に係る二次電池の断面図である。It is sectional drawing of the secondary battery which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 負極層
2 正極層
3 負極集電体
4 正極集電体
5 セパレーター
6 封止材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode layer 2 Positive electrode layer 3 Negative electrode collector 4 Positive electrode collector 5 Separator 6 Sealing material

Claims (7)

少なくとも、1分子内に1以上5以下のニトロキシラジカル基、及び塩基存在下でカルベンを形成可能な基を共に有する化合物から形成されたカルベンがフラーレンの炭素−炭素二重結合に付加反応した成績体を含有することを特徴とする活物質。 Results of addition reaction of a carbene formed from a compound having at least 1 to 5 nitroxy radical groups in one molecule and a group capable of forming a carbene in the presence of a base to a carbon-carbon double bond of fullerene An active material characterized by containing a body. 前記フラーレンがC60であることを特徴とする請求項1に記載の活物質。 The active material according to claim 1, wherein the fullerene is C60. 前記フラーレンの1分子当たりのカルベンの付加数が1以上12以下である成績体の混合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の活物質。 3. The active material according to claim 1, wherein the active material is a mixture of a product having an addition number of carbene per molecule of the fullerene of 1 or more and 12 or less. 前記1分子内に1以上5以下のニトロキシラジカル基、及び塩基存在下でカルベンを形成可能な基を共に有する化合物が、下記一般式(1)〜(4)で表される化合物から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の活物質。
Figure 2010009760
(式中、R〜R18はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。X〜Xはそれぞれ独立に、>CH又は>N−O・を表す。Tsはp−トルエンスルホニル基を表す。)
The compound having both 1 and 5 or less nitroxy radical groups in one molecule and a group capable of forming a carbene in the presence of a base is selected from the compounds represented by the following general formulas (1) to (4). It is at least 1 type, The active material as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
Figure 2010009760
(Wherein R 1 to R 18 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 1 to X 4 each independently represent> CH 2 or> N—O.). Ts represents a p-toluenesulfonyl group.)
下記一般式(5)〜(8)で表される化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項4に記載の活物質。
Figure 2010009760
(式中、フラーレン骨格はC60であり、R〜R18及びX〜Xは上記一般式(1)〜(4)で表される化合物のR〜R18及びX〜Xと同義の基を表す。式中の2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表す。q、n、m、及びpはそれぞれ0以上11以下の数を表す。)
The active material according to claim 4, comprising at least one compound represented by the following general formulas (5) to (8).
Figure 2010009760
(Wherein, fullerene skeleton is C60, R 1 to R 18 and X 1 to X 4 is R 1 to R 18 and X 1 to X 4 of the compound represented by the general formula (1) to (4) The two dotted lines in the formula represent that they are attached to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60, and q, n, m, and p are 0 or more and 11 or less, respectively. Represents the number of
請求項1〜5のいずれか一項に記載の活物質を含有することを特徴とする二次電池。 A secondary battery comprising the active material according to claim 1. 下記一般式(16)〜(18)で表される何れかであることを特徴とするラジカル・フラーレン化合物。
Figure 2010009760
(式中、フラーレン骨格はC60であり、R25〜R38はそれぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜10のアルキル基を表す。X11〜X14はそれぞれ独立に、>CH又は>N−O・を表す。式中の2本の点線はフラーレンC60の任意位置の(5,6)結合に付加していることを表す。n1、m1、及びp1はそれぞれ0以上11以下の数を表す。)
A radical / fullerene compound represented by the following general formulas (16) to (18):
Figure 2010009760
(In the formula, the fullerene skeleton is C60, R 25 to R 38 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. X 11 to X 14 are each independently> CH 2 or> N-O .. Two dotted lines in the formula indicate that they are attached to the (5,6) bond at an arbitrary position of fullerene C60, and n1, m1, and p1 are each a number of 0 or more and 11 or less. Represents.)
JP2008164213A 2008-06-24 2008-06-24 Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound Pending JP2010009760A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008164213A JP2010009760A (en) 2008-06-24 2008-06-24 Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008164213A JP2010009760A (en) 2008-06-24 2008-06-24 Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010009760A true JP2010009760A (en) 2010-01-14

Family

ID=41590021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008164213A Pending JP2010009760A (en) 2008-06-24 2008-06-24 Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010009760A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016117818A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 昭和電工株式会社 Fullerene composition, resin additive and resin composition

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016117818A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 昭和電工株式会社 Fullerene composition, resin additive and resin composition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3687736B2 (en) Secondary battery
JP5516578B2 (en) Power storage device
US8465877B2 (en) Alkali metal air battery
CN108028424A (en) Composition for a gel polymer electrolyte, gel polymer electrolyte prepared therefrom and the electrochemical appliance including the gel polymer electrolyte
WO2012121145A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
JP4830207B2 (en) battery
JP2002313344A (en) Electrode binder, and electrode and battery manufactured by using it
JP2014007117A (en) Li BASED SECONDARY BATTERY
JP2002170568A (en) Battery
JP2004207249A (en) Active material for rechargeable batteries
JP4826699B2 (en) Power storage device
JP2013134947A (en) Electrode active material and secondary battery containing the same
JPWO2016063875A1 (en) Maleimide resin compound with excellent storage stability
JP2010009760A (en) Active material, secondary battery, and novel radical fullerene compound
JP5360860B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4479148B2 (en) Positive electrode of lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
JP5365246B2 (en) Active material, secondary battery
JP2010018590A (en) Fullerene derivative, active material and secondary battery
JP2003109594A (en) Electrode material, manufacturing method of the same, electrode for battery using the same, and battery using the electrode
US10320001B2 (en) Secondary cell
JP2007305481A (en) Electrode active material and secondary battery
JP7278495B2 (en) Adhesive and manufacturing method thereof, secondary battery, battery module, battery pack and electric device
JP2010062119A (en) Secondary battery
JP2003308839A (en) Radical battery
Aqil et al. Functionalized Graphite Nanoplatelet by Nitroxide Radical PILs as Anode Materials for Li-ion Battery