JP2010073401A - Secondary battery - Google Patents

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保彦 ▲高▼向
Yasuhiko Takamukai
Emiko Mikoshiba
恵美子 御子柴
Akio Miura
紀生 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new secondary battery which is superior in self discharge characteristics and of which discharge capacity is not deteriorated even in usage after preservation. <P>SOLUTION: The secondary battery has at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as a constituent element. A reactant or a product in electrode reaction of the positive electrode active material is a neutral radical compound expressed by the following general formula (1), and a reactant or a product in the electrode reaction of the negative electrode active material contains a neutral radical compound. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池に関する。   The present invention relates to a secondary battery.

ノート型パソコン、携帯電話など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が大きな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安定性に優れたエネルギー密度の大きな高容量二次電池として種々の電子機器に利用されている。   With the rapid market expansion of notebook computers, mobile phones, etc., 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 excellent stability and large energy density.

しかし、このようなリチウムイオン二次電池は活物質として正極にコバルト酸リチウムのようなリチウム含有遷移金属酸化物を用いており、環境負荷が大きい上に資源に限界がある。これに対して電極の活物質を有機ラジカル化合物からつくる二次電池が提案されている(例えば特許文献1参照)。確かにこれはエネルギー密度が高く、有機物なので環境負荷も小さく、かつ、資源が枯渇する心配もほとんどない反面、充電後の保存では比較的短期間で放電してしまい、保存後の充放電使用においても放電容量が低下してしまうことがわかり、これら点において更なる改善の余地があった。
特開2008−174725号公報
However, such a lithium ion secondary battery uses a lithium-containing transition metal oxide such as lithium cobaltate as an active material as an active material, which has a large environmental load and has limited resources. On the other hand, a secondary battery in which an electrode active material is made of an organic radical compound has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Certainly, this is a high energy density and organic material, so the environmental impact is small and there is almost no risk of depletion of resources. On the other hand, storage after charging discharges in a relatively short period of time. However, there was room for further improvement in these respects.
JP 2008-174725 A

本発明の目的は、自己放電特性に優れ、保存後での使用においても放電容量が低下しない新規な二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel secondary battery that has excellent self-discharge characteristics and does not have a reduced discharge capacity even after use after storage.

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.少なくとも正極、負極、および電解質を構成要素とする二次電池において、正極の活物質の電極反応における反応物または生成物が下記一般式(1)で表される中性のラジカル化合物であり、かつ、負極の活物質の電極反応における反応物または生成物が中性のラジカル化合物であることを特徴とする二次電池。   1. In a secondary battery having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as constituents, the reactant or product in the electrode reaction of the positive electrode active material is a neutral radical compound represented by the following general formula (1); A secondary battery, wherein a reaction product or product in an electrode reaction of an active material of a negative electrode is a neutral radical compound.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

[式中、Xは−N−Yまたは−CR(R)を表し、Xのうち少なくとも1つは−N−Yであり、Yは水素原子、アルキル基、アリール基または−O・を表し、かつ全Yのうち少なくともひとつは−O・であり、R〜R及びR、Rは水素原子または置換基を表し、R〜Rのうち少なくとも1つはポリマー鎖を表す。]
2.前記一般式(1)で表される化合物のポリマー鎖が、下記(B−1)〜(B−6)で表される構造から選ばれる少なくとも1種を繰り返し単位とする重合体であることを特徴とする前記1に記載の二次電池。
[Wherein, X represents —N—Y or —CR 1 (R 2 ), and at least one of X is —N—Y, and Y represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or —O ·. And at least one of all Y is -O., R a to R d and R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R a to R d represents a polymer chain. To express. ]
2. The polymer chain of the compound represented by the general formula (1) is a polymer having as a repeating unit at least one selected from structures represented by the following (B-1) to (B-6). 2. The secondary battery as described in 1 above.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。*はポリマー鎖と環構造母核との結合位置を示す。]
3.前記一般式(1)で表される化合物のポリマー鎖が、前記(B−1)、(B−2)、(B−5)で表される構造から選ばれる少なくとも1種を繰り返し単位とする重合体であることを特徴とする前記1に記載の二次電池。
[Wherein, R represents a hydrogen atom or a methyl group. * Indicates a bonding position between the polymer chain and the ring structure mother nucleus. ]
3. The polymer chain of the compound represented by the general formula (1) has at least one selected from the structures represented by (B-1), (B-2), and (B-5) as a repeating unit. 2. The secondary battery as described in 1 above, which is a polymer.

4.前記一般式(1)において、Xのうち少なくとも2つが−N−Yであり、Yは水素原子、アルキル基、アリール基または−O・を表し、かつ全Yのうち少なくともひとつは−O・であることを特徴とする前記1〜3に記載の二次電池。   4). In the general formula (1), at least two of X are -N-Y, Y represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or -O., And at least one of all Ys is -O. The secondary battery as described in any one of 1 to 3 above.

5.前記負極の活物質が下記一般式(2)または一般式(3)で表される中性のラジカル化合物であることを特徴とする二次電池。   5. A secondary battery, wherein the negative electrode active material is a neutral radical compound represented by the following general formula (2) or general formula (3).

Figure 2010073401
Figure 2010073401

[式中、R、Rは電子吸引性基を表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。] [Wherein R 3 and R 4 represent an electron-withdrawing group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. ]

Figure 2010073401
Figure 2010073401

[式中、Rは電子吸引性基を表し、mは0〜5までの整数を表す。R、Rは水素または電子吸引性基を表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。] [Wherein R 6 represents an electron-withdrawing group, and m represents an integer of 0 to 5. R 7 and R 8 represent hydrogen or an electron-withdrawing group, and R 9 represents a hydrogen atom or a methyl group. ]

本発明により、自己放電特性に優れ、保存後での使用においても放電容量が低下しない新規な二次電池を提供することができた。   According to the present invention, it was possible to provide a novel secondary battery that has excellent self-discharge characteristics and does not have a reduced discharge capacity even when used after storage.

本発明を更に詳しく説明する。本発明に係る二次電池においては、以下の構成を採用することができる。   The present invention will be described in more detail. In the secondary battery according to the present invention, the following configuration can be adopted.

〔正極活物質〕
本発明における正極に用いられる活物質は電極反応における反応物または生成物が前記一般式(1)で表される中性のラジカル化合物である。
[Positive electrode active material]
The active material used for the positive electrode in the present invention is a neutral radical compound whose reactant or product in the electrode reaction is represented by the general formula (1).

一般式(1)において、R〜R及びR、Rで表される置換基としては、特に限定はなく、例えば、アルキル基(メチル、エチル、i−プロピル、ヒドロキシエチル、ステアリル、ドデシル、エイコシル、ドコシル、オレイル等)、シクロアルキル基(シクロプロピル、シクロヘキシル等)、アリール基(フェニル、p−テトラデカニルオキシフェニル、o−オクタデカニルアミノフェニル、ナフチル、ヒドロキシフェニル等)、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、トリフルオロメチル基、アミド基(アセトアミド、ベンズアミド等)、カルバモイル基(メチルカルバモイル、ブチルカルバモイル、フェニルカルバモイル等)、エステル基(エチルオキシカルボニル、i−プロピルオキシカルボニル、フェニルオキシカルボニル等)、カルボニルオキシ基(メチルカルボニルオキシ、プロピルカルボニルオキシ、フェニルカルボニルオキシ等)、シアノ基、ハロゲン原子(塩素、臭素、沃素、フッ素)、アルコキシ基(メトキシ、エトキシ、ブトキシ等)、アリールオキシ基(フェノキシ、ナフチルオキシ等)、スルホニル基(メタンスルホニル、p−トルエンスルホニル等)、アルキルチオ基(メチルチオ、エチルチオ、ブチルチオ等)、アリールチオ(フェニルチオ等)、スルホンアミド基(メタンスルホンアミド、ドデシルスルホンアミド、p−トルエンスルホンアミド等)、スルファモイル基(メチルスルファモイル、フェニルスルファモイル等)、アミノ基、アルキルアミノ基(エチルアミノ、ジメチルアミノ、ヒドロキシアミノ等)、アリールアミノ基(フェニルアミノ、ナフチルアミノ等)が挙げられる。 In the general formula (1), the substituent represented by R a to R d and R 1 and R 2 is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group (methyl, ethyl, i-propyl, hydroxyethyl, stearyl, Dodecyl, eicosyl, docosyl, oleyl, etc.), cycloalkyl groups (cyclopropyl, cyclohexyl, etc.), aryl groups (phenyl, p-tetradecanyloxyphenyl, o-octadecanylaminophenyl, naphthyl, hydroxyphenyl, etc.), hydroxyl Group, carboxyl group, nitro group, trifluoromethyl group, amide group (acetamide, benzamide, etc.), carbamoyl group (methylcarbamoyl, butylcarbamoyl, phenylcarbamoyl etc.), ester group (ethyloxycarbonyl, i-propyloxycarbonyl, phenyl) Oxyca Bonyl etc.), carbonyloxy group (methylcarbonyloxy, propylcarbonyloxy, phenylcarbonyloxy etc.), cyano group, halogen atom (chlorine, bromine, iodine, fluorine), alkoxy group (methoxy, ethoxy, butoxy etc.), aryloxy Groups (phenoxy, naphthyloxy, etc.), sulfonyl groups (methanesulfonyl, p-toluenesulfonyl, etc.), alkylthio groups (methylthio, ethylthio, butylthio, etc.), arylthio (phenylthio, etc.), sulfonamide groups (methanesulfonamide, dodecylsulfonamide) , P-toluenesulfonamide, etc.), sulfamoyl group (methylsulfamoyl, phenylsulfamoyl etc.), amino group, alkylamino group (ethylamino, dimethylamino, hydroxyamino etc.), aryla Amino group (phenylamino, naphthylamino and the like).

ポリマー鎖としては、重合性基と有するモノマーを公知の方法で重合したポリマーであればよく、特に限定はされない。例えば、下記構造を繰り返し単位とした重合体が挙げられる。   The polymer chain is not particularly limited as long as it is a polymer obtained by polymerizing a monomer having a polymerizable group with a known method. Examples thereof include polymers having the following structure as a repeating unit.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

[式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、R′はアルキレン基またはアリーレン基を表す。*はポリマー鎖と環構造母核との結合位置を示す。]
好ましくは、前記(B−1)〜(B−6)で表される構造を繰り返し単位とした重合体が挙げられ、さらに好ましくは、前記(B−1)、(B−2)、(B−5)で表される構造を繰り返し単位とした重合体が挙げられる。
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R ′ represents an alkylene group or an arylene group. * Indicates a bonding position between the polymer chain and the ring structure mother nucleus. ]
Preferably, the polymer which used the structure represented by said (B-1)-(B-6) as a repeating unit is mentioned, More preferably, said (B-1), (B-2), (B And a polymer having the structure represented by −5) as a repeating unit.

一般式(1)において、Xのうち、−NHと−NO・の割合を下記式で表し、以下の関係を満たすことが好ましい。   In the general formula (1), it is preferable that the ratio of —NH and —NO · in X is represented by the following formula and the following relationship is satisfied.

Figure 2010073401
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上記Zはラジカルへの転化率から求めることが出来、ラジカルへの転化率は、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。まず、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133.322Paである)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。例えば、ラジカルへの転化率80%の場合、下記よりZ=4となる。 Z can be determined from the conversion rate to radicals, and the conversion rate to radicals can be calculated by determining 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. First, a sample to be measured for ESR spectrum is ground with a mortar or the like and pulverized. 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 pulverized sample is filled in a quartz glass capillary having an inner diameter of 2 mm or less, preferably 1 to 0.5 mm, degassed to 10 −5 mmHg (1 mmHg is 133.322 Pa) or less, and sealed. The ESR spectrum is measured. 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. For example, when the conversion rate to radicals is 80%, Z = 4 from the following.

Figure 2010073401
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以下、一般式(1)で表される化合物を記載するが、これらに限定されることはない。   Hereinafter, although the compound represented by General formula (1) is described, it is not limited to these.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

Figure 2010073401
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上記(B−1)〜(B−6)及び化5中、*はポリマー鎖と環構造母核との結合位置を示すので、例えば(A−1)と(B−1)の組み合わせの場合は、下記構造である。   In the above (B-1) to (B-6) and chemical formula 5, * indicates the bonding position between the polymer chain and the ring structure mother nucleus, so for example in the case of a combination of (A-1) and (B-1) Is the following structure.

Figure 2010073401
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Figure 2010073401
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Figure 2010073401
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一般式(1)で表される化合物の重量平均分子量は、特に限定はないが、標準ポリスチレン(例えばSTK標準ポリスチレン(東ソー(株)製))を利用して作製した校正曲線から換算し、好ましくは、Mw3000以上1000000以下、より好ましくは、10000以上500000以下、最も好ましくは30000以上200000以下である。   The weight average molecular weight of the compound represented by the general formula (1) is not particularly limited, but is preferably converted from a calibration curve prepared using standard polystyrene (for example, STK standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation)), Is Mw 3000 or more and 1000000 or less, more preferably 10,000 or more and 500000 or less, and most preferably 30000 or more and 200000 or less.

〔負極活物質〕
本発明における負極に用いられる活物質は電極反応における反応物または生成物が中性のラジカル化合物である。該ラジカル化合物はn型のラジカル化合物と呼ばれ、充電によりアニオンとなり、放電によりラジカルに戻る可逆反応が可能な化合物であり、前記一般式(2)または一般式(3)で表される中性のラジカル化合物があげられるが、一般式(3)を用いたほうがより好ましい結果が得られる。
[Negative electrode active material]
The active material used for the negative electrode in the present invention is a radical compound in which the reaction product or product in the electrode reaction is neutral. The radical compound is called an n-type radical compound, and is a compound capable of reversible reaction that becomes an anion upon charge and returns to a radical upon discharge. The neutral compound represented by the general formula (2) or the general formula (3) Although the radical compound of the formula (3) is used, more preferable results can be obtained.

一般式(2)または一般式(3)において電子求引性基とはハメットのシグマ値が0より大きい基を指す。ハメットのシグマ値については稲本直樹著「ハメット則」(1983年、丸善)等の文献に記載されている。電子求引性基の例としては、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、ハロゲン化アルキル基(例えばトリフルオロメチル基、パーフルオロブチル基、トリクロロメチル基等)、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基等が挙げられる。中でも電子吸引性基はハロゲン原子またはトリフルオロメチル基であるのが好ましく、トリフルオロメチル基であるのがより好ましい。   In general formula (2) or general formula (3), an electron withdrawing group refers to a group having a Hammett's sigma value greater than zero. Hammett's sigma value is described in documents such as Naoki Inamoto's “Hammett's Rule” (1983, Maruzen). Examples of the electron withdrawing group include a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom), a halogenated alkyl group (for example, a trifluoromethyl group, a perfluorobutyl group, and a trichloromethyl group), Cyano group, nitro group, carboxyl group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkylsulfonylamino group, arylsulfonylamino group, sulfamoyl group, sulfo group, alkylsulfinyl group, arylsulfinyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, acyl group Aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, arylazo group, heterocyclic azo group, imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group and the like. Among these, the electron-withdrawing group is preferably a halogen atom or a trifluoromethyl group, and more preferably a trifluoromethyl group.

以下に一般式(2)または一般式(3)で表される化合物の具体例を示す。   Specific examples of the compound represented by formula (2) or formula (3) are shown below.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

Figure 2010073401
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一般式(2)または一般式(3)で表される化合物の重量平均分子量は、特に限定はないが、標準ポリスチレン(例えばSTK標準ポリスチレン(東ソー(株)製))を利用して作製した校正曲線から換算し、好ましくは、Mw3000以上1000000以下、より好ましくは、10000以上500000以下、最も好ましくは30000以上200000以下である。   The weight average molecular weight of the compound represented by the general formula (2) or the general formula (3) is not particularly limited, but a calibration prepared using standard polystyrene (for example, STK standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation)). Converted from the curve, it is preferably Mw 3000 or more and 1000000 or less, more preferably 10,000 or more and 500000 or less, and most preferably 30000 or more and 200000 or less.

〔導電補助材およびイオン伝導補助材〕
本発明では、電極を形成する際に、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よい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維等の炭素質微粒子、銅、銀、金、白金等の金属微粒子、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。また、イオン伝導補助材としては、ゲル電解質、固体電解質が挙げられる。
[Conductive auxiliary material and ion conductive auxiliary material]
In this invention, when forming an electrode, you may mix a conductive support material and an ion conductive support material in order to reduce an impedance. Conductive auxiliary materials include graphite, carbon black, acetylene black, carbonaceous fine particles such as vapor-grown carbon fibers, metal fine particles such as copper, silver, gold, and platinum, and conductive properties such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. Examples include polymers. Examples of the ion conduction auxiliary material include gel electrolytes and solid electrolytes.

〔結着剤〕
本発明では、電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、電極材料に結着剤を混合してもよい。このような結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−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、ポリテトラフルオロエチレン、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]
In the present invention, a binder may be mixed with the electrode material in order to strengthen the connection between the constituent materials of the electrode. Examples of such a binder include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene. And resin binders such as polyimide.

〔集電体およびセパレータ〕
本発明おける集電体としては、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、このような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。
[Current collector and separator]
As the current collector in the present invention, 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, such a current collector may have a catalytic effect, or the active material and the current collector may be chemically bonded.

また、負極集電体と正極集電体との電気的接触を防ぐ目的で、両者の間にプラスティック樹脂等からなる絶縁パッキンを配置した構成としてもよい。   In addition, for the purpose of preventing electrical contact between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, an insulating packing made of a plastic resin or the like may be disposed between them.

また、本発明のリチウム二次電池において用いることのできるセパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、フッ素樹脂等の多孔性フィルムを用いることができる。   Moreover, as a separator which can be used in the lithium secondary battery of the present invention, a polyolefin film such as polypropylene or polyethylene, or a porous film such as a fluororesin can be used.

〔電解液及び電解質〕
本発明において、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、一般には室温で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導性を有している。本発明における電解液としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、1,2−ジエトキシエタン、1−エトキシ−1−メトキシエタン等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、N−メチルピロリドン、などの非プロトン性有機溶媒の一種又は二種以上を混合して使用し、これらの有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
[Electrolyte and electrolyte]
In the present invention, the electrolyte performs charge carrier transport between both the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at room temperature. Examples of the electrolytic solution in the present invention include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), cyclic carbonates such as vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl Chain carbonates such as methyl carbonate (EMC) and dipropyl carbonate (DPC), aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate and ethyl propionate, γ-lactones such as γ-butyrolactone, 1, 2 -Chain ethers such as diethoxyethane and 1-ethoxy-1-methoxyethane, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethyl Formamide, dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2- One or two or more of aprotic organic solvents such as oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole, N-methylpyrrolidone, etc. are mixed and used. A solution in which a lithium salt is dissolved in a solvent can be used.

リチウム塩としては、例えばLiPF、LiAsF、LiAlCl、LiClO、LiBF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(CFSO、LiN(CFSO、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸カルボン酸リチウム、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、LiBr、LiI、LiSCN、LiCl、イミド類などがあげられる。 Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ). 2 , LiB 10 Cl 10 , lower aliphatic lithium carboxylate carboxylate, lithium chloroborane, lithium tetraphenylborate, LiBr, LiI, LiSCN, LiCl, imides and the like.

また、電解液に代えてポリマー電解質を用いてもよい。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。   Further, a polymer electrolyte may be used instead of the electrolytic solution. 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 copolymer, an acrylonitrile - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer, 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.

〔正極および負極の製造方法〕
本発明では、正極および負極の製造方法については特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。例えば、正極および負極の構成材料に溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布する方法、正極および負極の構成材料にバインダー樹脂を加えて圧力をかけて固める方法、正極および負極の構成材料に熱をかけて焼き固める方法などが挙げられる。
[Method for producing positive electrode and negative electrode]
In this invention, it does not specifically limit about the manufacturing method of a positive electrode and a negative electrode, A conventionally well-known method is employable. For example, a method in which a solvent is added to the constituent materials of the positive electrode and the negative electrode to form a slurry, and the mixture is applied to the electrode current collector, a method in which a binder resin is added to the constituent materials of the positive electrode and the negative electrode and solidified by applying pressure, The method of baking and hardening by heating.

〔電極の積層形態〕
本発明では、正極および負極の積層形態についても特に限定されるものではなく、任意の積層形態を採用することができ、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形態、さらにこれらを巻回した形態とすることができる。
[Lamination of electrodes]
In the present invention, the laminated form of the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, and any laminated form can be adopted, and a multilayer laminated body, a form obtained by combining those laminated on both sides of the current collector, These can be wound.

〔電池の形状〕
本発明の電池の形状および外観については特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。すなわち、このような電池形状としては、例えば、電極積層体または巻回体を、金属ケース、樹脂ケース、もしくはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムと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、電池の外観としては、円筒型、角型、コイン型、シート型等が挙げられる。
[Battery shape]
The shape and appearance of the battery of the present invention are not particularly limited, and conventionally known ones can be adopted. That is, as such a battery shape, 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, or the like. Can be mentioned. Examples of the external appearance of the battery include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a sheet shape.

以下、本発明について、より具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically below, but the present invention is not limited to these examples.

(1)電池の作製
化合物(1)で表されるラジカル化合物75質量%と、補助導電材としてグラファイト粉末20質量%とを混合し、これに、ポリフッ化ビニリデン共重合体5質量%とN−メチルピロリドンとを加えて、混合してスラリーを調製した。
(1) Production of Battery 75% by mass of the radical compound represented by the compound (1) and 20% by mass of graphite powder as an auxiliary conductive material were mixed, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride copolymer and N- Methyl pyrrolidone was added and mixed to prepare a slurry.

このスラリーを、リード線を備えたアルミニウム箔(厚さ:20μm)の表面に塗布し、ワイヤーバーで全体が均一な厚さとなるように展開し、乾燥し、プレスすることにより正極を作製した。   This slurry was applied to the surface of an aluminum foil (thickness: 20 μm) provided with a lead wire, developed with a wire bar so as to have a uniform thickness, dried, and pressed to produce a positive electrode.

次に、化合物(2−1)で表されるラジカル化合物85質量%と、補助導電材としてグラファイト粉末10質量%とを混合し、これに、ポリフッ化ビニリデン5質量%とN−メチルピロリドンとをさらに加えて、混合し、スラリーを調製した。   Next, 85% by mass of the radical compound represented by the compound (2-1) and 10% by mass of graphite powder as an auxiliary conductive material are mixed, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride and N-methylpyrrolidone are added thereto. Furthermore, it added and mixed and the slurry was prepared.

得られたスラリーを、リード線を備えた銅箔(厚さ:20μm)の表面に塗布し、ワイヤーバーで全体が均一な厚さとなるように展開し、乾燥後、プレスすることにより負極を得た。   The obtained slurry is applied to the surface of a copper foil (thickness: 20 μm) provided with a lead wire, developed to have a uniform thickness with a wire bar, dried, and pressed to obtain a negative electrode. It was.

正極、厚さ25μmのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極の順番に積層した後、全体を厚さが40μmのアルミニウム箔とアルミニウム箔の両面に形成されたポリプロピレン層から構成された厚さが0.1mmのラミネートラミネートフィルムからなるパックに収納し、80℃で24時間真空乾燥を施した。   After laminating the positive electrode, a separator made of a polyethylene porous film with a thickness of 25 μm, and a negative electrode in this order, the thickness is composed of an aluminum foil having a thickness of 40 μm and a polypropylene layer formed on both surfaces of the aluminum foil. Was stored in a pack made of a laminate laminate film of 0.1 mm, and vacuum-dried at 80 ° C. for 24 hours.

エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)が体積比率3:7で混合された混合溶媒に、電解質としてのLiPFを1mol/L溶解することにより液状非水電解質を調製した。 A liquid non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving 1 mol / L of LiPF 6 as an electrolyte in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7.

電極群を収納したラミネートフィルムパック内に液状非水電解質を注入した後、パックをヒートシールにより完全密閉し、電池101を作製した。   After injecting the liquid non-aqueous electrolyte into the laminate film pack containing the electrode group, the pack was completely sealed by heat sealing to produce a battery 101.

正極の化合物(1)で表されるラジカル化合物に代えて、表2に記載のラジカル化合物、負極に表2記載の一般式(2)または一般式(3)で表される中性のラジカル化合物を使用したこと以外は上記と同様にして電池102〜120、及び比較1を作製した。なお比較1は負極活物質には黒鉛を用いた。   Instead of the radical compound represented by the positive electrode compound (1), the radical compound described in Table 2, and the neutral radical compound represented by the general formula (2) or general formula (3) described in Table 2 on the negative electrode Batteries 102 to 120 and Comparative 1 were produced in the same manner as described above except that was used. In comparison 1, graphite was used as the negative electrode active material.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

Figure 2010073401
Figure 2010073401

(2)電池の充放電評価条件
25℃環境下において、2.8Vの定電圧充電で充電した後、0.1mAの定率放電を行い、0.1mAの放電容量を測定した。
(2) Battery charging / discharging evaluation conditions After charging at a constant voltage of 2.8 V in a 25 ° C. environment, a constant rate discharge of 0.1 mA was performed, and a discharge capacity of 0.1 mA was measured.

(3)保存性の評価
前記に作製した電池101〜120、及び比較1をそれぞれ10個作製し、初期充放電をそれぞれ10サイクル行い、10サイクル目のそれぞれの平均値を「保存前放電容量」とした。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、その測定値の平均を「保存後放電容量」とした。各電池について、次の算出式に従い「自己放電率(%)」を算出した。
(3) Evaluation of preservability Ten batteries 101 to 120 and Comparative Example 1 prepared above were prepared, 10 initial charge / discharge cycles were performed, and the average value of the 10th cycle was “discharge capacity before storage”. It was. Subsequently, after charging under the same conditions as described above, each battery was stored in a thermostatic chamber having an explosion-proof structure set to 60 ° C. Seven days later, the battery was taken out and discharged under the same conditions as described above, and the average of the measured values was defined as “discharge capacity after storage”. For each battery, “self-discharge rate (%)” was calculated according to the following calculation formula.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

次に、同一条件で充電及び放電を行った。これにより、得られた放電容量を「回復放電容量」とし、各電池について、前記「保存前放電容量」に対する比を求め、「回復容量率(%)」とした。   Next, charging and discharging were performed under the same conditions. Thus, the obtained discharge capacity was set as “recovery discharge capacity”, and the ratio of each battery to the “discharge capacity before storage” was obtained and set as “recovery capacity ratio (%)”.

Figure 2010073401
Figure 2010073401

表3から明らかなように、本発明の二次電池は、自己放電特性に優れ、保存後での使用においても放電容量が低下しない。   As is apparent from Table 3, the secondary battery of the present invention has excellent self-discharge characteristics, and the discharge capacity does not decrease even after use after storage.

Claims (5)

少なくとも正極、負極、および電解質を構成要素とする二次電池において、正極の活物質の電極反応における反応物または生成物が下記一般式(1)で表される中性のラジカル化合物であり、かつ、負極の活物質の電極反応における反応物または生成物が中性のラジカル化合物であることを特徴とする二次電池。
Figure 2010073401
[式中、Xは−N−Yまたは−CR(R)を表し、Xのうち少なくとも1つは−N−Yであり、Yは水素原子、アルキル基、アリール基または−O・を表し、かつ全Yのうち少なくともひとつは−O・であり、R〜R及びR、Rは水素原子または置換基を表し、R〜Rのうち少なくとも1つはポリマー鎖を表す。]
In a secondary battery having at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as constituents, the reactant or product in the electrode reaction of the positive electrode active material is a neutral radical compound represented by the following general formula (1); A secondary battery, wherein a reaction product or product in an electrode reaction of an active material of a negative electrode is a neutral radical compound.
Figure 2010073401
[Wherein, X represents —N—Y or —CR 1 (R 2 ), and at least one of X is —N—Y, and Y represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or —O ·. And at least one of all Y is -O., R a to R d and R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or a substituent, and at least one of R a to R d represents a polymer chain. To express. ]
前記一般式(1)で表される化合物のポリマー鎖が、下記(B−1)〜(B−6)で表される構造から選ばれる少なくとも1種を繰り返し単位とする重合体であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
Figure 2010073401
[式中、Rは水素原子またはメチル基を表す。*はポリマー鎖と環構造母核との結合位置を示す。]
The polymer chain of the compound represented by the general formula (1) is a polymer having at least one selected from structures represented by the following (B-1) to (B-6) as a repeating unit. The secondary battery according to claim 1, characterized in that:
Figure 2010073401
[Wherein, R represents a hydrogen atom or a methyl group. * Indicates a bonding position between the polymer chain and the ring structure mother nucleus. ]
前記一般式(1)で表される化合物のポリマー鎖が、前記(B−1)、(B−2)、(B−5)で表される構造から選ばれる少なくとも1種を繰り返し単位とする重合体であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。 The polymer chain of the compound represented by the general formula (1) has at least one selected from the structures represented by (B-1), (B-2), and (B-5) as a repeating unit. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a polymer. 前記一般式(1)において、Xのうち少なくとも2つが−N−Yであり、Yは水素原子、アルキル基、アリール基または−O・を表し、かつ全Yのうち少なくともひとつは−O・であることを特徴とする請求項1〜3に記載の二次電池。 In the general formula (1), at least two of X are -N-Y, Y represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or -O., And at least one of all Ys is -O. The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is provided. 前記負極の活物質が下記一般式(2)または一般式(3)で表される中性のラジカル化合物であることを特徴とする二次電池。
Figure 2010073401
[式中、R、Rは電子吸引性基を表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。]
Figure 2010073401
[式中、Rは電子吸引性基を表し、mは0〜5までの整数を表す。R、Rは水素または電子吸引性基を表し、Rは水素原子またはメチル基を表す。]
A secondary battery, wherein the negative electrode active material is a neutral radical compound represented by the following general formula (2) or general formula (3).
Figure 2010073401
[Wherein R 3 and R 4 represent an electron-withdrawing group, and R 5 represents a hydrogen atom or a methyl group. ]
Figure 2010073401
[Wherein R 6 represents an electron-withdrawing group, and m represents an integer of 0 to 5. R 7 and R 8 represent hydrogen or an electron-withdrawing group, and R 9 represents a hydrogen atom or a methyl group. ]
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103319482A (en) * 2012-03-19 2013-09-25 艾琪康医药科技(上海)有限公司 Method for synthesizing 1-hydroxymethyl-2-aza adamantane and derivatives thereof

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