JP2010239097A - Electrode active material, and electrode using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode active material affording an electrochemical element high in capacity and energy density and favorable in life characteristics. <P>SOLUTION: The electrode active material is constituted of a precisely polymerized polyfluorene derivative derived from a precisely polymerized polyfluorene in which fluorene rings which constitute polyfluorene are substantially polymerized at 2-position and 7-position and a fluorene ring at a chain terminal has a halogen substitute and is characterized in that the precisely polymerized polyfluorene derivative is a derivative obtained by substituting a phenyl group or a fluorenyl group for the halogen substitute of the fluorene ring at the chain terminal of the precisely polymerized polyfluorene. An electrical double layer capacitor having an electrode containing a conventional conductive polymer is shorter in service life than an electrical double layer capacitor having an electrode containing a carbon material. The electrical double layer capacitor having an electrode containing the electrode active material exhibits the life characteristics equal to that of the capacitor having the electrode containing the carbon material. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、作動電圧が高く、高容量でエネルギー密度が高い電気化学素子を与えることができる電極活物質及びこの電極活物質を用いた電極に関する。   The present invention relates to an electrode active material that can provide an electrochemical element having a high operating voltage, a high capacity, and a high energy density, and an electrode using the electrode active material.

石油消費量の低減、大気汚染の緩和、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、ガソリン車やディーゼル車に代わる電気自動車やハイブリッド自動車などの低公害車に対する期待が高まっている。このような低公害車におけるモーター駆動電源として、高エネルギー密度及び高出力密度を有する二次電池や電気二重層キャパシタなどの電気化学素子が用いられる。   Expectations for low-emission vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles to replace gasoline and diesel vehicles from the viewpoint of reducing oil consumption, mitigating air pollution, and reducing emissions of carbon dioxide, which causes global warming. It is growing. As a motor drive power source in such a low pollution vehicle, an electrochemical element such as a secondary battery or an electric double layer capacitor having a high energy density and a high output density is used.

二次電池には、水系電解液を用いた電池と、非水系電解液(有機電解液)を用いた電池とが存在する。   Secondary batteries include batteries using an aqueous electrolyte and batteries using a non-aqueous electrolyte (organic electrolyte).

酸性又はアルカリ性の水系電解液を用いた電池としては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、プロトン電池などがある。これらの二次電池は、水の電気分解電圧が1.23Vであるため、それ以上の高い作動電圧を得ることができない。電気自動車の電源としては200V前後の高電圧が必要であるが、この電圧を得るためには多くの電池を直列に接続しなければならず、電源の小型化・軽量化のためには不利である。しかしながら、水系電解液のイオン伝導性が高いため、充放電の際に大電流が得られるという優れた出力特性を有している。   Examples of batteries using acidic or alkaline aqueous electrolyte include lead batteries, nickel / cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and proton batteries. Since these secondary batteries have an electrolysis voltage of water of 1.23 V, a higher operating voltage cannot be obtained. As a power source for an electric vehicle, a high voltage of about 200V is required. To obtain this voltage, many batteries must be connected in series, which is disadvantageous for reducing the size and weight of the power source. is there. However, since the aqueous electrolyte has high ionic conductivity, it has excellent output characteristics that a large current can be obtained during charging and discharging.

一方、非水系電解液を用いた電池としては、リチウムイオン二次電池が良く知られている。この電池は、一般に、リチウムイオンを吸蔵、放出する炭素材料を負極とし、コバルト酸リチウム(LiCoO)などのリチウム層状化合物を正極とし、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)などのリチウム塩をエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどの有機溶媒に溶解させた液を電解液としている。このようなリチウムイオン二次電池は、有機溶媒の電気分解電圧が高いため、平均作動電圧として3.6Vを得ることができ、エネルギー密度も高い。しかしながら、充放電反応が電極のリチウムイオンの吸蔵、放出であるため、出力特性に劣り、大きな瞬間電流が必要とされる電気自動車用の電源としては不利である。 On the other hand, lithium ion secondary batteries are well known as batteries using nonaqueous electrolyte solutions. In general, this battery uses a carbon material that occludes and releases lithium ions as a negative electrode, a lithium layered compound such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode, and a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). A solution dissolved in an organic solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate is used as an electrolytic solution. Since such a lithium ion secondary battery has a high electrolysis voltage of the organic solvent, 3.6 V can be obtained as an average operating voltage, and the energy density is also high. However, since the charge / discharge reaction is occlusion and release of lithium ions in the electrode, the output characteristics are inferior, and it is disadvantageous as a power source for an electric vehicle that requires a large instantaneous current.

電気二重層キャパシタは、活性炭などの分極性電極を正負極とし、電極表面と電解液との界面に生じる電気二重層を静電容量として利用している。電気二重層キャパシタは、出力密度が高く、急速充放電が可能であり、充放電を繰り返しても容量劣化が少ない。電気二重層キャパシタでは、充放電に伴って電解質イオンが電解液内を移動して電極界面に吸脱着するだけであり、電池のような電気化学反応を伴わないためである。   The electric double layer capacitor uses a polarizable electrode such as activated carbon as positive and negative electrodes, and uses an electric double layer generated at the interface between the electrode surface and the electrolytic solution as a capacitance. An electric double layer capacitor has a high output density, can be rapidly charged and discharged, and has little capacity deterioration even after repeated charging and discharging. This is because in an electric double layer capacitor, electrolyte ions move only in the electrolytic solution along with charging / discharging and are adsorbed / desorbed to / from the electrode interface, and do not involve an electrochemical reaction as in a battery.

電気二重層キャパシタにも、水系電解液を用いたキャパシタと、非水系電解液(有機電解液)を用いたキャパシタとが存在する。   Also in the electric double layer capacitor, there are a capacitor using an aqueous electrolyte and a capacitor using a non-aqueous electrolyte (organic electrolyte).

電気二重層キャパシタの作動電圧は主に電解液の電気分解電圧によって決定されるため、水系電解液を用いたキャパシタは非水系電解液(有機電解液)を用いたキャパシタに比較して作動電圧の点で不利である。しかしながら、出力密度が高く安全であるという利点を有している。   Since the operating voltage of an electric double layer capacitor is mainly determined by the electrolysis voltage of the electrolyte, the capacitor using an aqueous electrolyte has a higher operating voltage than the capacitor using a non-aqueous electrolyte (organic electrolyte). It is disadvantageous in terms. However, it has the advantage of high power density and safety.

一方、プロピレンカーボネートなどの有機溶媒に四フッ化ホウ素や六フッ化リンなどの四級オニウム塩を溶解させた非水系電解液を用いる電気二重層キャパシタは、作動電圧が、水系電解液を用いたキャパシタより高いが、二次電池に比較すると低い。また、電気二重層容量によるエネルギー密度が二次電池に比較して低く、電気自動車の電源としては大幅に不足する。   On the other hand, an electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte solution in which a quaternary onium salt such as boron tetrafluoride or phosphorus hexafluoride is dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate has an operating voltage of an aqueous electrolyte solution. It is higher than the capacitor, but lower than the secondary battery. In addition, the energy density due to the electric double layer capacity is lower than that of the secondary battery, and the power source of the electric vehicle is greatly insufficient.

このような問題点の改善を目的として、電気化学素子に使用される電極活物質の検討が進められている。   In order to improve such problems, studies on electrode active materials used in electrochemical devices are underway.

特許文献1(特開2003−297362号公報)は、p−ドーピング可能な導電性高分子を主体とする正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離しうる炭素材料を主体とする負極と、リチウム塩を含む有機電解液とを有するハイブリッド二次電源を提案している。重量平均分子量が50000のポリチオフェン、重量平均分子量が80000のポリ(3−メチルチオフェン)等を正極として使用した二次電源により、作動電圧が4.0Vであり、正極として活性炭を使用した二次電源と同等以上の容量を有し、かつ充放電サイクル信頼性の高い二次電源が得られている。   Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-297362) discloses a positive electrode mainly composed of a p-doped conductive polymer, a negative electrode mainly composed of a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions, and a lithium salt. A hybrid secondary power source having an organic electrolyte solution is proposed. A secondary power source using a polythiophene having a weight average molecular weight of 50000, a poly (3-methylthiophene) having a weight average molecular weight of 80000, etc. as a positive electrode, an operating voltage of 4.0 V, and a secondary power source using activated carbon as a positive electrode A secondary power source having a capacity equal to or higher than that of the battery and having high charge / discharge cycle reliability is obtained.

特許文献2(特開平6−104141号公報)は、導電性高分子粉末ペーストを用いて作成した電極を備えた電気二重層キャパシタの高容量化及び内部抵抗の低減を達成する目的で、電解重合法により得られた導電性高分子膜を分極性電極として使用した電気二重層キャパシタを提案している。電解重合法により得られたポリピロール膜の利用により、作動電圧が2.6Vで、粉末ペーストを用いた電極を備えた電気二重層キャパシタより高容量を有する電気二重層キャパシタが得られている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-104141) discloses an electrolytic double layer for the purpose of increasing the capacity and reducing the internal resistance of an electric double layer capacitor having an electrode prepared using a conductive polymer powder paste. An electric double layer capacitor using a conductive polymer film obtained by a legal method as a polarizable electrode is proposed. By using the polypyrrole film obtained by the electrolytic polymerization method, an electric double layer capacitor having an operating voltage of 2.6 V and a higher capacity than an electric double layer capacitor having an electrode using a powder paste has been obtained.

電気二重層キャパシタにおける低いエネルギー密度の改善のため、電気二重層の静電容量に加えて電極表面でのレドックス反応あるいは電荷移動反応による付加的な容量を利用する電気化学キャパシタの検討も行われている。このような電気化学キャパシタの電極活物質としては、酸化還元反応が容易に起こる酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化ニッケル等の金属酸化物や、電解液のアニオン、カチオンとのπ電子の授受による電荷移動が比較的容易に起こるポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性高分子が検討されている。   In order to improve the low energy density of the electric double layer capacitor, an electrochemical capacitor using an additional capacitance due to a redox reaction or a charge transfer reaction on the electrode surface in addition to the electric double layer capacitance has been studied. Yes. As an electrode active material for such an electrochemical capacitor, charge transfer by exchange of π-electrons with metal oxides such as ruthenium oxide, manganese oxide, nickel oxide, etc. where an oxidation-reduction reaction easily occurs, and anions and cations of electrolytes Conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, polypyrrole and the like in which the above occurs relatively easily have been studied.

また、特許文献3(特開2000−315527号公報)は、薄膜状のトリフェニルアミンを繰り返し単位として含む導電性高分子を正極とし、薄膜状の2,2’−ビピリジンを繰り返し単位として含む導電性高分子を負極とする非水電気化学キャパシタを提案しており、2.7Vまでの作動電圧を示し、エネルギー密度が電気二重層キャパシタの3倍以上である非水電気化学キャパシタが得られている。   Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-315527) discloses a conductive polymer containing a thin film of triphenylamine as a repeating unit as a positive electrode and a thin film of 2,2′-bipyridine as a repeating unit. A non-aqueous electrochemical capacitor having a negative electrode made of a conductive polymer has been proposed, and a non-aqueous electrochemical capacitor exhibiting an operating voltage of up to 2.7 V and having an energy density more than three times that of an electric double layer capacitor has been obtained. Yes.

さらに、特許文献4(特開2006−48974号公報)は、ポリフルオレン又はその誘導体から成る電極材料を開示しており、ポリフルオレンの誘導体のn−ドープの酸化還元電位が従来の導電性高分子に比べて低く、ポリフルオレンまたはその誘導体のp−ドープの酸化還元電位が従来の導電性高分子に比べて高く、この電極材料が高電圧特性を有していることを示している。そして、塩化鉄(III)を触媒とした重合により得られたポリ(9,9−ジメチルフルオレン)を電極活物質として使用すると、ポリ(3−メチルチオフェン)を用いた二次電池及び電気化学キャパシタよりも高い作動電圧を有する二次電池及び電気化学キャパシタが得られることを示している。   Further, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-48974) discloses an electrode material made of polyfluorene or a derivative thereof, and the n-doped redox potential of the polyfluorene derivative is a conventional conductive polymer. The p-doped redox potential of polyfluorene or its derivatives is higher than that of conventional conductive polymers, indicating that this electrode material has high voltage characteristics. When poly (9,9-dimethylfluorene) obtained by polymerization using iron (III) chloride as a catalyst is used as an electrode active material, a secondary battery and an electrochemical capacitor using poly (3-methylthiophene) It shows that a secondary battery and an electrochemical capacitor having a higher operating voltage can be obtained.

また、出願人は、本出願の出願時には未公開である特願2008−033847号において、ポリフルオレンのフルオレン環が実質的に2位と7位で重合している「精密重合ポリフルオレン」が、塩化鉄(III)を触媒とした重合により得られるフルオレン環が不規則な位置で重合しているポリフルオレン(以下、「バルク重合ポリフルオレン」という。)に比較して、容量が大幅に増加し、したがって、精密重合ポリフルオレンから成る電極活物質を用いることにより、作動電圧が高く、高容量でエネルギー密度が高い電気化学素子が得られることを示した。   In addition, in the Japanese Patent Application No. 2008-033847 that is unpublished at the time of filing of the present application, the applicant referred to as “precisely polymerized polyfluorene” in which the fluorene ring of polyfluorene is substantially polymerized at the 2-position and the 7-position, Compared to polyfluorene in which the fluorene ring obtained by polymerization using iron (III) chloride as a catalyst is polymerized at irregular positions (hereinafter referred to as “bulk polymerized polyfluorene”), the capacity is greatly increased. Therefore, it was shown that an electrochemical device having a high operating voltage, a high capacity, and a high energy density can be obtained by using an electrode active material made of precision polymerized polyfluorene.

一方で、導電性高分子を含む電極は、活性炭やカーボンナノチューブなどの炭素材料を含む電極に比べて著しく寿命特性が悪いため、実用化の妨げになっている(非特許文献1(Journal of The Electrochemical Society,150(6),A747−A752(2003)参照。)。寿命特性が悪い理由として、充放電時にポリマーが溶媒や電解質と化学的或いは電気化学的に反応し、劣化する点が挙げられており、電解液の改善などで寿命特性の改善が検討されている(非特許文献2(Electrochimica Acta,50,2233−2237(2005)参照)。   On the other hand, since an electrode including a conductive polymer has a significantly poor lifetime characteristic compared to an electrode including a carbon material such as activated carbon or carbon nanotube, it has been impeded in practical use (Non-Patent Document 1 (Journal of The 1). (See Electrochemical Society, 150 (6), A747-A752 (2003).) The reason why the life characteristics are poor is that the polymer reacts chemically or electrochemically with the solvent or electrolyte during charge / discharge and deteriorates. Therefore, improvement of lifetime characteristics is being studied by improving the electrolyte (see Non-Patent Document 2 (Electrochimica Acta, 50, 2233-2237 (2005)).

特開2003−297362号公報JP 2003-297362 A 特開平6−104141号公報JP-A-6-104141 特開2000−315527号公報JP 2000-315527 A 特開2006−48974号公報JP 2006-48974 A

Journal of The Electrochemical Society,150(6),A747−A752(2003)Journal of The Electrochemical Society, 150 (6), A747-A752 (2003) Electrochimica Acta,50,2233−2237(2005)Electrochimica Acta, 50, 2233-2237 (2005)

しかしながら、電気自動車等のモーター駆動電源の小型化・軽量化の要求は恒常的であり、そのため、電源として使用される電気化学素子に対する高作動電圧化、高容量化、高エネルギー密度化の強い要求があり、その上長寿命の電気化学素子が望まれる。   However, there is a constant demand for miniaturization and weight reduction of motor drive power supplies for electric vehicles, etc. Therefore, there is a strong demand for higher operating voltage, higher capacity, and higher energy density for electrochemical elements used as power supplies. In addition, a long-life electrochemical device is desired.

そこで、本発明の課題は、作動電圧が高く、高容量でエネルギー密度が高いことに加えて寿命特性が良好な電気化学素子を与えることが可能な、従来の導電性高分子より高容量・高電圧特性を示し、且つ寿命特性の良好な電極活物質及びこれを用いた電極を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electrochemical element having a high operating voltage, high capacity, high energy density, and good lifetime characteristics, and higher capacity and higher than conventional conductive polymers. An electrode active material exhibiting voltage characteristics and good life characteristics and an electrode using the same are provided.

発明者は、導電性高分子を含む電極の寿命を短縮化させる原因について詳細に検討し、従来から報告されている充放電時にポリマーが溶媒や電解質と化学的或いは電気化学的に反応する点に加えて、ポリマー中に含まれる不純物、例えばポリマー末端に残存しているハロゲンがポリマー劣化を進行させ、寿命特性を悪化させているという考えに至った。   The inventor examined in detail the cause of shortening the life of the electrode containing the conductive polymer, and the point that the polymer reacts chemically or electrochemically with the solvent or electrolyte during the charge and discharge reported so far. In addition, the inventors have come to the idea that impurities contained in the polymer, for example, halogens remaining at the polymer ends, cause the polymer deterioration to progress and deteriorate the life characteristics.

出願人による上述の特願2008−033847号において示された、ポリフルオレンのフルオレン環が実質的に2位と7位で重合している「精密重合ポリフルオレン」は、以下の式Iに例示するニッケル触媒を用いたYamamotoカップリング法又は式IIに例示するパラジウム触媒を用いたSuzuki−Miyauraカップリング法により製造されているが、製造法に起因して、精密重合ポリフルオレンの鎖末端のフルオレン環が、隣接するフルオレン環と結合していない2位又は7位の位置に、ハロゲン置換基を有している。

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The “precisely polymerized polyfluorene” in which the fluorene ring of polyfluorene is substantially polymerized at the 2-position and the 7-position as shown in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2008-033847 by the applicant is exemplified in the following formula I: Although produced by the Yamamoto coupling method using a nickel catalyst or the Suzuki-Miyaura coupling method using a palladium catalyst exemplified in Formula II, the fluorene ring at the chain end of a precisely polymerized polyfluorene is produced due to the production method. Have a halogen substituent at the 2- or 7-position that is not bonded to the adjacent fluorene ring.
Figure 2010239097

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そして、発明者は、精密重合ポリフルオレンの鎖末端のフルオレン環に残存するハロゲン置換基をフェニル基若しくはフルオレニル基により置換することで、上記課題が解決されることを見出した。   And the inventor discovered that the said subject was solved by substituting the halogen substituent which remains in the fluorene ring of the chain | strand terminal of precision polymerization polyfluorene by a phenyl group or a fluorenyl group.

従って、本発明の電極活物質は、ポリフルオレンを構成するフルオレン環が実質的に2位と7位で重合しており且つ鎖末端のフルオレン環がハロゲン置換基を有している精密重合ポリフルオレンから誘導される少なくとも1種の精密重合ポリフルオレン誘導体からなる電極活物質であって、上記精密重合ポリフルオレン誘導体が上記精密重合ポリフルオレンの鎖末端のフルオレン環のハロゲン置換基をフェニル基又はフルオレニル基で置換した誘導体であることを特徴とする。   Therefore, the electrode active material of the present invention is a precision polymerized polyfluorene in which the fluorene ring constituting the polyfluorene is polymerized substantially at the 2nd and 7th positions and the fluorene ring at the chain end has a halogen substituent. An electrode active material comprising at least one precision polymerized polyfluorene derivative derived from the above, wherein the precision polymerized polyfluorene derivative is a phenyl group or a fluorenyl group as a halogen substituent of the fluorene ring at the chain end of the precision polymerized polyfluorene. It is a derivative substituted with.

以下、精密重合ポリフルオレン誘導体のうち、精密重合ポリフルオレンの鎖末端のフルオレン環のハロゲン置換基がフェニル基に置換されているものを、「精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体」といい、フルオレニル基で置換されているものを、「精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体」と表わす。   Hereinafter, among the precisely polymerized polyfluorene derivatives, those in which the halogen substituent of the fluorene ring at the chain end of the precisely polymerized polyfluorene is substituted with a phenyl group are referred to as “precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer”, which is a fluorenyl group. The one substituted with is represented as “precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer”.

なお、「実質的に2位と7位で重合している」の語は、ポリフルオレンに含まれるフルオレン環の個数の90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、特に好ましくは100%のフルオレン環が隣接するフルオレン環と2位と7位で結合していることを意味する。また、「ハロゲン置換基がフェニル基もしくはフルオレニル基で置換されている」の語は、ハロゲン置換基の90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、特に好ましくは100%が置換されていることを意味する。   The term “substantially polymerized at the 2-position and the 7-position” is 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, particularly preferably the number of fluorene rings contained in polyfluorene. Means that 100% of the fluorene ring is bonded to the adjacent fluorene ring at the 2nd and 7th positions. The term “halogen substituent is substituted with a phenyl group or a fluorenyl group” means that 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, particularly preferably 100% of the halogen substituent is substituted. Means that

本発明において、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の前駆体となる精密重合ポリフルオレンは、フルオレン環が実質的に2位と7位で重合しており且つ鎖末端のフルオレン環がハロゲン置換基を有してさえいれば、鎖末端以外のフルオレン環が無置換のフルオレン環のみから構成されていても良く、鎖末端のフルオレン環におけるフルオレン環と結合していない2位又は7位のハロゲン置換基以外に、精密重合ポリフルオレンを構成する1個以上のフルオレン環が重合に関わらない位置に置換基を有していても良い。本発明では、精密重合ポリフルオレンのフルオレン環が9位に1個又は2個の置換基を有していても良い。9位の置換基はポリマーの電子伝導性を低下させず、置換基によってアニオン、カチオンのドーピング反応、脱ドーピング反応の速度が速くなって出力特性が向上する。9位の置換基は、アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、アルキルシアノ基、フェニル基、ハロゲン原子、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルハロゲン化フェニル基からなる群から選択されるのが好ましい。   In the present invention, the precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and the precisely polymerized polyfluorene used as the precursor of the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer have a fluorene ring polymerized substantially at the 2nd and 7th positions and a chain. As long as the terminal fluorene ring has a halogen substituent, the fluorene ring other than the chain end may be composed only of an unsubstituted fluorene ring and is not bonded to the fluorene ring in the chain end fluorene ring. In addition to the halogen substituent at the 2-position or the 7-position, one or more fluorene rings constituting the precisely polymerized polyfluorene may have a substituent at a position not involved in the polymerization. In the present invention, the fluorene ring of the precisely polymerized polyfluorene may have one or two substituents at the 9-position. The substituent at the 9-position does not decrease the electronic conductivity of the polymer, and the substituent increases the speed of the anion and cation doping and dedoping reactions and improves the output characteristics. The substituent at the 9-position consists of an alkyl group, a carboxyl group, a nitro group, a cyano group, an alkyl cyano group, a phenyl group, a halogen atom, a halogenated methyl group, a halogenated phenyl group, an alkylphenyl group, and an alkylhalogenated phenyl group. Preferably selected from the group.

本発明はまた、上述の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体からなる電極活物質を含有する活物質層を有する電極を提供する。精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体は、精密重合ポリフルオレンと同様に高容量特性を有し、精密重合ポリフルオレンと同様の高電圧特性を有する上に、長寿命特性を有する。そのため、本発明の電極は、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有する上に、長寿命特性を有する電気化学素子を構築するために好適に使用することができ、二次電池における1対の電極の一方として、又は、電気二重層キャパシタにおける1対の電極の一方として、又は、電気化学キャパシタにおける1対の電極のうちの少なくとも一方として、好適に使用することができる。特に、本発明の電極を電気二重層キャパシタのための電極として使用すると、活性炭やカーボンナノチューブなどの炭素材料を含む電極を用いた従来の電気二重層キャパシタと同様の寿命特性を有する電気二重層キャパシタが得られる。   The present invention also provides an electrode having an active material layer containing an electrode active material composed of the above-mentioned precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer. Precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer have high capacity characteristics similar to precision polymerized polyfluorene, and have high voltage characteristics similar to precision polymerized polyfluorene, and also have a long life. Has characteristics. Therefore, the electrode of the present invention can be suitably used to construct an electrochemical device having a high operating voltage, a high capacity, a high energy density, and a long life characteristic. It can be suitably used as one of a pair of electrodes, as one of a pair of electrodes in an electric double layer capacitor, or as at least one of a pair of electrodes in an electrochemical capacitor. In particular, when the electrode of the present invention is used as an electrode for an electric double layer capacitor, the electric double layer capacitor having the same life characteristics as a conventional electric double layer capacitor using an electrode containing a carbon material such as activated carbon or carbon nanotube Is obtained.

本発明の電極では、上記活物質層が少なくとも1種のカーボンナノチューブを含有するのが好ましい。カーボンナノチューブは、電気伝導度が高いため、活物質と複合化させると、高い電気伝導度の複合体を得ることができる。また外表面積が大きいため、活物質との接触面が広くなり、高効率で導電性を付与することが可能となる。さらに、カーボンナノチューブ自体が電解質溶液との接触において容量を有する。したがって、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとの併用により、高容量を有する上に、低インピーダンス特性を有し、その上長寿命な電極を得ることができる。   In the electrode of the present invention, the active material layer preferably contains at least one kind of carbon nanotube. Since carbon nanotubes have a high electrical conductivity, a composite with a high electrical conductivity can be obtained by compounding with an active material. Further, since the outer surface area is large, the contact surface with the active material is widened, and it is possible to impart conductivity with high efficiency. Furthermore, the carbon nanotubes themselves have a capacity in contact with the electrolyte solution. Therefore, by using a precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer in combination with a carbon nanotube, an electrode having high capacity, low impedance characteristics and long life can be obtained. Obtainable.

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体はカーボンナノチューブに担持されているのが好ましい。カーボンナノチューブと精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体との間の接触抵抗が小さくなるため、さらに低インピーダンス特性に優れた電極を得ることができる。   The precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer is preferably supported on carbon nanotubes. Since the contact resistance between the carbon nanotube and the precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer becomes small, an electrode having further excellent low impedance characteristics can be obtained.

本発明のフルオレン環が実質的に2位と7位で重合しており且つ鎖末端のフルオレン環がハロゲン置換基を有している精密重合ポリフルオレンから誘導された精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体から成る電極活物質は、高容量特性と高電圧特性を有する上に、良好な寿命特性を有する。   Precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer derived from precision polymerized polyfluorene in which the fluorene ring of the present invention is polymerized substantially at the 2-position and 7-position and the fluorene ring at the chain end has a halogen substituent An electrode active material composed of a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer has high capacity characteristics and high voltage characteristics, and also has good life characteristics.

従って、本発明の電極活物質を含有する活物質層を有する電極により、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有し、その上寿命特性の良好な二次電池、電気二重層キャパシタ、電気化学キャパシタ等の電気化学素子を構築することができる。   Therefore, an electrode having an active material layer containing the electrode active material of the present invention has a high operating voltage, a high capacity, a high energy density, and a good secondary battery life, electric double layer capacitor, Electrochemical elements such as electrochemical capacitors can be constructed.

本発明の電極及び比較例の電極に関する寿命評価試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the lifetime evaluation test regarding the electrode of this invention, and the electrode of a comparative example.

本発明の電極活物質は、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体から成る。本発明の電極活物質は、単一のものであっても良く、異なる精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の混合物であっても良い。   The electrode active material of the present invention comprises a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer. The electrode active material of the present invention may be a single material or a mixture of different precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymers and / or precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymers.

本発明の電極活物質としての精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体は、2,7−ジハロゲノフルオレンとハロゲノベンゼンとを出発物質として、式IIIの方法により製造され、精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体は、2,7−ジハロゲノフルオレンと2−ハロゲノフルオレンとを出発物質として、式IVの方法により製造される。式III、式IVの方法において、精密重合ポリフルオレンの重合と末端のフルオレン環に対するハロゲノベンゼン又は2−ハロゲノフルオレンの反応とが平行して起こる。

Figure 2010239097
The precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer as the electrode active material of the present invention is produced by the method of Formula III using 2,7-dihalogenofluorene and halogenobenzene as starting materials, and is a precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer. Is prepared by the method of formula IV starting from 2,7-dihalogenofluorene and 2-halogenofluorene. In the methods of Formula III and Formula IV, the polymerization of precision polymerized polyfluorene and the reaction of halogenobenzene or 2-halogenofluorene on the terminal fluorene ring occur in parallel.
Figure 2010239097

Figure 2010239097
Figure 2010239097

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の前駆体となる精密重合ポリフルオレンは、フルオレン環が実質的に2位と7位で重合しており且つ鎖末端のフルオレン環がハロゲン置換基を有してさえいれば、鎖末端以外のフルオレン環が無置換のフルオレン環のみから構成されていても良く、鎖末端のフルオレン環におけるフルオレン環と結合していない2位又は7位の位置のハロゲン置換基以外にも、精密重合ポリフルオレンを構成する1個以上のフルオレン環が重合に関わらない位置に置換基を有していても良い。   Precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer precursor, which is a polymerized fluorene, are polymerized in the 2nd and 7th positions of the fluorene ring and the fluorene ring at the chain end. As long as it has a halogen substituent, the fluorene ring other than the chain end may be composed only of an unsubstituted fluorene ring, and it is not bonded to the fluorene ring in the fluorene ring at the chain end. In addition to the halogen substituent at the position, one or more fluorene rings constituting the precisely polymerized polyfluorene may have a substituent at a position not involved in the polymerization.

前駆体となる精密重合ポリフルオレンにおけるフルオレン環は、9位に1個又は2個の置換基を有していても良い。9位の置換基はポリマーの電子伝導性を低下させず、置換基によってアニオン、カチオンのドーピング反応、脱ドーピング反応の速度が速くなって出力特性が向上する。9位の置換基は、アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、アルキルシアノ基、フェニル基、ハロゲン原子、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルハロゲン化フェニル基からなる群から選択されるのが好ましい。   The fluorene ring in the precision polymerized polyfluorene to be a precursor may have one or two substituents at the 9-position. The substituent at the 9-position does not decrease the electronic conductivity of the polymer, and the substituent increases the speed of the anion and cation doping and dedoping reactions and improves the output characteristics. The substituent at the 9-position consists of an alkyl group, a carboxyl group, a nitro group, a cyano group, an alkyl cyano group, a phenyl group, a halogen atom, a halogenated methyl group, a halogenated phenyl group, an alkylphenyl group, and an alkylhalogenated phenyl group. Preferably selected from the group.

フルオレン環の9位の置換基としては、ヒドロキシル基;ニトロ基;アミノ基;アルキルアミノ基、例えばメチルアミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ;シアノ基;アルキルシアノ基、例えば、メチルシアノ、エチルシアノ、プロピルシアノ;ハロゲン原子、例えば、ヨウ素、臭素、塩素、フッ素;鎖状又は分枝状のアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシルが挙げられる。アルキル基が、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリール基により置換されていても良く、例としては、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ジフルオロエチル、メトキシエチル、エトキシエチル、ベンジル、フェネチル、クミル、ヒドロシンナミルが挙げられる。   The substituent at the 9-position of the fluorene ring includes hydroxyl group; nitro group; amino group; alkylamino group such as methylamino, ethylamino, dimethylamino; cyano group; alkylcyano group such as methylcyano, ethylcyano, propylcyano; Halogen atom such as iodine, bromine, chlorine, fluorine; chain or branched alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl It is done. The alkyl group may be substituted by a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, a cyano group, a halogen atom, an alkoxy group or an aryl group. Examples include chloromethyl, dichloromethyl, trichloromethyl, fluoromethyl, difluoromethyl. , Trifluoromethyl, difluoroethyl, methoxyethyl, ethoxyethyl, benzyl, phenethyl, cumyl, hydrocinnamyl.

フルオレン環の9位の置換基としてはさらに、シクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、シクロウンデシル、シクロドデシル;直鎖状又は分枝状のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシルオキシが挙げられる。   Substituents at the 9-position of the fluorene ring further include cycloalkyl groups such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, cyclodecyl, cycloundecyl, cyclododecyl; linear or branched -Like alkoxy groups such as methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy, heptyloxy, octyloxy, nonyloxy, decyloxy, undecyloxy, dodecyloxy.

フルオレン環の9位の置換基としてはさらに、アルケニル基、例えば、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキセジエニル基;アルキニル基、例えば、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル;芳香族基、例えば、フェニル、ナフチル、アントリル、フェナレニル、フェナントリル、ピレニル;複素環基、例えば、ピリジル、ピラジル、ピリミジル、ピロリル、インデニル、フリル、オキサゾリル、チアゾリル、チエニルが挙げられる。これらの基がヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基により置換されていても良く、例としては、スチリル、トリル、キシリル、メシチル、フルオロフェニル、フルオロメチルフェニル、メトキシフェニル、エトキシフェニル、メチルピリジル、メチルピラジルが挙げられる。   As the substituent at the 9-position of the fluorene ring, an alkenyl group such as ethenyl group, propenyl group, butenyl group, pentenyl group, hexenyl group, cyclopentenyl group, cyclohexenyl group, cyclohexedienyl group; alkynyl group such as Ethynyl, propynyl, butynyl, pentynyl, hexynyl; aromatic groups such as phenyl, naphthyl, anthryl, phenalenyl, phenanthryl, pyrenyl; heterocyclic groups such as pyridyl, pyrazyl, pyrimidyl, pyrrolyl, indenyl, furyl, oxazolyl, thiazolyl, Thienyl is mentioned. These groups may be substituted by hydroxyl group, nitro group, amino group, cyano group, halogen atom, alkyl group, alkoxy group. Examples include styryl, tolyl, xylyl, mesityl, fluorophenyl, fluoromethylphenyl. , Methoxyphenyl, ethoxyphenyl, methylpyridyl, methylpyrazyl.

フルオレン環の9位の置換基としてはさらに、カルボキシル基;アルキルカルボニル基、例えば、アセチル、エチルカルボニル、プロピルカルボニル、ブチルカルボニル、ペンチルカルボニル、ヘキシルカルボニル;アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル;アルキルカルボニルオキシ基、例えば、アセトキシ、エチルカルボニルオキシ、プロピルカルボニルオキシ、ブチルカルボニルオキシ、ペンチルカルボニルオキシ、ヘキシルカルボニルオキシ;エステル基、例えばメチルエステル、エチルエステル、フェニルエステル;カルバモイル基、例えば、メチルカルバモイル、エチルカルバモイル、フェニルカルバモイルが挙げられる。   As the substituent at the 9-position of the fluorene ring, a carboxyl group; an alkylcarbonyl group such as acetyl, ethylcarbonyl, propylcarbonyl, butylcarbonyl, pentylcarbonyl, hexylcarbonyl; an alkoxycarbonyl group such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, butoxycarbonyl, pentyloxycarbonyl, hexyloxycarbonyl; alkylcarbonyloxy groups such as acetoxy, ethylcarbonyloxy, propylcarbonyloxy, butylcarbonyloxy, pentylcarbonyloxy, hexylcarbonyloxy; ester groups such as methyl ester, Ethyl ester, phenyl ester; carbamoyl group such as methylcarbamoyl, ethylcarbamoyl, E carbamoylmethyl and the like.

フルオレン環の9位の置換基としては、アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、アルキルシアノ基、フェニル基、ハロゲン原子、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化フェニル基、アルキルフェニル基、及びアルキルハロゲン化フェニル基が好ましい。特に、9位の置換基がアルキル基又はフェニル基を有する置換基であると、ドーピングするアニオン、カチオンのドーピング反応、脱ドーピング反応がさらに速くなって出力特性が向上するので好ましい。前者としては9,9−ジメチルフルオレン、9,9−ジオクチルフルオレン等、後者としては9−メチル−9−フェニルフルオレン、9−メチル−9−ベンジルフルオレン、ベンザルフルオレン、ベンズヒドリリジンフルオレン等を挙げることができる。なかでも、分子の大きなカチオンをドーピング、脱ドーピングする場合は、炭素数が1〜8個のアルキル基が好ましい。   Examples of the substituent at the 9-position of the fluorene ring include an alkyl group, a carboxyl group, a nitro group, a cyano group, an alkylcyano group, a phenyl group, a halogen atom, a halogenated methyl group, a halogenated phenyl group, an alkylphenyl group, and an alkylhalogen. Preferred is a phenyl group. Particularly, it is preferable that the substituent at the 9-position is a substituent having an alkyl group or a phenyl group, since the doping reaction and dedoping reaction of the anion and cation to be doped are further accelerated and the output characteristics are improved. Examples of the former include 9,9-dimethylfluorene and 9,9-dioctylfluorene, and examples of the latter include 9-methyl-9-phenylfluorene, 9-methyl-9-benzylfluorene, benzalfluorene, and benzhydrylidinefluorene. be able to. Among these, when doping or dedoping a large molecular cation, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable.

フルオレン環はまた、9位以外の位置においても、鎖末端のフルオレン環におけるフルオレン環と結合していない2位又は7位の位置におけるハロゲン置換基に加えて、隣接するフルオレン環との結合に関与しない位置に置換基を有することができる。これらの位置における置換基も、上で9位の置換基に関して示した基の範囲内から選択することができる。   The fluorene ring is also involved in binding to the adjacent fluorene ring in addition to the halogen substituent at the 2- or 7-position not bonded to the fluorene ring at the chain-end fluorene ring at positions other than the 9-position. It can have a substituent at a position that does not. Substituents at these positions can also be selected from the range of groups shown above for the 9-position substituent.

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を構成するために、式III、式IVの反応において前駆体である精密重合ポリフルオレンとの反応に供せられるハロゲノベンゼン又は2−ハロゲノフルオレンは、精密重合ポリフルオレンとの反応に寄与するハロゲン置換基の他には置換基を有していないものでも良く、ハロゲン置換基が結合している位置以外の位置にハロゲン置換基以外の置換基を有するものであっても良い。   Halogenobenzene subjected to a reaction with a precisely polymerized polyfluorene which is a precursor in the reaction of formula III or formula IV in order to constitute a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer Alternatively, 2-halogenofluorene may have no substituent other than the halogen substituent that contributes to the reaction with the precisely polymerized polyfluorene, and may be substituted with a halogen at a position other than the position where the halogen substituent is bonded. It may have a substituent other than a group.

2−ハロゲノフルオレンの場合には、精密重合ポリフルオレンとの反応に関与するハロゲン置換基以外の置換基として、上で精密重合ポリフルオレンのフルオレン環の9位の置換基に関して示した基のうちハロゲンを除く基の範囲内から選択することができる。   In the case of 2-halogenofluorene, as a substituent other than the halogen substituent involved in the reaction with the precisely polymerized polyfluorene, among the groups shown above for the substituent at the 9-position of the fluorene ring of the precisely polymerized polyfluorene, It can be selected from the range of groups other than.

ハロゲノベンゼンの場合には、精密重合ポリフルオレンとの反応に関与するハロゲン置換基以外の置換基として、ヒドロキシル基;ニトロ基;アミノ基;アルキルアミノ基、例えばメチルアミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ;シアノ基;アルキルシアノ基、例えば、メチルシアノ、エチルシアノ、プロピルシアノ;鎖状又は分枝状のアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシルが挙げられる。アルキル基が、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アリール基により置換されていても良く、例としては、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ジフルオロエチル、メトキシエチル、エトキシエチル、ベンジル、フェネチル、クミル、ヒドロシンナミルが挙げられる。   In the case of halogenobenzene, as substituents other than halogen substituents involved in the reaction with precision polymerized polyfluorene, hydroxyl group; nitro group; amino group; alkylamino group such as methylamino, ethylamino, dimethylamino; cyano Group; alkyl cyano group such as methyl cyano, ethyl cyano, propyl cyano; chain or branched alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl and hexyl. The alkyl group may be substituted by a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, a cyano group, a halogen atom, an alkoxy group or an aryl group. Examples include chloromethyl, dichloromethyl, trichloromethyl, fluoromethyl, difluoromethyl. , Trifluoromethyl, difluoroethyl, methoxyethyl, ethoxyethyl, benzyl, phenethyl, cumyl, hydrocinnamyl.

ハロゲノベンゼンの置換基としてはさらに、シクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、;直鎖状又は分枝状のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシが挙げられる。   Substituents for halogenobenzene further include cycloalkyl groups such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl; linear or branched alkoxy groups such as methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy, hexyl. Oxy is mentioned.

ハロゲノベンゼンの置換基としてはさらに、アルケニル基、例えば、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキセジエニル基;アルキニル基、例えば、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル;芳香族基、例えば、フェニル、ナフチル、アントリル、フェナレニル、フェナントリル、ピレニル;アリールオキシ基、例えばフェノキシ;複素環基、例えば、ピリジル、ピラジル、ピリミジル、ピロリル、インデニル、フリル、オキサゾリル、チアゾリル、チエニルが挙げられる。これらの基がヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基により置換されていても良く、例としては、スチリル、トリル、キシリル、メシチル、フルオロフェニル、フルオロメチルフェニル、メトキシフェニル、エトキシフェニル、メチルピリジル、メチルピラジルが挙げられる。   Substituents for halogenobenzene further include alkenyl groups such as ethenyl, propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl, cyclohexedienyl; alkynyl such as ethynyl, propynyl , Butynyl, pentynyl, hexynyl; aromatic groups such as phenyl, naphthyl, anthryl, phenalenyl, phenanthryl, pyrenyl; aryloxy groups such as phenoxy; heterocyclic groups such as pyridyl, pyrazyl, pyrimidyl, pyrrolyl, indenyl, furyl, Examples include oxazolyl, thiazolyl, and thienyl. These groups may be substituted by hydroxyl group, nitro group, amino group, cyano group, halogen atom, alkyl group, alkoxy group. Examples include styryl, tolyl, xylyl, mesityl, fluorophenyl, fluoromethylphenyl. , Methoxyphenyl, ethoxyphenyl, methylpyridyl, methylpyrazyl.

ハロゲノベンゼンの置換基としてはさらに、ホルミル基;カルボキシル基;アルキルカルボニル基、例えば、アセチル、エチルカルボニル、プロピルカルボニル、ブチルカルボニル、ペンチルカルボニル、ヘキシルカルボニル;アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル;アルキルカルボニルオキシ基、例えば、アセトキシ、エチルカルボニルオキシ、プロピルカルボニルオキシ、ブチルカルボニルオキシ、ペンチルカルボニルオキシ、ヘキシルカルボニルオキシが挙げられる。   Examples of the substituent of halogenobenzene further include formyl group; carboxyl group; alkylcarbonyl group such as acetyl, ethylcarbonyl, propylcarbonyl, butylcarbonyl, pentylcarbonyl, hexylcarbonyl; alkoxycarbonyl group such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, butoxycarbonyl, pentyloxycarbonyl, hexyloxycarbonyl; alkylcarbonyloxy groups such as acetoxy, ethylcarbonyloxy, propylcarbonyloxy, butylcarbonyloxy, pentylcarbonyloxy, hexylcarbonyloxy.

ハロゲノベンゼンにおける精密重合ポリフルオレンとの反応に関与するハロゲン置換基以外の置換基としては、アルキル基、ニトロ基、アミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ホルミル基からなる群から選択されるのが好ましい。   Substituents other than halogen substituents involved in the reaction with precision polymerized polyfluorene in halogenobenzene are preferably selected from the group consisting of alkyl groups, nitro groups, amino groups, cyano groups, carboxyl groups, and formyl groups. .

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体には、ドーピング処理を施して導電性を付与することができる。ドーピング処理は、化学的ドーピング処理、電気化学的ドーピング処理のいずれの方法を採用しても良い。   The precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer can be subjected to a doping treatment to impart conductivity. As the doping process, either a chemical doping process or an electrochemical doping process may be employed.

化学的ドーピング処理のためのアクセプターとしては、Br、I、Cl等のハロゲン類、SO、BF、PF、AsF、SbF等のルイス酸、HNO、HSO、HClO、CFSOH、FSOH等のプロトン酸、FeCl、MoCl、WCl、SnCl、MoF等の遷移金属ハライド、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、クロラニル等の有機物質を使用することができ、ドナーとしては、Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属を使用することができる。 Acceptors for chemical doping treatment include halogens such as Br 2 , I 2 and Cl 2 , Lewis acids such as SO 3 , BF 3 , PF 5 , AsF 5 and SbF 5 , HNO 3 and H 2 SO 4. Protonic acids such as HClO 4 , CF 3 SO 3 H, FSO 3 H, transition metal halides such as FeCl 3 , MoCl 5 , WCl 5 , SnCl 4 , MoF 5 , tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, chloranil, etc. Organic materials such as Li, Na, K, and Cs can be used as donors.

電気化学的ドーピング処理のためのアクセプターとしては、BF 、PF 、AsF 、SbF 等のルイス酸、I、Br、Cl等のハロゲンアニオンなどを用いることができ、ドナーとしては、Li、Na、K、Cs等のアルカリ金属イオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン等のアルキルアンモニウムイオンなどを用いることができる。 As an acceptor for electrochemical doping treatment, Lewis acids such as BF 4 , PF 6 , AsF 6 and SbF 6 , and halogen anions such as I , Br and Cl can be used. As the donor, alkali metal ions such as Li + , Na + , K + , and Cs + , alkylammonium ions such as tetraethylammonium ions and tetrabutylammonium ions, and the like can be used.

ドーピング量に特に限定はないが、好ましくはフルオレンモノマー単位あたり5〜100モル%、より好ましくはフルオレンモノマー単位あたり20〜50モル%である。重合前の段階でドーピングしてから重合させても良いし、重合後にドーピングする方法を用いても良いし、あるいは電極形成後の充電によりドーピング処理を施しても良い。   The doping amount is not particularly limited, but is preferably 5 to 100 mol% per fluorene monomer unit, more preferably 20 to 50 mol% per fluorene monomer unit. Polymerization may be performed after doping in a stage before polymerization, a method of doping after polymerization may be used, or doping may be performed by charging after electrode formation.

これらのドーピング処理を施した正極活物質は、アニオンの脱ドーピングにより、放電反応、還元反応を生ずる。また、これらのドーピング処理を施した負極活物質は、カチオンの脱ドーピングにより、放電反応、酸化反応を生ずる。   The positive electrode active material subjected to these doping treatments undergoes a discharge reaction and a reduction reaction due to anodization of the anion. Further, the negative electrode active material subjected to these doping treatments causes a discharge reaction and an oxidation reaction due to cation dedoping.

また、前駆体の精密重合ポリフルオレンにおいて、アルキルスルフォン酸アニオン、アルキルホスホン酸アニオンのようなフルオレンと共有結合することができるアニオンをフルオレンと反応させ、重合することにより、本発明の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を、自己ドープ型の正極活物質とすることができ、前駆体の精密重合ポリフルオレンにおいて、3級アンモニウムカチオンのようなフルオレンと共有結合することができるカチオンをフルオレンと反応させ、重合することにより、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を自己ドープ型の負極活物質とすることができる。   In addition, in the precision polymerized polyfluorene precursor, an anion that can be covalently bonded to fluorene such as an alkyl sulfonate anion and an alkyl phosphonate anion is reacted with fluorene and polymerized, whereby the polymerized fluorene- A terminal phenylene polymer and / or a precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer can be used as a self-doped positive electrode active material, and in a precursor precision polymerized polyfluorene, a covalent bond with a fluorene such as a tertiary ammonium cation. By reacting a cation that can be reacted with fluorene and polymerizing it, the precisely polymerized fluorene-terminal phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminal fluorene polymer can be used as a self-doped negative electrode active material.

自己ドープ型の正極活物質は、電解液中のカチオンのドーピングにより、放電反応、還元反応を生ずる。また、自己ドープ型の負極活物質は、電解液中のアニオンのドーピングにより、放電反応、酸化反応を生ずる。自己ドープ型の正極活物質又は負極活物質を使用すると、電荷移動反応に同種、同量のカチオン又はアニオンが関与するため、電解液中のイオン濃度が一定に保たれ、従って電解液の伝導度が一定に保たれる。   The self-doped positive electrode active material causes a discharge reaction and a reduction reaction by doping of cations in the electrolytic solution. In addition, the self-doped negative electrode active material undergoes a discharge reaction and an oxidation reaction by doping anions in the electrolytic solution. When a self-doped positive electrode active material or negative electrode active material is used, the same type and amount of cations or anions are involved in the charge transfer reaction, so that the ion concentration in the electrolyte is kept constant, and therefore the conductivity of the electrolyte is constant. Is kept constant.

本発明の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体からなる電極活物質を含有する活物質層を集電体上に設けて、電気化学素子用の電極を形成することができる。   An electrode for an electrochemical device is formed by providing an active material layer containing an electrode active material composed of the precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer of the present invention on a current collector. can do.

集電体としては、白金、金、ニッケル、アルミニウム、チタン、鋼、カーボン等の導電材料を使用することができる。集電体の形状は、膜状、箔状、板状、網状、エキスパンドメタル状、円筒状等の任意の形状を採用することができる。   As the current collector, a conductive material such as platinum, gold, nickel, aluminum, titanium, steel, or carbon can be used. As the shape of the current collector, any shape such as a film shape, a foil shape, a plate shape, a net shape, an expanded metal shape, and a cylindrical shape can be adopted.

活物質層は、上述の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体をクロロホルム、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、イソプロピルアルコール等の溶媒に溶解し、得られた溶液を集電体上に塗布し、乾燥することにより形成しても良い。このようにして形成した膜状の活物質層は、高容量を有する上に、薄く均一で電極の抵抗が低減するため、放電の際のIRドロップが低減して電極の電圧を高く保つことができる。また、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を形成するためのコモノマーの溶液に集電体を挿入し、集電体の上で重合させて活物質層を形成しても良い。   The active material layer is prepared by dissolving the above-mentioned precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer in a solvent such as chloroform, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, isopropyl alcohol and the like. You may form by apply | coating on a collector and drying. The film-shaped active material layer thus formed has a high capacity, is thin and uniform, and reduces the resistance of the electrode. Therefore, the IR drop during discharge can be reduced and the voltage of the electrode can be kept high. it can. In addition, a current collector is inserted into a solution of a comonomer for forming a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer, and the active material layer is polymerized on the current collector. It may be formed.

また、上述の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体にバインダ及び導電材を混合した混合材料を用いて活物質層を形成しても良い。   Further, the active material layer may be formed using a mixed material obtained by mixing a binder and a conductive material with the above-described precision polymerized fluorene-terminal phenylene polymer and / or precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer.

バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニル、カルボキシメチルセルロース等の公知のバインダを使用することができる。バインダの含有量は、活物質層の総量に対して1〜20質量%であるのが好ましい。1質量%以下であると活物質層の強度が十分でなく、20質量%以上であると容量などの電気化学的特性が不十分になる。   As the binder, known binders such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl fluoride, and carboxymethyl cellulose can be used. The content of the binder is preferably 1 to 20% by mass with respect to the total amount of the active material layer. When it is 1% by mass or less, the strength of the active material layer is not sufficient, and when it is 20% by mass or more, electrochemical characteristics such as capacity are insufficient.

導電材としては、カーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、ニッケル及び鉄等の金属粉、ITO等の導電性酸化物、などの公知の導電材を含むこともできる。これらの導電材の含有量は、活物質層の総量に対して1〜20質量%であるのが好ましい。1質量%以下であると活物質層の導電性が十分でなく、20質量%以上であると容量などの電気化学的特性が不十分になる。   The conductive material may include known conductive materials such as carbon materials such as carbon black, natural graphite and artificial graphite, metal powders such as nickel and iron, and conductive oxides such as ITO. The content of these conductive materials is preferably 1 to 20% by mass with respect to the total amount of the active material layer. When the content is 1% by mass or less, the conductivity of the active material layer is insufficient, and when the content is 20% by mass or more, electrochemical characteristics such as capacity are insufficient.

活物質層にはさらに、必要に応じて他の添加物質を混合しても良い。例えば、他の電極活物質、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセン等の電子伝導性高分子を含むことができる。他の添加物質の量は、活物質層の総量に対して20質量%以下の量であるのが好ましい。20質量%以上であると、容量などの電気化学的特性が不十分になる。   Other active materials may be further mixed in the active material layer as necessary. For example, other electrode active materials, for example, electron conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, and polyacene can be included. The amount of the other additive material is preferably 20% by mass or less based on the total amount of the active material layer. When it is 20% by mass or more, electrochemical characteristics such as capacity become insufficient.

上記混合材料を用いた電極は、バインダを溶解したワニスに本発明の電極活物質、導電材、及び場合により他の添加物質を分散させ、得られた分散液をドクターブレード法などによって集電体上に塗工し、乾燥することにより作成することもできる。また、得られた混合材料を網状の集電体で挟み、電極としても良い。   The electrode using the above-mentioned mixed material is obtained by dispersing the electrode active material of the present invention, a conductive material, and optionally other additive substances in a varnish in which a binder is dissolved, and collecting the obtained dispersion by a doctor blade method or the like. It can also be created by coating on top and drying. Alternatively, the obtained mixed material may be sandwiched between a net-like current collector to form an electrode.

好ましい形態では、活物質層に精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとが含まれる。カーボンナノチューブとしては、アーク放電法、レーザー蒸発法、化学気相成長(CVD)法等により得られたカーボンナノチューブを使用することができ、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブの双方を使用することができ、これらを混合して使用しても良い。カーボンナノチューブは、電気伝導度が高いため、活物質と複合化させると、高い電気伝導度の複合体を得ることができる。また、外表面積が大きいため、活物質との接触面が広くなり、高効率で導電性を付与することが可能となる。さらに、カーボンナノチューブ自体も電解質溶液との接触において容量を有する。したがって、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとの併用により、高容量特性、高電圧特性、長寿命特性を有する上に、低インピーダンス特性を有する電極が得られる。   In a preferred form, the active material layer includes a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer and a carbon nanotube. As carbon nanotubes, carbon nanotubes obtained by arc discharge method, laser evaporation method, chemical vapor deposition (CVD) method, etc. can be used, and both single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes can be used. These may be used in combination. Since carbon nanotubes have a high electrical conductivity, a composite with a high electrical conductivity can be obtained by compounding with an active material. In addition, since the outer surface area is large, the contact surface with the active material is widened, and conductivity can be imparted with high efficiency. Furthermore, the carbon nanotubes themselves have a capacity in contact with the electrolyte solution. Therefore, by using the precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer in combination with carbon nanotubes, it has high capacity characteristics, high voltage characteristics, long life characteristics and low impedance characteristics. An electrode is obtained.

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとを混合して活物質層を形成することができる。このとき、必要に応じて分散媒を用いて両者を混合した後乾燥させて活物質層を形成しても良い。しかしながら、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体をカーボンナノチューブに担持して活物質層を形成するのが特に好ましい。担持は、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体をクロロホルム、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン、イソプロピルアルコール等の溶媒に溶解した溶液にカーボンナノチューブを浸漬し、所定時間経過後に濾過してカーボンナノチューブを回収し、乾燥することにより行うことができる。乾燥後に、カーボンナノチューブの表面に精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の膜が形成される。この膜は高容量を有する上に、薄く均一で低抵抗であり、またカーボンナノチューブと精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の膜との密着性が良好で接触抵抗が小さいため、放電の際のIRドロップがさらに低減し、電極の電圧をさらに高く保つことができる。   An active material layer can be formed by mixing a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer and a carbon nanotube. At this time, if necessary, the active material layer may be formed by mixing both using a dispersion medium and then drying. However, it is particularly preferable to form an active material layer by supporting a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer on a carbon nanotube. The carbon nanotubes are immersed in a solution prepared by dissolving a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer in a solvent such as chloroform, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, isopropyl alcohol, and the like for a predetermined time. After the elapse of time, the carbon nanotubes can be collected by filtration and dried. After drying, a film of a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer is formed on the surface of the carbon nanotube. This film has a high capacity, is thin, uniform and has low resistance, and has good adhesion between the carbon nanotube and the film of the precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer. Since the contact resistance is small, the IR drop during discharge is further reduced, and the voltage of the electrode can be kept higher.

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとの質量比は、一般には9:1〜1:9の範囲であり、好適には8:2〜2:8の範囲である。この範囲を超えると、電気化学的特性が不十分になる。   The mass ratio between the precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer and the carbon nanotube is generally in the range of 9: 1 to 1: 9, preferably 8: 2-2. : 8 range. Beyond this range, the electrochemical properties become insufficient.

精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体とカーボンナノチューブとを含む活物質層をシート状等の所定形状に成形した後、得られた成形体と集電体とを接合して電極を得ることができる。例えば、得られた成形体を集電体上に圧着することにより、電極を得ることができる。このときも、必要に応じてバインダ等を添加しても良い。   After molding an active material layer containing a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer and a carbon nanotube into a predetermined shape such as a sheet, the obtained molded product and a current collector, Can be joined to obtain an electrode. For example, an electrode can be obtained by pressure-bonding the obtained molded body on a current collector. Also at this time, a binder or the like may be added as necessary.

本発明の電極は、1対の電極と、電極間に配置されるセパレータと、電解質溶液とを有する電気化学素子において好適に使用することができる。   The electrode of the present invention can be suitably used in an electrochemical device having a pair of electrodes, a separator disposed between the electrodes, and an electrolyte solution.

電気化学素子に使用されるセパレータとしては、例えばポリオレフィン繊維不織布、ガラス繊維不織布等が好適に使用される。電解液としては、非水系電解液と水系電解液とがあり、用途に応じて適宜選択される。   As a separator used for an electrochemical element, a polyolefin fiber nonwoven fabric, a glass fiber nonwoven fabric, etc. are used suitably, for example. There are a nonaqueous electrolytic solution and an aqueous electrolytic solution as the electrolytic solution, and they are appropriately selected according to the application.

非水系電解液の溶媒としては、電気化学的に安定なエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル及びジメトキシエタン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド又はこれらの混合物を好適に使用することができる。   As the solvent for the non-aqueous electrolyte, electrochemically stable ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, sulfolane, 3-methyl sulfolane, γ-butyrolactone, acetonitrile, and dimethoxyethane, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide or a mixture thereof can be preferably used.

非水系電解液の溶質としては、有機電解液に溶解したときにリチウムイオンを生成する塩を特に限定なく使用することができる。例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiN(CFSO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiN(SO、LiAsF、LiSbF、又はこれらの混合物を好適に使用することができる。非水系電解液の溶質としてさらに、第4級アンモニウムカチオン又は第4級ホスホニウムカチオンを有する第4級アンモニウム塩又は第4級ホスホニウム塩を使用することができる。例えば、R又はRで表されるカチオン(ただし、R、R、R、Rは炭素数1〜6のアルキル基を表す)と、PF 、BF 、ClO 、N(CFSO 、CFSO 、C(SOCF 、N(SO 、AsF 又はSbF からなるアニオンとからなる塩、又はこれらの混合物を好適に使用することができる。特に、アニオンとしてPF 、BF 、ClO 、N(CFSO を使用した塩が溶質として好ましい。 As a solute of the nonaqueous electrolytic solution, a salt that generates lithium ions when dissolved in an organic electrolytic solution can be used without any particular limitation. For example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiAsF 6, LiSbF 6 Or a mixture thereof can be preferably used. Further, a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt having a quaternary ammonium cation or a quaternary phosphonium cation can be used as a solute of the nonaqueous electrolytic solution. For example, a cation represented by R 1 R 2 R 3 R 4 N + or R 1 R 2 R 3 R 4 P + (where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are alkyl having 1 to 6 carbon atoms) Group), PF 6 , BF 4 , ClO 4 , N (CF 3 SO 3 ) 2 , CF 3 SO 3 , C (SO 2 CF 3 ) 3 , N (SO 2 C 2 A salt composed of an anion composed of F 5 ) 2 , AsF 6 or SbF 6 , or a mixture thereof can be suitably used. In particular, a salt using PF 6 , BF 4 , ClO 4 or N (CF 3 SO 3 ) 2 as the anion is preferable as the solute.

酸性又は中性又はアルカリ性の水系電解液における溶質のカチオンとしては、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属のカチオン、又はプロトンを挙げることができる。水系電解液における溶質のアニオンとしては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、テトラフルオロ硼酸、六フッ化リン酸、六フッ化ケイ酸等の無機酸のアニオン、飽和モノカルボン酸、脂肪族カルボン酸、オキシカルボン酸、p−トルエンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ラウリン酸等の有機酸のアニオンを挙げることができる。   Examples of the solute cations in the acidic, neutral or alkaline aqueous electrolyte include cations of alkali metals such as sodium and potassium, and protons. Solute anions in aqueous electrolytes include anions of inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorophosphoric acid, hexafluorosilicic acid, saturated monocarboxylic acids, aliphatic carboxylic acids And anions of organic acids such as oxycarboxylic acid, p-toluenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid and lauric acid.

本発明の電極は、電気化学素子における1対の電極のうちの少なくとも一方として、好適に使用することができる。精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体は、精密重合ポリフルオレンと同様に高電圧特性、高容量特性を有する上に、長寿命特性を有する。したがって、本発明の電極をあらゆる電気化学素子の電極として使用することにより、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有する上に寿命特性が良好な電気化学素子が得られる。以下、電気化学素子が二次電池、電気二重層キャパシタ、電気化学キャパシタである場合のそれぞれについて説明する。   The electrode of the present invention can be suitably used as at least one of a pair of electrodes in an electrochemical device. The precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or the precisely polymerized fluorene-terminated fluorene polymer has high voltage characteristics and high capacity characteristics as well as the precisely polymerized polyfluorene, and also has long life characteristics. Therefore, by using the electrode of the present invention as an electrode of any electrochemical device, an electrochemical device having a high operating voltage, a high capacity, a high energy density and good life characteristics can be obtained. Hereinafter, each case where the electrochemical element is a secondary battery, an electric double layer capacitor, or an electrochemical capacitor will be described.

(二次電池)
リチウム二次電池の場合は、電解液としてリチウム塩を溶質とした非水系電解液を用いる。そして、正極として本発明の電極を、負極として従来のリチウム金属又は天然黒鉛、人造黒鉛、石油コークス等のリチウムイオンを吸蔵、放出する電極活物質を使用した電極を用いる。電極活物質として自己ドープ型の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を用いた本発明の正極では、充放電反応に関与するのが同量のリチウムカチオンであるので、電解液のイオン濃度が一定に保たれ、電解液の伝導度を一定に保つことができる。
(Secondary battery)
In the case of a lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte solution having a lithium salt as a solute is used as the electrolyte solution. Then, the electrode of the present invention is used as the positive electrode, and an electrode using an electrode active material that occludes and releases lithium ions such as conventional lithium metal or natural graphite, artificial graphite, and petroleum coke is used as the negative electrode. In the positive electrode of the present invention using a self-doped precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or a precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer as an electrode active material, the same amount of lithium cation is involved in the charge / discharge reaction. As a result, the ion concentration of the electrolytic solution can be kept constant, and the conductivity of the electrolytic solution can be kept constant.

この構成のリチウム二次電池は、本発明の正極がp−ドーピングの酸化還元電位が高い状態で作動し、さらに非水系電解液の電気分解電圧が高いために作動電圧を高くすることができるため、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有し、その上寿命特性が良好である。   In the lithium secondary battery having this configuration, the positive electrode of the present invention operates with a high p-doping redox potential, and the electrolysis voltage of the non-aqueous electrolyte is high, so that the operating voltage can be increased. High operating voltage, high capacity, high energy density, and good life characteristics.

また、負極に本発明の電極活物質を使用し、正極に従来のコバルト酸リチウム等の層状化合物又はポリアニリン、ポリフェニレン等の導電性高分子を電極活物質として使用すると、リチウムイオンのインターカレーションがないため、出力特性、サイクル特性が向上し、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有する上に、寿命特性が良好なリチウム二次電池が得られる。   Further, when the electrode active material of the present invention is used for the negative electrode and a conventional layered compound such as lithium cobaltate or a conductive polymer such as polyaniline or polyphenylene is used as the electrode active material for the positive electrode, lithium ion intercalation is caused. Therefore, a lithium secondary battery with improved output characteristics and cycle characteristics, high operating voltage, high capacity, high energy density, and good life characteristics can be obtained.

プロトン電池を形成する場合は、電解液としてプロトンを有する酸水溶液を用いる。そして、正極として本発明の電極を用い、負極としてキノキサリン系ポリマー等の公知のプロトン電池における負極を用いる。この構成のプロトン電池は、酸水溶液からなる電解液を用いているので充放電特性が良好であり、エネルギー密度が高く、本発明の正極がp−ドーピングの酸化還元電位が高い状態で作動し、水系電解液を用いた電池における最高作動電圧である1.2Vを示す。   In the case of forming a proton battery, an acid aqueous solution having protons is used as an electrolytic solution. And the electrode of this invention is used as a positive electrode, and the negative electrode in well-known proton batteries, such as a quinoxaline type polymer, is used as a negative electrode. The proton battery of this configuration uses an electrolytic solution made of an acid aqueous solution, has good charge / discharge characteristics, high energy density, and the positive electrode of the present invention operates with a high p-doping redox potential, A maximum operating voltage of 1.2 V in a battery using an aqueous electrolyte is shown.

(電気二重層キャパシタ)
電気二重層キャパシタの電解液としては、上述の非水系電解液及び水系電解液のすべてを用いることができる。非水系電解液を使用した電気二重層キャパシタでは、正極又は負極として本発明の電極を使用し、他方の電極に、活性炭、炭素繊維、フェノール樹脂炭化物、塩化ビニリデン樹脂炭化物、微結晶炭素等の電気二重層容量を有する電極を使用する。本発明の正極がp−ドーピングの酸化還元電位が高い状態で作動し、高容量を有し、さらに非水系電解液の電気分解電圧が高いために作動電圧を高くすることができるため、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有する上に寿命特性の良好な電気二重層キャパシタが得られる。
(Electric double layer capacitor)
As the electrolytic solution for the electric double layer capacitor, any of the above-mentioned non-aqueous electrolytic solution and aqueous electrolytic solution can be used. In an electric double layer capacitor using a non-aqueous electrolyte, the electrode of the present invention is used as a positive electrode or a negative electrode, and the other electrode is an electric material such as activated carbon, carbon fiber, phenol resin carbide, vinylidene chloride resin carbide, microcrystalline carbon, etc. An electrode having a double layer capacity is used. Since the positive electrode of the present invention operates in a state where the redox potential of p-doping is high, has a high capacity, and the electrolysis voltage of the non-aqueous electrolyte is high, the operating voltage can be increased. Thus, an electric double layer capacitor having a high capacity, a high energy density and good life characteristics can be obtained.

また、水系電解液を使用した電気二重層キャパシタでは、正極として本発明の電極を使用し、他方の電極に、活性炭、炭素繊維、フェノール樹脂炭化物、塩化ビニリデン樹脂炭化物、微結晶炭素等の電気二重層容量を有する電極を使用する。この構成の電気二重層キャパシタは、酸性、中性、アルカリ性の電解液を用いることができ、充放電特性が良好であり、エネルギー密度が高く、本発明の正極がp−ドーピングの酸化還元電位が高い状態で作動し、水系電解液を用いた電気二重層キャパシタにおける最高作動電圧である1.2Vを示す。   In addition, in an electric double layer capacitor using an aqueous electrolyte, the electrode of the present invention is used as a positive electrode, and the other electrode is made of an electric two-layer such as activated carbon, carbon fiber, phenol resin carbide, vinylidene chloride resin carbide, and microcrystalline carbon. An electrode having a multilayer capacity is used. The electric double layer capacitor of this configuration can use acidic, neutral and alkaline electrolytes, has good charge / discharge characteristics, high energy density, and the positive electrode of the present invention has a p-doping redox potential. It operates at a high state and shows a maximum operating voltage of 1.2 V in an electric double layer capacitor using an aqueous electrolyte.

(電気化学キャパシタ)
電気化学キャパシタの電解液としては、第4級アンモニウム塩又は第4級ホスホニウム塩を溶質とした非水系電解液が用いられる。そして、正極として本発明の電極を用い、負極として酸化還元反応特性を有するポリアセチレン、ポリアセン、ポリフェニレン等の従来の導電性高分子を電極活物質とした電極を用いることができる。この構成の電気化学キャパシタは、本発明の正極が高容量を有する上にp−ドーピングの酸化還元電位が高い状態で作動するので、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有し、その上寿命特性が良好である。
(Electrochemical capacitor)
As an electrolytic solution for the electrochemical capacitor, a nonaqueous electrolytic solution having a quaternary ammonium salt or a quaternary phosphonium salt as a solute is used. Then, the electrode of the present invention can be used as the positive electrode, and an electrode using a conventional conductive polymer such as polyacetylene, polyacene, or polyphenylene having redox reaction characteristics as the negative electrode can be used as the electrode active material. The electrochemical capacitor having this structure operates in a state where the positive electrode of the present invention has a high capacity and a high p-doping oxidation-reduction potential, so that the operating voltage is high, the capacity is high, and the energy density is high. Good long life characteristics.

また、正極として酸化還元反応特性を有するポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン等の従来の導電性高分子又は酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化ニッケル等の金属酸化物を電極活物質とした電極を用い、負極として本発明の電極を用いることもできる。この構成の電気化学キャパシタは、本発明の負極が高容量でn−ドーピングの酸化還元電位が低い状態で作動するので、作動電圧が高く、高容量で高エネルギー密度を有する上に、寿命特性が良好である。   In addition, a conventional conductive polymer such as polyaniline, polyacetylene and polyphenylene having redox reaction characteristics or an electrode using a metal oxide such as ruthenium oxide, manganese oxide and nickel oxide as an electrode active material is used as a positive electrode, and this electrode is used as a negative electrode. The electrode of the invention can also be used. The electrochemical capacitor having this configuration operates in a state where the negative electrode of the present invention has a high capacity and a low n-doping oxidation-reduction potential, so that the operating voltage is high, the capacity is high, the energy density is high, and the life characteristics are high. It is good.

さらに、電気化学キャパシタにおける1対の電極の両方に本発明の電極を用いると、負極のn−ドーピングの酸化還元電位が低く、正極のp−ドーピングの酸化還元電位が高く、高容量特性を有するので、従来にない高い作動電圧、高容量、高エネルギー密度を有し、且つ寿命特性の良好な電気化学キャパシタが得られる。また、自己ドープ型の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体及び/又は精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体を用いた場合には、同種、同量のイオンが反応に関与するので、電解液中のイオン濃度が一定に保たれて電解液の伝導度が一定に保たれる。   Further, when the electrode of the present invention is used for both of a pair of electrodes in an electrochemical capacitor, the negative electrode has a low n-doping oxidation-reduction potential, the positive electrode has a high p-doping oxidation-reduction potential, and has high capacity characteristics. Therefore, an electrochemical capacitor having an unprecedented high operating voltage, high capacity, high energy density and good life characteristics can be obtained. In addition, when using self-doped precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer and / or precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer, the same type and amount of ions are involved in the reaction. The concentration is kept constant and the conductivity of the electrolyte is kept constant.

以下に、本発明の実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されない。   Examples of the present invention are shown below, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
1−1 精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体の合成
2.2mLのジメチルホルムアミドに1mmolの2,7−ジブロモフルオレン、1mmolのブロモベンゼン、0.05mmolのNiCl、3.1mmolのZn、0.1mmolのトリフェニルホスフィン、0.05mmolの2,2−ビピリジンを加え、80℃で20時間攪拌し、生成物を得た。生成物をろ過、洗浄し、以下の式Vで表わされる黄色粉末の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体を得た。

Figure 2010239097
Example 1
1-1 Synthesis of precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer 2.2 mL of dimethylformamide with 1 mmol of 2,7-dibromofluorene, 1 mmol of bromobenzene, 0.05 mmol of NiCl 2 , 3.1 mmol of Zn, 0.1 mmol Of triphenylphosphine and 0.05 mmol of 2,2-bipyridine were added and stirred at 80 ° C. for 20 hours to obtain a product. The product was filtered and washed to obtain a yellow powder precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer represented by the following formula V.
Figure 2010239097

1−2 精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極の作製
50mLのイソプロピルアルコールに20mgの精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体粉末と10mgのカーボンナノチューブ粉末(比表面積:200m/g)を加え、機械的攪拌により分散液を得た。その分散液をろ過し、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体がカーボンナノチューブに担持された精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体のシートを得た。シートを約2cmにカットし、同サイズのアルミニウム集電体に圧着することにより、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を得た。
1-2 Preparation of Precision Polymerized Fluorene-Terminated Phenylene Polymer / Carbon Nanotube Composite Electrode 20 mg of precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer powder and 10 mg of carbon nanotube powder (specific surface area: 200 m 2 / g) in 50 mL of isopropyl alcohol And a dispersion was obtained by mechanical stirring. The dispersion was filtered to obtain a sheet of a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite in which a precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer was supported on carbon nanotubes. The sheet was cut to about 2 cm 2 and crimped to an aluminum current collector of the same size to obtain a precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode.

1−3 精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極の容量密度評価
作用極に精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を用い、対極に活性炭シート、参照極に銀−銀イオン電極を用いて、三極式セルにてサイクリックボルタモグラムを測定することで容量密度を測定した。電解液には1Mテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。電位範囲は−2Vから+1Vまで、電位走査速度は5mVs−1とした。
1-3 Evaluation of capacity density of precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode Using precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode as working electrode, activated carbon sheet as counter electrode, and silver as reference electrode -Capacity density was measured by measuring a cyclic voltammogram in a triode cell using a silver ion electrode. As the electrolytic solution, propylene carbonate in which 1M tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved was used. The potential range was −2 V to +1 V, and the potential scanning speed was 5 mVs −1 .

実施例2
2−1 精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体の合成
2.2mLのジメチルホルムアミドに1mmolの2,7−ジブロモフルオレン、1mmolの2−ブロモフルオレン、0.05mmolのNiCl、3.1mmolのZn、0.1mmolのトリフェニルホスフィン、0.05mmolの2,2−ビピリジンを加え、80℃で20時間攪拌し、生成物を得た。生成物をろ過、洗浄し、以下の式VIで表わされる黄色粉末の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体を得た。

Figure 2010239097
Example 2
2-1 Synthesis of precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer 2.2 mL of dimethylformamide with 1 mmol of 2,7-dibromofluorene, 1 mmol of 2-bromofluorene, 0.05 mmol of NiCl 2 , 3.1 mmol of Zn, 0 0.1 mmol of triphenylphosphine and 0.05 mmol of 2,2-bipyridine were added and stirred at 80 ° C. for 20 hours to obtain a product. The product was filtered and washed to obtain a precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer of yellow powder represented by the following formula VI.
Figure 2010239097

2−2 精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極の作製
50mLのイソプロピルアルコールに20mgの精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体粉末と10mgのカーボンナノチューブ粉末(比表面積:200m/g)を加え、機械的攪拌により分散液を得た。その分散液をろ過し、精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体がカーボンナノチューブに担持された精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体のシートを得た。シートを約2cmにカットし、同サイズのアルミニウム集電体に圧着することにより、精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を得た。
2-2 Preparation of precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer / carbon nanotube composite electrode 20 mg of precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer powder and 10 mg of carbon nanotube powder (specific surface area: 200 m 2 / g) in 50 mL of isopropyl alcohol And a dispersion was obtained by mechanical stirring. The dispersion was filtered to obtain a sheet of a precisely polymerized fluorene-terminal fluorene polymer / carbon nanotube composite in which the precisely polymerized fluorene-terminal fluorene polymer was supported on carbon nanotubes. The sheet was cut to about 2 cm 2 and crimped to an aluminum current collector of the same size to obtain a precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer / carbon nanotube composite electrode.

2−3 精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極の容量密度評価
作用極に精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を用い、対極に活性炭シート、参照極に銀−銀イオン電極を用いて、三極式セルにてサイクリックボルタモグラムを測定することで容量密度を測定した。電解液には1Mテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。電位範囲は−2Vから+1Vまで、電位走査速度は5mVs−1とした。
2-3 Capacity Density Evaluation of Precision Polymerized Fluorene-Terminal Fluorene Polymer / Carbon Nanotube Composite Electrode Using a precision polymerized fluorene-terminal fluorene polymer / carbon nanotube composite electrode as the working electrode, activated carbon sheet as the counter electrode, and silver as the reference electrode -Capacity density was measured by measuring a cyclic voltammogram in a triode cell using a silver ion electrode. As the electrolytic solution, propylene carbonate in which 1M tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved was used. The potential range was −2 V to +1 V, and the potential scanning speed was 5 mVs −1 .

比較例1
1−1 バルク重合ポリフルオレンの合成
10mmolのフルオレンモノマーを溶解したアセトニトリルに10mmolのFeClを加え、室温で72時間攪拌し、ろ過、乾燥(60℃真空乾燥24時間)することにより、以下の式VIIで表わされる黄褐色粉末のバルク重合ポリフルオレン粉末を得た。

Figure 2010239097
Comparative Example 1
1-1 Synthesis of Bulk Polymerized Polyfluorene 10 mmol of FeCl 3 was added to acetonitrile in which 10 mmol of fluorene monomer was dissolved, stirred at room temperature for 72 hours, filtered and dried (60 ° C. vacuum drying for 24 hours) to obtain the following formula. A bulk polymerized polyfluorene powder represented by VII was obtained.
Figure 2010239097

1−2 バルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極の作製
50mLのイソプロピルアルコールに20mgのバルク重合ポリフルオレン粉末と10mgのカーボンナノチューブ粉末(比表面積:200m/g)を加え、機械的攪拌により分散液を得た。その分散液をろ過し、バルク重合ポリフルオレンがカーボンナノチューブに担持されたバルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体のシートを得た。シートを約2cmにカットし、同サイズのアルミニウム集電体に圧着することにより、バルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を得た。
1-2 Production of Bulk Polymerized Polyfluorene / Carbon Nanotube Composite Electrode Add 50 mg of bulk polymerized polyfluorene powder and 10 mg of carbon nanotube powder (specific surface area: 200 m 2 / g) to 50 mL of isopropyl alcohol, and disperse by mechanical stirring. A liquid was obtained. The dispersion was filtered to obtain a bulk polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite sheet in which bulk polymerized polyfluorene was supported on carbon nanotubes. The sheet was cut to about 2 cm 2 and pressed onto an aluminum current collector of the same size to obtain a bulk polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode.

1−3 バルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極の容量密度評価
作用極にバルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を用い、対極に活性炭シート、参照極に銀−銀イオン電極を用いて、三極式セルにてサイクリックボルタモグラムを測定した。電解液には1Mテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。電位範囲は−2Vから+1Vまで、電位走査速度は5mVs−1とした。
1-3 Capacity Density Evaluation of Bulk Polymerized Polyfluorene / Carbon Nanotube Composite Electrode Using Bulk Polymerized Polyfluorene / Carbon Nanotube Composite Electrode for Working Electrode, Activated Carbon Sheet for Counter Electrode, and Silver-Silver Ion Electrode for Reference Electrode, Cyclic voltammograms were measured with a triode cell. As the electrolytic solution, propylene carbonate in which 1M tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved was used. The potential range was −2 V to +1 V, and the potential scanning speed was 5 mVs −1 .

比較例2
2−1 精密重合ポリフルオレンの合成
1.2mLのジメチルホルムアミドに1mmolの2,7−ジブロモフルオレン、0.05mmolのNiCl、3.1mmolのZn、0.1mmolのトリフェニルホスフィン、0.05mmolの2,2−ビピリジンを加え、80℃で20時間攪拌し、生成物を得た。生成物をろ過、洗浄し、以下の式VIIIで表わされる黄色粉末の精密重合ポリフルオレンを得た。

Figure 2010239097
Comparative Example 2
2-1 Synthesis of precision polymerized polyfluorene 1 mmol 2,7-dibromofluorene, 0.05 mmol NiCl 2 , 3.1 mmol Zn, 0.1 mmol triphenylphosphine, 0.05 mmol in 1.2 mL dimethylformamide 2,2-Bipyridine was added and stirred at 80 ° C. for 20 hours to obtain the product. The product was filtered and washed to obtain a yellow powder precision polymerized polyfluorene represented by the following formula VIII.
Figure 2010239097

2−2 精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極の作製
50mLのイソプロピルアルコールに20mgの精密重合ポリフルオレン粉末と10mgのカーボンナノチューブ粉末(比表面積:200m/g)を加え、機械的攪拌により分散液を得た。その分散液をろ過し、精密重合ポリフルオレンがカーボンナノチューブに担持された精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体のシートを得た。シートを約2cmにカットし、同サイズのアルミニウム集電体に圧着することにより、精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を得た。
2-2 Production of precision polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode Add 50 mg of polymerized polyfluorene powder and 10 mg of carbon nanotube powder (specific surface area: 200 m 2 / g) to 50 mL of isopropyl alcohol, and disperse by mechanical stirring. A liquid was obtained. The dispersion was filtered to obtain a sheet of a precisely polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite in which precisely polymerized polyfluorene was supported on carbon nanotubes. The sheet was cut to about 2 cm 2 and pressed onto an aluminum current collector of the same size to obtain a precisely polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode.

2−3 精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極の容量密度評価
作用極に精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を用い、対極に活性炭シート、参照極に銀−銀イオン電極を用いて、三極式セルにてサイクリックボルタモグラムを測定した。電解液には1Mテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。電位範囲は−2Vから+1Vまで、電位走査速度は5mVs−1とした。
2-3 Capacity Density Evaluation of Precision Polymerized Polyfluorene / Carbon Nanotube Composite Electrode Using a precision polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode as a working electrode, an activated carbon sheet as a counter electrode, and a silver-silver ion electrode as a reference electrode, Cyclic voltammograms were measured with a triode cell. As the electrolytic solution, propylene carbonate in which 1M tetraethylammonium tetrafluoroborate was dissolved was used. The potential range was −2 V to +1 V, and the potential scanning speed was 5 mVs −1 .

表1に、実施例1,2および比較例1,2の容量密度を示す。

Figure 2010239097
Table 1 shows the capacity densities of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
Figure 2010239097

表1から明らかなように、実施例の精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極および精密重合フルオレン−末端フルオレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極は、比較例1のバルク重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極に比較して、約2.3倍の積分容量を有している。また、比較例2の精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極とほぼ同等な高い積分容量を有している。   As is clear from Table 1, the precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode and the precision polymerized fluorene-terminated fluorene polymer / carbon nanotube composite electrode of the examples were the bulk polymerized polyfluorene of Comparative Example 1. / The integration capacity is about 2.3 times that of the carbon nanotube composite electrode. Further, it has a high integration capacity almost equal to that of the precision polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode of Comparative Example 2.

電気二重層キャパシタセルの作製と寿命評価
実施例3
実施例1で作製した精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を正極とし、カーボンナノチューブ電極を負極とし、電解液には1.5Mトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したスルホランを用いてラミネートセルを作製した。セルのエネルギー密度評価及びセルの電圧負荷試験を行った。電圧は3.2V、温度は40℃とした。
Example 3 Production and Life Evaluation of Electric Double Layer Capacitor Cell
The precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode prepared in Example 1 was used as a positive electrode, the carbon nanotube electrode was used as a negative electrode, and sulfolane in which 1.5M triethylmethylammonium tetrafluoroborate was dissolved was used as an electrolyte. Thus, a laminate cell was produced. Cell energy density evaluation and cell voltage load test were performed. The voltage was 3.2 V and the temperature was 40 ° C.

比較例3
比較例2で作製した精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を正極とし、カーボンナノチューブ電極を負極をし、電解液には1.5Mトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したスルホランを用いてテストキャパシタセルを作製した。実施例3と同様な評価を行った。
Comparative Example 3
A test capacitor using a precisely polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode prepared in Comparative Example 2 as a positive electrode, a carbon nanotube electrode as a negative electrode, and an electrolyte containing sulfolane in which 1.5M triethylmethylammonium tetrafluoroborate is dissolved A cell was produced. Evaluation similar to Example 3 was performed.

比較例4
実施例1,2および比較例1,2で用いたカーボンナノチューブを用いて電極を作製し、それを正負極両極に用い、電解液には1.5Mトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したスルホランを用いてテストキャパシタセルを作製した。実施例3と同様な評価を行った。電極作製は実施例1,2および比較例1,2で用いた手法と同様に行った。
Comparative Example 4
Electrodes were prepared using the carbon nanotubes used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, and the electrodes were used for both positive and negative electrodes, and the electrolyte was sulfolane in which 1.5M triethylmethylammonium tetrafluoroborate was dissolved. A test capacitor cell was fabricated using this. Evaluation similar to Example 3 was performed. The electrodes were produced in the same manner as the methods used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

比較例5
活性炭電極を両極に用いて電極を作製し、それを正負極両極とし、電解液には1.5Mトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートを溶解したスルホランを用いてテストキャパシタセルを作製し、実施例3と同様な評価を行った。活性炭は比表面積1600m/g、ヤシ殻原料のものを用い、活性炭電極は10%のポリテトラフルオロエチレン、5%のカーボンブラックを混錬、延伸することにより得た。
Comparative Example 5
An electrode was prepared using an activated carbon electrode as both electrodes, which was used as a positive electrode and a negative electrode, and a test capacitor cell was prepared using sulfolane in which 1.5 M triethylmethylammonium tetrafluoroborate was dissolved as an electrolyte. Similar evaluations were made. The activated carbon used was one having a specific surface area of 1600 m 2 / g and coconut shell material, and the activated carbon electrode was obtained by kneading and stretching 10% polytetrafluoroethylene and 5% carbon black.

表2に得られたエネルギー密度を、図1に寿命評価試験の結果を示す。

Figure 2010239097
Table 2 shows the energy density obtained, and FIG. 1 shows the result of the life evaluation test.
Figure 2010239097

図1から明らかなように、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極を用いたセルは、精密重合ポリフルオレン/カーボンナノチューブ複合体電極を用いたセルよりも、電圧負荷に対する容量維持率が高く、寿命特性が大きく改善されていることがわかる。極めて良好な寿命特性を有する活性炭電極やカーボンナノチューブ電極に匹敵する寿命特性を有することが分かる。かつ、表2から、活性炭電極やカーボンナノチューブに比べて高いエネルギー密度を有していることから、精密重合フルオレン−末端フェニレン重合体/カーボンナノチューブ複合体電極は、高エネルギー密度及び長寿命の観点で、電気二重層キャパシタ用の電極として非常に有用であることがわかる。   As is clear from FIG. 1, the cell using the precisely polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode maintains the capacity against the voltage load than the cell using the precisely polymerized polyfluorene / carbon nanotube composite electrode. It can be seen that the rate is high and the life characteristics are greatly improved. It can be seen that it has life characteristics comparable to those of activated carbon electrodes and carbon nanotube electrodes having extremely good life characteristics. And from Table 2, since it has a high energy density compared with the activated carbon electrode and the carbon nanotube, the precision polymerized fluorene-terminated phenylene polymer / carbon nanotube composite electrode is in view of high energy density and long life. It can be seen that it is very useful as an electrode for an electric double layer capacitor.

Claims (9)

ポリフルオレンを構成するフルオレン環が実質的に2位と7位で重合しており且つ鎖末端のフルオレン環がハロゲン置換基を有している精密重合ポリフルオレンから誘導される、少なくとも1種の精密重合ポリフルオレン誘導体からなる電極活物質であって、
前記精密重合ポリフルオレン誘導体が、前記精密重合ポリフルオレンの鎖末端のフルオレン環のハロゲン置換基をフェニル基又はフルオレニル基で置換した誘導体であることを特徴とする電極活物質。
At least one precision derived from precision polymerized polyfluorene in which the fluorene ring constituting the polyfluorene is polymerized substantially at the 2nd and 7th positions and the fluorene ring at the chain end has a halogen substituent. An electrode active material comprising a polymerized polyfluorene derivative,
The electrode active material, wherein the precision polymerized polyfluorene derivative is a derivative obtained by substituting a halogen substituent of a fluorene ring at a chain end of the precision polymerized polyfluorene with a phenyl group or a fluorenyl group.
前記精密重合ポリフルオレンが、9位に置換基を有するフルオレン環を少なくとも1個含む、請求項1に記載の電極活物質。   2. The electrode active material according to claim 1, wherein the precisely polymerized polyfluorene contains at least one fluorene ring having a substituent at the 9-position. 前記置換基が、アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、アルキルシアノ基、フェニル基、ハロゲン原子、ハロゲン化メチル基、ハロゲン化フェニル基、アルキルフェニル基、及びアルキルハロゲン化フェニル基からなる群から選択される、請求項2に記載の電極活物質。   The substituent is a group consisting of an alkyl group, a carboxyl group, a nitro group, a cyano group, an alkylcyano group, a phenyl group, a halogen atom, a halogenated methyl group, a halogenated phenyl group, an alkylphenyl group, and an alkylhalogenated phenyl group. The electrode active material according to claim 2, selected from: 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極活物質を含有する活物質層を有する電極。   The electrode which has an active material layer containing the electrode active material of any one of Claims 1-3. 前記活物質層が少なくとも1種のカーボンナノチューブを含有する、請求項4に記載の電極。   The electrode according to claim 4, wherein the active material layer contains at least one carbon nanotube. 前記精密重合ポリフルオレン誘導体が前記カーボンナノチューブに担持されている、請求項5に記載の電極。   The electrode according to claim 5, wherein the precisely polymerized polyfluorene derivative is supported on the carbon nanotube. 二次電池における1対の電極の一方として使用される、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 4 to 6, which is used as one of a pair of electrodes in a secondary battery. 電気二重層キャパシタにおける1対の電極の一方として使用される、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 4 to 6, which is used as one of a pair of electrodes in an electric double layer capacitor. 電気化学キャパシタにおける1対の電極のうちの少なくとも一方として使用される、請求項4〜6のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 4 to 6, which is used as at least one of a pair of electrodes in an electrochemical capacitor.
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