JP2012164480A - Battery - Google Patents

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JP2012164480A
JP2012164480A JP2011022906A JP2011022906A JP2012164480A JP 2012164480 A JP2012164480 A JP 2012164480A JP 2011022906 A JP2011022906 A JP 2011022906A JP 2011022906 A JP2011022906 A JP 2011022906A JP 2012164480 A JP2012164480 A JP 2012164480A
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rubeanic acid
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positive electrode
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Hidehisa Mejiro
英久 目代
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery having a higher charging/discharging capacity density than conventional.SOLUTION: The battery 1 comprises a positive electrode 2, a negative electrode 3, and an electrolytic solution containing an electrolyte provided between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. The positive electrode 2 contains a rubeanic acid or a rubeanic acid derivative as an active material, and a mol concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is higher than 1.0 mol/L. In the battery 1, a large amount of anion derived from the electrolyte exists, and the rubeanic acid or the rubeanic acid derivative can take a form from an oxidant to a reductant, so as to obtain a higher charging/discharging capacity density than conventional.

Description

本発明は、正極の活物質としてルベアン酸又はルベアン酸誘導体を含む電池に関する。   The present invention relates to a battery including rubeanic acid or a rubeanic acid derivative as an active material of a positive electrode.

近年、エネルギ密度の高い電池として、リチウム電池が注目されている。リチウム電池は、非水溶液系の電解液を用いることで、3V以上の高電圧が得られることが知られている。しかしながら、従来のリチウム電池は、正極材料及び負極材料の質量当たりの容量が低い、という問題があった。   In recent years, lithium batteries have attracted attention as batteries with high energy density. It is known that a lithium battery can obtain a high voltage of 3 V or more by using a non-aqueous electrolyte. However, the conventional lithium battery has a problem that the capacity per mass of the positive electrode material and the negative electrode material is low.

そこで、本出願人は、正極の活物質としてルベアン酸(ジチオオキサミド)又はルベアン酸誘導体(以下、「ルベアン酸(誘導体)」という)を含む電池を提案している(特許文献1参照)。この電池では、下記式(I)に示すように、ルベアン酸(誘導体)が放電(還元)時にリチウムイオンと結合し、充電(酸化)時にリチウムイオンを放出する。リチウムイオンは、リチウム金属の他、リチウムイオンが挿入された炭素材料やシリコン−スズ系材料を含む負極側から供給される。この電池によれば、常温以下であっても高い容量密度が得られるとしている。

Figure 2012164480
Therefore, the present applicant has proposed a battery containing rubeanic acid (dithiooxamide) or a rubeanic acid derivative (hereinafter referred to as “rubeanic acid (derivative)”) as an active material of the positive electrode (see Patent Document 1). In this battery, as shown in the following formula (I), rubeanic acid (derivative) binds to lithium ions during discharge (reduction) and releases lithium ions during charge (oxidation). Lithium ions are supplied from the negative electrode side including a carbon material into which lithium ions are inserted and a silicon-tin-based material in addition to lithium metal. According to this battery, a high capacity density can be obtained even at room temperature or lower.
Figure 2012164480

特開2008−147015号公報JP 2008-147015 A

しかしながら、特許文献1の電池をもってしても、十分な充放電容量密度を有しているとは言えず、さらなる充放電容量密度の向上が求められている。   However, even if it has a battery of patent document 1, it cannot be said that it has sufficient charging / discharging capacity density, and the further improvement of charging / discharging capacity density is calculated | required.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比して高い充放電容量密度を有する電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above, The objective is to provide the battery which has a charge / discharge capacity density higher than before.

上記目的を達成するため本発明は、正極(例えば、後述の正極2)と、負極(例えば、後述の負極3)と、これら正極と負極との間に介在する電解質を含む電解液と、を備える電池(例えば、後述の電池1)であって、前記正極は、活物質としてルベアン酸又はルベアン酸誘導体を含み、前記電解液中における前記電解質のモル濃度は、1.0mol/Lよりも高いことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention comprises a positive electrode (for example, a positive electrode 2 described later), a negative electrode (for example, a negative electrode 3 described later), and an electrolytic solution containing an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode includes rubeanic acid or a rubeanic acid derivative as an active material, and a molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is higher than 1.0 mol / L. It is characterized by that.

本発明では、正極の活物質としてルベアン酸(誘導体)を用い、電解液中における電解質のモル濃度を、1.0mol/Lよりも高く設定した。即ち、正極の活物質としてルベアン酸(誘導体)を用いる電池において、従来よりも電解液中の電解質濃度を高めて、電解質由来のアニオンのモル量を増加させた。
これにより、電解質由来のアニオンが多量に存在するため、充電(酸化)時において、ルベアン酸(誘導体)の状態からさらに電子が引き抜かれた酸化体を形成できる。また、放電(還元)時において、この酸化体から還元体が形成されるまで放電させることができる。従って、ルベアン酸(誘導体)が、酸化体から還元体までの形態を取り得るため、従来に比して高い充放電容量密度が得られる。
In the present invention, rubeanic acid (derivative) is used as the positive electrode active material, and the molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is set higher than 1.0 mol / L. That is, in a battery using rubeanic acid (derivative) as the positive electrode active material, the electrolyte concentration in the electrolytic solution was increased to increase the molar amount of the anion derived from the electrolyte.
Thereby, since anion derived from an electrolyte is present in a large amount, an oxidized form in which electrons are further extracted from the state of rubeanic acid (derivative) can be formed during charging (oxidation). Moreover, at the time of discharge (reduction), it can be made to discharge until a reductant is formed from this oxidant. Therefore, since rubeanic acid (derivative) can take a form from an oxidant to a reductant, a higher charge / discharge capacity density can be obtained than in the prior art.

この場合、前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体のモル量に対する、前記電解質由来のアニオンのモル量の比が、27以上であることが好ましい。   In this case, it is preferable that the ratio of the molar amount of the anion derived from the electrolyte to the molar amount of the rubeanic acid or rubeanic acid derivative is 27 or more.

この発明では、ルベアン酸(誘導体)のモル量に対する、電解質由来のアニオンのモル量の比を、27以上に設定した。
これにより、ルベアン酸(誘導体)に対して、電解質由来のアニオンが多量に存在することになるため、上記発明の効果がより確実に得られる。
In this invention, the ratio of the molar amount of the anion derived from the electrolyte to the molar amount of rubeanic acid (derivative) was set to 27 or more.
Thereby, since the anion derived from electrolyte exists in large quantities with respect to rubeanic acid (derivative), the effect of the said invention is acquired more reliably.

この場合、前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体は、下記式(1)で表される構造単位を有することが好ましい。

Figure 2012164480
[前記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表す。] In this case, it is preferable that the rubeanic acid or rubeanic acid derivative has a structural unit represented by the following formula (1).
Figure 2012164480
[In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, or an unsaturated cyclic group. Hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, disulfide group or sulfone group To express. ]

またこの場合、前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体は、下記式(2)で表されることが好ましい。

Figure 2012164480
[前記式(2)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表し、nは1以上の整数を表す。] In this case, the rubeanic acid or rubeanic acid derivative is preferably represented by the following formula (2).
Figure 2012164480
[In the formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, or a saturated cyclic hydrocarbon. Hydrogen group, unsaturated cyclic hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, A disulfide group or a sulfone group is represented, and n represents an integer of 1 or more. ]

またこの場合、前記アニオンは、PF 、AsF 、BF 、Cl、Br、ClO 、CHSO 、CFSO 、CSO 、(CFSO及び(CFSO、からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 In this case, the anion includes PF 6 , AsF 6 , BF 4 , Cl , Br , ClO 4 , CH 3 SO 3 , CF 3 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , It is preferably at least one selected from the group consisting of (CF 3 SO 2 ) 2 N and (CF 3 SO 2 ) 3 C .

上記式(1)又は(2)で表されるルベアン酸(誘導体)によれば、下記式(II)に示す通り、酸化体から還元体までの形態を取り得る。従って、従来に比して高い充放電容量密度が得られる。

Figure 2012164480
[上記式(II)中、R及びRは、上記式(1)又は(2)と同様であり、Aは、上記で列挙した各種アニオンを表し、Mは、Li、Na及びKを含むアルカリ金属カチオン、並びに、Be2+、Mg2+及びCa2+を含む第2族元素の2価の金属カチオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属カチオンを表す。] According to rubeanic acid (derivative) represented by the above formula (1) or (2), it can take a form from an oxidant to a reductant as shown in the following formula (II). Therefore, a higher charge / discharge capacity density can be obtained than in the prior art.
Figure 2012164480
[In the above formula (II), R 1 and R 2 are the same as in the above formula (1) or (2), A represents the various anions listed above, and M + represents Li + , Na It represents at least one metal cation selected from the group consisting of alkali metal cations including + and K + and divalent metal cations of Group 2 elements including Be 2+ , Mg 2+ and Ca 2+ . ]

本発明によれば、従来に比して高い充放電容量を有する電池を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery which has high charge / discharge capacity compared with the past can be provided.

本発明の一実施形態に係る電池の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the battery which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1で得た電池の充放電曲線図である。2 is a charge / discharge curve diagram of the battery obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得た電池の充放電曲線図である。4 is a charge / discharge curve diagram of the battery obtained in Example 2. FIG. 各実施例及び比較例における放電容量密度(mAh/g)と、アニオン量/正極活物質量(mol/mol比)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge capacity density (mAh / g) in each Example and a comparative example, and the amount of anions / positive electrode active material (mol / mol ratio).

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池1の構成を示す縦断面図である。なお、以下の説明において、上下方向を説明するときは図1の上下を基準として説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a battery 1 according to an embodiment of the present invention. In the following description, the vertical direction will be described with reference to the vertical direction in FIG.

図1に示すように、電池1は、その外形が円盤状のコイン型リチウム電池であり、CR2032規格に相当する。電池1は、下側に配置される正極缶7と、上側に配置される負極缶8と、を備え、これらの間に、下側から順に設けられた正極2と、負極3と、を備える。
正極2と負極3との間には、双方を互いに隔てるセパレータ4が挟み込まれている。正極2と正極缶7との間には集電体5が配置されており、正極缶7と負極缶8はガスケット6で電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 1, the battery 1 is a coin-type lithium battery whose outer shape is a disk shape, and corresponds to the CR2032 standard. The battery 1 includes a positive electrode can 7 disposed on the lower side and a negative electrode can 8 disposed on the upper side, and includes a positive electrode 2 and a negative electrode 3 provided in this order from the lower side. .
A separator 4 is sandwiched between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 to separate them from each other. A current collector 5 is disposed between the positive electrode 2 and the positive electrode can 7, and the positive electrode can 7 and the negative electrode can 8 are electrically insulated by a gasket 6.

正極2は、活物質としてルベアン酸又はルベアン酸誘導体を含む。ここで、「ルベアン酸誘導体」とは、ルベアン酸を含む化合物を意味し、ルベアン酸ポリマー等も含まれる。
ルベアン酸(誘導体)としては、下記式(1)で表される構造単位を有することが好ましい。

Figure 2012164480
[前記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表す。] The positive electrode 2 contains rubeanic acid or a rubeanic acid derivative as an active material. Here, the “rubberic acid derivative” means a compound containing rubeanic acid, and includes a rubeanic acid polymer and the like.
Rubeanic acid (derivative) preferably has a structural unit represented by the following formula (1).
Figure 2012164480
[In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, or an unsaturated cyclic group. Hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, disulfide group or sulfone group To express. ]

また、ルベアン酸(誘導体)は、下記式(2)で表されることが好ましい。

Figure 2012164480
[前記式(2)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表し、nは1以上の整数を表す。] Moreover, it is preferable that a rubeanic acid (derivative) is represented by following formula (2).
Figure 2012164480
[In the formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, or a saturated cyclic hydrocarbon. Hydrogen group, unsaturated cyclic hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, A disulfide group or a sulfone group is represented, and n represents an integer of 1 or more. ]

本実施形態では、ルベアン酸(NH−CS−CS−NH)が特に好ましい。ルベアン酸自体は、導電性を有していない。 In the present embodiment, rubeanic acid (NH 2 -CS-CS-NH 2) it is particularly preferred. Rubeanic acid itself does not have electrical conductivity.

ルベアン酸(誘導体)は、後述するように、予め還元された形態でリチウム(リチウムイオン)を含んだものであってもよい。   As will be described later, rubeanic acid (derivative) may contain lithium (lithium ions) in a previously reduced form.

正極2は、導電助剤と、バインダと、を含むことが好ましい。
導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、鱗状黒鉛等の炭素材料、ニッケル粉末、チタン粉末、銀粉末、タングステン粉末等の金属粉末、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性高分子化合物が挙げられる。
バインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。
The positive electrode 2 preferably contains a conductive additive and a binder.
Examples of the conductive assistant include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, graphite, and scaly graphite, metal powders such as nickel powder, titanium powder, silver powder, and tungsten powder, and conductive materials such as polyaniline, polypyrrole, and polyacetylene. Examples include molecular compounds.
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.

また、正極2は、後述する電解質を含んでいてもよく、ルベアン酸(誘導体)以外の他の活物質を含んでいてもよい。
他の活物質としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能であればよく、特に制限はない。例えば、リチウム塩等のリチウムイオンを含むものが挙げられ、中でもリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム等が挙げられる。
Moreover, the positive electrode 2 may contain the electrolyte mentioned later and may contain other active materials other than rubeanic acid (derivative).
Other active materials are not particularly limited as long as they can occlude and release lithium ions. For example, what contains lithium ions, such as lithium salt, is mentioned, Among these, lithium transition metal complex oxide is preferable.
Examples of the lithium transition metal composite oxide include lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, and nickel cobalt lithium manganate.

正極2に含まれるルベアン酸(誘導体)の含有率は、1〜100質量%であることが好ましく、より好ましくは50〜100質量%である。   The content of rubeanic acid (derivative) contained in the positive electrode 2 is preferably 1 to 100% by mass, and more preferably 50 to 100% by mass.

負極3は、リチウムイオンの吸蔵(挿入)及び放出(脱離)が可能な活物質を含む。
活物質としては、リチウム元素を含むもの(例えば、リチウム原子、金属リチウム、リチウムイオン、リチウム塩)と、リチウム元素を含まないものとが挙げられる。
リチウム元素を含むものとしては、例えば、金属リチウム(アルミニウム等を含有するリチウム合金を含む)の他、Li2.4Co0.6Nのようなリチウム窒化物、チタン酸リチウムのようなリチウム酸化物が挙げられる。
リチウム元素を含まないものとしては、例えば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等の黒鉛質材料、フェノール樹脂やピッチ等を焼成炭化したもの、活性炭、グラファイト等の炭素系材料、SiO、SiO等のシリコン系材料、SnO、SnO等のスズ系材料、PbO、PbO等の鉛系材料、GeO、GeO等のゲルマニウム系材料、リン系材料、ニオブ系材料、アンチモン系材料、及び、これらの材料の混合物が挙げられる。
The negative electrode 3 includes an active material that can occlude (insert) and release (desorb) lithium ions.
Examples of the active material include those containing lithium element (for example, lithium atom, metallic lithium, lithium ion, lithium salt) and those not containing lithium element.
Examples of those containing lithium element include metal lithium (including lithium alloys containing aluminum and the like), lithium nitride such as Li 2.4 Co 0.6 N, and lithium oxide such as lithium titanate. Things.
Examples of materials that do not contain lithium element include graphite materials such as mesocarbon microbeads (MCMB), those obtained by firing and carbonizing phenol resins and pitches, carbon-based materials such as activated carbon and graphite, SiO, SiO 2 and the like. silicon-based materials, SnO, tin-based materials SnO 2 or the like, PbO, lead-based materials such as PbO 2, GeO, germanium-based material GeO 2 or the like, phosphorus-based materials, niobium-based material, an antimony-based material, and, of these A mixture of materials can be mentioned.

負極3は、上述の導電助剤と、バインダと、を含んでいてもよい。
負極3としては、正極2にリチウム元素が含まれない場合には、例えば、金属リチウムを含むものが用いられ、正極2にリチウム元素(リチウムイオン等)が含まれる場合には、リチウム元素を含むものも使用されるが、リチウム元素が含まれていないものを使用することもできる。
なお、正極2にリチウム元素を含まず、負極3に金属リチウムを含む非水溶液系電池は、一次電池として機能させることもできる。
The negative electrode 3 may contain the above-mentioned conductive additive and a binder.
As the negative electrode 3, for example, when the positive electrode 2 contains no lithium element, for example, one containing metallic lithium is used, and when the positive electrode 2 contains lithium element (lithium ions or the like), the lithium element contains lithium element. Although the thing used is also used, what does not contain lithium element can also be used.
Note that a non-aqueous solution battery that does not contain lithium element in the positive electrode 2 and contains metallic lithium in the negative electrode 3 can also function as a primary battery.

セパレータ4としては、後述する電解液を含む樹脂製シート、後述する電解質を含むゲル状物及び固形物が挙げられる。
樹脂製シートを形成する樹脂としては、従来公知のものでよく、例えば、ポリオレフィン系樹脂が挙げられる。電解質を含む固形物からなるセパレータ4のマトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレンオキシド系ポリマー、ホウ酸エステル系ポリマー等が挙げられる。
ゲル状物及び固形物は、板状に成形して用いられる。セパレータ4としてゲル状物及び固形物を用いることにより、正極2に含まれるルベアン酸(誘導体)が経時的に電解液に溶出するのが回避され、電池1の劣化が抑制される。
Examples of the separator 4 include a resin sheet containing an electrolyte solution described later, a gel-like material containing an electrolyte described later, and a solid material.
The resin that forms the resin sheet may be a conventionally known resin, and examples thereof include polyolefin resins. As matrix resin of the separator 4 which consists of a solid substance containing electrolyte, a polyethylene oxide polymer, a boric-ester polymer, etc. are mentioned, for example.
The gel and solid are used after being formed into a plate shape. By using a gel-like material and a solid material as the separator 4, it is avoided that rubeanic acid (derivative) contained in the positive electrode 2 elutes into the electrolytic solution over time, and deterioration of the battery 1 is suppressed.

電解液は、電解質を溶媒に溶解させたものが用いられる。
電解質としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiCl、LiBr、LiClO、LiCHSO、LiCFSO、LiCSO、LiN(CFSO及びLiC(CFSOからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
これらの電解質によれば、電解質由来のアニオンとして、PF 、AsF 、BF 、Cl、Br、ClO 、CHSO 、CFSO 、CSO 、(CFSO、(CFSOが供給される。
An electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a solvent is used.
Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCl, LiBr, LiClO 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiC ( CF 3 SO 2 ) 3 is preferably at least one selected from the group consisting of 3 .
According to these electrolytes, PF 6 , AsF 6 , BF 4 , Cl , Br , ClO 4 , CH 3 SO 3 , CF 3 SO 3 , C 4 F are used as electrolyte-derived anions. 9 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , and (CF 3 SO 2 ) 3 C are supplied.

電解質を溶解する溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボート、ジエチルカーボネート等の炭酸エステル(カーボネート)系溶媒、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル(環状エステルも含む)系溶媒、モノグライム(エチレングリコールジメチルエーテル)、ジグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、トリグライム(トリエチレングリコールジメチルエーテル)、テトラグライム(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)等のエーテル系溶媒、及び、それらの混合溶媒が挙げられる。   Examples of the solvent that dissolves the electrolyte include carbonate esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbot, and diethyl carbonate, and esters such as methyl propionate, ethyl propionate, and γ-butyrolactone. (Including cyclic esters) type solvents, monoglyme (ethylene glycol dimethyl ether), diglyme (diethylene glycol dimethyl ether), triglyme (triethylene glycol dimethyl ether), tetraglyme (tetraethylene glycol dimethyl ether) and other ether type solvents, and mixed solvents thereof Is mentioned.

電解液中における電解質のモル濃度は、1.0mol/Lよりも高濃度に設定されている。このようにすることで、電解質由来のアニオンが多く存在し、ルベアン酸(誘導体)が酸化体から還元体までの形態を取ることができる。   The molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is set higher than 1.0 mol / L. By doing in this way, many anions derived from electrolyte exist, and rubeanic acid (derivative) can take the form from an oxidant to a reductant.

以上のような構成を備える本実施形態の電池1では、ルベアン酸(誘導体)のモル量に対する、電解質由来のアニオンのモル量の比(アニオンのモル量/ルベアン酸(誘導体)のモル量)が、27以上に設定されていることが好ましい。この場合、従来に比して電解質濃度が高く、電解質由来のアニオン量が多量に存在するため、後述するように従来に比して高い充放電容量密度が得られる。   In the battery 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the ratio of the molar amount of the anion derived from the electrolyte to the molar amount of rubeanic acid (derivative) (the molar amount of anion / the molar amount of rubeanic acid (derivative)) is , 27 or more is preferable. In this case, the electrolyte concentration is higher than the conventional one and the amount of anion derived from the electrolyte is large, so that a higher charge / discharge capacity density than the conventional one can be obtained as will be described later.

次に、本実施形態の電池1の動作について説明する。具体的には、金属リチウムを含む負極3を有する電池1において、その正極2に含まれるルベアン酸(誘導体)の酸化還元反応について説明する。   Next, operation | movement of the battery 1 of this embodiment is demonstrated. Specifically, the oxidation-reduction reaction of rubeanic acid (derivative) contained in the positive electrode 2 in the battery 1 having the negative electrode 3 containing metallic lithium will be described.

電池1では、正極2に含まれるルベアン酸(誘導体)は、下記式(II)中に示す酸化体と、還元体と、に可逆的に変化する。ここで、下記式(II)中のR、R、A及びMは、上述した通りである。

Figure 2012164480
In the battery 1, rubeanic acid (derivative) contained in the positive electrode 2 changes reversibly into an oxidized form and a reduced form shown in the following formula (II). Here, R 1 , R 2 , A and M + in the following formula (II) are as described above.
Figure 2012164480

先ず、充電及び放電のいずれも行われていない初期状態では、放電(還元)時には、上記式(II)の中央のルベアン酸(誘導体)が、右側の還元体に変化する。
このとき、電子(e)は、負極3の金属リチウム(Li)がリチウムイオン(Li)となることで発生し、負極缶8、正極缶7及び集電体5を介して、正極2に供給される。また、リチウムイオン(Li)は、セパレータ4に含まれる電解質を介して、正極2に供給される。
First, in the initial state in which neither charging nor discharging is performed, at the time of discharging (reducing), rubeanic acid (derivative) at the center of the above formula (II) is changed to a reductant on the right side.
At this time, the electrons (e ) are generated when the metal lithium (Li) of the negative electrode 3 becomes lithium ions (Li + ), and the positive electrode 2 passes through the negative electrode can 8, the positive electrode can 7 and the current collector 5. To be supplied. Lithium ions (Li + ) are supplied to the positive electrode 2 via the electrolyte contained in the separator 4.

なお、正極2がリチウムを含み、負極3がリチウム非含有化合物(例えば、グラファイト)である場合は、電池1を組み立てた直後は放電状態であり、ルベアン酸(誘導体)は上記式(II)の右側の還元体として存在する。このため、充電(酸化)から開始されると、上記式(II)の右側の還元体が、中央のルベアン酸(誘導体)に変化する。
このとき、正極2では還元体中のLiイオン(Li)が脱離すると同時に電子(e)が発生する。脱離したリチウムイオン(Li)は、セパレータ4に含まれる電解質を介して負極3に向かうとともに、電子(e)を供与されることで、金属リチウム(Li)となって負極3で析出する。また、発生した電子(e)は、正極缶7、負荷、負極缶8を介して、負極3に供給される。そして、負極3では、六角形の形をした6個の炭素群でπ電子1個を受け取ったり、出したりして1個のリチウムを挿入する。
In addition, when the positive electrode 2 contains lithium and the negative electrode 3 is a lithium-free compound (for example, graphite), the battery 1 is in a discharged state immediately after assembling, and rubeanic acid (derivative) is represented by the above formula (II). It exists as a reductant on the right side. For this reason, when it starts from charge (oxidation), the reductant on the right side of the formula (II) changes to central rubeanic acid (derivative).
At this time, at the positive electrode 2, Li ions (Li + ) in the reductant are desorbed, and at the same time, electrons (e ) are generated. The desorbed lithium ions (Li + ) go to the negative electrode 3 through the electrolyte contained in the separator 4 and are donated with electrons (e ), thereby becoming metallic lithium (Li) and deposited on the negative electrode 3. To do. The generated electrons (e ) are supplied to the negative electrode 3 via the positive electrode can 7, the load, and the negative electrode can 8. In the negative electrode 3, one lithium is inserted by receiving and taking out one π electron from six carbon groups having a hexagonal shape.

さらに、中央のルベアン酸(誘導体)に変化した後、左側の酸化体に変化する。
このとき、正極2ではルベアン酸(誘導体)が電子(e)を放出し、セパレータ4に含まれる電解質からアニオン(A)が正極2に供給される。放出された電子(e)は、正極缶7、負荷、負極缶8を介して、負極3に供給される。
Furthermore, after changing to central rubeanic acid (derivative), it changes to the left oxidant.
At this time, rubeanic acid (derivative) releases electrons (e ) at the positive electrode 2, and an anion (A ) is supplied from the electrolyte contained in the separator 4 to the positive electrode 2. The emitted electrons (e ) are supplied to the negative electrode 3 through the positive electrode can 7, the load, and the negative electrode can 8.

次いで、放電が開始されると、左側の酸化体から、中央のルベアン酸(誘導体)に変化する。
このとき、電子(e)は、負極3の金属リチウム(Li)がリチウムイオン(Li)となることで発生し、負極缶8、正極缶7及び集電体5を介して、正極2に供給される。また、アニオン(A)が放出され、セパレータ4に含まれる電解質に供給される。
Next, when discharge is started, the left oxidant changes to central rubeanic acid (derivative).
At this time, the electrons (e ) are generated when the metal lithium (Li) of the negative electrode 3 becomes lithium ions (Li + ), and the positive electrode 2 passes through the negative electrode can 8, the positive electrode can 7 and the current collector 5. To be supplied. Further, anions (A ) are released and supplied to the electrolyte contained in the separator 4.

そしてさらに放電が進み、中央のルベアン酸(誘導体)から、右側の還元体に変化する。以上のようにして、電池1は動作する。   Further, the discharge further proceeds, and the central rubeanic acid (derivative) is changed to the right reduced form. The battery 1 operates as described above.

ここで、ルベアン酸(誘導体)が電子を放出して酸化体を形成する場合、ルベアン酸(誘導体)のプラス電荷を打ち消すためのカウンターアニオンAは、電解液中にしか存在しない。また、初期の充放電において、電解液や電極の分解を抑制する機能を有するSEIと称される固体電解質被膜(Solid Electrolyte Interface)が電極の表面に形成されるが、この被膜の形成の際に電解液中のアニオンも消費される。このため、従来の電池では、充電(酸化)時にルベアン酸(誘導体)の酸化体を形成することはできない。
これに対して、上述したように本実施形態の電池1では、電解液中における電解質のモル濃度が1.0mol/Lよりも高濃度に設定されており、従来に比して電解質由来のアニオン量が多量に存在する。これにより、酸化体から還元体までの形態を取り得るようになっている。特に、ルベアン酸(誘導体)のモル量に対する、電解質由来のアニオンのモル量の比を27以上に設定した場合に、その傾向は顕著となっている。
Here, when rubeanic acid (derivative) emits electrons to form an oxidant, the counter anion A for canceling the positive charge of rubeanic acid (derivative) is present only in the electrolytic solution. In addition, in the initial charge and discharge, a solid electrolyte interface (Solid Electrolyte Interface) called SEI having a function of suppressing the decomposition of the electrolytic solution and the electrode is formed on the surface of the electrode. Anions in the electrolyte are also consumed. For this reason, in a conventional battery, an oxidized form of rubeanic acid (derivative) cannot be formed during charging (oxidation).
On the other hand, as described above, in the battery 1 of the present embodiment, the molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is set to a concentration higher than 1.0 mol / L, and the anion derived from the electrolyte as compared with the conventional case. A large amount is present. Thereby, the form from an oxidant to a reductant can be taken. In particular, when the ratio of the molar amount of the anion derived from the electrolyte to the molar amount of rubeanic acid (derivative) is set to 27 or more, the tendency is remarkable.

次に、本実施形態の電池1の製造方法について説明する。なお、負極3に金属リチウムを含む場合の第1の製造方法と、負極3に金属リチウムを含まない場合の第2の製造方法とに分けて説明する。   Next, a method for manufacturing the battery 1 of the present embodiment will be described. The description will be divided into a first manufacturing method in the case where the negative electrode 3 contains metallic lithium and a second manufacturing method in the case where the negative electrode 3 does not contain metallic lithium.

第1の製造方法について説明する。
先ず、ルベアン酸(誘導体)と、導電助剤と、バインダと、を混練した後、混練物をシート状に展延し、これを所定の形状に打ち抜くことによって、正極2を形成する。
また、リチウムやリチウム合金等の金属リチウムを含む箔を所定の形状に打ち抜くことによって、負極3を形成する。
The first manufacturing method will be described.
First, after kneading rubeanic acid (derivative), a conductive additive, and a binder, the kneaded material is spread into a sheet shape and punched into a predetermined shape to form the positive electrode 2.
Moreover, the negative electrode 3 is formed by punching a foil containing metallic lithium such as lithium or a lithium alloy into a predetermined shape.

次いで、正極缶7の底部に、集電体5を介して正極2を配置し、正極2上にセパレータ4を配置する。セパレータ4は、例えば、正極2上に配置した多孔質の樹脂シートに電解液を含浸させることによって形成する。また、セパレータ4は、電解質を含むゲル状物又は固形物を、正極2上に配置することで形成することもできる。   Next, the positive electrode 2 is disposed on the bottom of the positive electrode can 7 via the current collector 5, and the separator 4 is disposed on the positive electrode 2. The separator 4 is formed, for example, by impregnating a porous resin sheet disposed on the positive electrode 2 with an electrolytic solution. The separator 4 can also be formed by disposing a gel or solid containing an electrolyte on the positive electrode 2.

次いで、セパレータ4上に負極3を配置するとともに、この負極3上に負極缶8を配置する。このとき、正極缶7と負極缶8とを電気的に絶縁するためにガスケット6を配置する。そして、正極缶7の外周縁がかしめられて正極缶7と負極缶8とがガスケット6を介して接合される。これにより、電池1が製造される。   Next, the negative electrode 3 is disposed on the separator 4, and the negative electrode can 8 is disposed on the negative electrode 3. At this time, the gasket 6 is disposed in order to electrically insulate the positive electrode can 7 and the negative electrode can 8. Then, the outer peripheral edge of the positive electrode can 7 is caulked and the positive electrode can 7 and the negative electrode can 8 are joined via the gasket 6. Thereby, the battery 1 is manufactured.

第2の製造方法について説明する。
先ず、ルベアン酸(誘導体)を含む電極体を作製する。この工程では、第1の製造方法で正極2を形成する工程と同様にして、電極体を作製する。
The second manufacturing method will be described.
First, an electrode body containing rubeanic acid (derivative) is prepared. In this step, an electrode body is manufactured in the same manner as the step of forming the positive electrode 2 by the first manufacturing method.

次いで、得られた電極体にリチウム(リチウムイオン)を吸蔵させて第1電極を作製する。この第1電極は、電極体に含まれるルベアン酸(誘導体)を還元して還元体に変化させるとともに、これにリチウムイオンを結合させることによって得られる。このような第1電極としては、例えば、第1の製造方法で得られた電池1を放電させた後に、この電池1から取り出した正極2を使用することができる。   Next, lithium (lithium ions) is occluded in the obtained electrode body to produce a first electrode. The first electrode can be obtained by reducing rubeanic acid (derivative) contained in the electrode body to change it into a reduced form and binding lithium ions thereto. As such a 1st electrode, after discharging the battery 1 obtained by the 1st manufacturing method, the positive electrode 2 taken out from this battery 1 can be used, for example.

一方、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な活物質であって、金属リチウムを含まない電極材料から第2電極を作製する。この第2電極は、上述した黒鉛質材料、炭素系材料、金属酸化物等の負極用の活物質、バインダ及び必要に応じて導電助剤を含む混練物を、シート状に展延した後、所定の形状に打ち抜くことによって作製する。   On the other hand, the second electrode is manufactured from an electrode material that is an active material capable of inserting and extracting lithium ions and does not contain metallic lithium. This second electrode is obtained by spreading a kneaded material containing an active material for a negative electrode such as the above-mentioned graphite material, carbon-based material, metal oxide, etc., a binder and, if necessary, a conductive additive into a sheet, It is produced by punching into a predetermined shape.

次いで、第1電極を正極2として組み込むとともに、第2電極を負極3として組み込む工程を経て、電池1が製造される。この工程としては、第1電極及び第2電極を正極2及び負極3に使用した以外は、第1の製造方法と同様にして、正極缶7に、集電体5、正極2、セパレータ4及び負極缶8を順に組み付けていく工程を採用できる。
以上のような第2の製造方法では、反応性の高い金属リチウムを含まない負極3を使用できる。
Next, the battery 1 is manufactured through a process of incorporating the first electrode as the positive electrode 2 and incorporating the second electrode as the negative electrode 3. As this process, except that the first electrode and the second electrode are used for the positive electrode 2 and the negative electrode 3, the current collector 5, the positive electrode 2, the separator 4, and the positive electrode can 7 are formed in the same manner as in the first manufacturing method. A process of sequentially assembling the negative electrode can 8 can be employed.
In the second manufacturing method as described above, the negative electrode 3 that does not contain highly reactive metallic lithium can be used.

本実施形態の電池1によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、正極2の活物質としてルベアン酸(誘導体)を用い、電解液中における電解質のモル濃度を、1.0mol/Lよりも高く設定した。即ち、正極2の活物質としてルベアン酸(誘導体)を用いる電池1において、従来よりも電解液中の電解質濃度を高めて、電解質由来のアニオンのモル量を増加させた。
これにより、電解質由来のアニオンが多量に存在するため、充電(酸化)時において、ルベアン酸(誘導体)の状態からさらに電子が引き抜かれた酸化体を形成できる。また、放電(還元)時において、この酸化体から還元体が形成されるまで放電させることができる。従って、ルベアン酸(誘導体)が、酸化体から還元体までの形態を取り得るため、従来に比して高い充放電容量密度が得られる。
According to the battery 1 of the present embodiment, the following effects are exhibited.
In this embodiment, rubeanic acid (derivative) was used as the active material of the positive electrode 2, and the molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution was set higher than 1.0 mol / L. That is, in the battery 1 using rubeanic acid (derivative) as the active material of the positive electrode 2, the electrolyte concentration in the electrolytic solution was increased more than before, and the molar amount of the anion derived from the electrolyte was increased.
Thereby, since anion derived from an electrolyte is present in a large amount, an oxidized form in which electrons are further extracted from the state of rubeanic acid (derivative) can be formed during charging (oxidation). Moreover, at the time of discharge (reduction), it can be made to discharge until a reductant is formed from this oxidant. Therefore, since rubeanic acid (derivative) can take a form from an oxidant to a reductant, a higher charge / discharge capacity density can be obtained than in the prior art.

また本実施形態では、ルベアン酸(誘導体)のモル量に対する、電解質由来のアニオンのモル量の比を、27以上に設定した場合には、ルベアン酸(誘導体)に対して電解質由来のアニオンが多量に存在することになるため、上記効果がより確実に得られる。   Further, in this embodiment, when the ratio of the molar amount of the electrolyte-derived anion to the molar amount of rubeanic acid (derivative) is set to 27 or more, the amount of anion derived from the electrolyte is large relative to rubeanic acid (derivative). Therefore, the above effect can be obtained more reliably.

本実施形態の電池1は、非水溶液系一次電池及び非水溶液系二次電池のいずれにも適用できる。非水溶液系一次電池は、例えば、腕時計用電源、小型音楽再生機器用電源、パソコンのバックアップ等の小型電子機器の電源等に使用できる。また、非水溶液系二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ等のモバイル機器や、電気自動車、二足歩行用ロボットの移動体用電源等に使用できる。   The battery 1 of the present embodiment can be applied to both a non-aqueous solution primary battery and a non-aqueous solution secondary battery. The non-aqueous solution type primary battery can be used, for example, as a power source for a wristwatch, a power source for a small music playback device, a power source for a small electronic device such as a personal computer backup. The nonaqueous solution secondary battery can be used for a mobile device such as a mobile phone and a digital camera, a power source for a moving body of an electric vehicle, a bipedal walking robot, and the like.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上記実施形態では、電池1としてコイン型リチウム電池を適用したが、これに限定されない。例えば、角型、円筒型又はペーパ型の電池に適用してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, a coin-type lithium battery is applied as the battery 1, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a prismatic, cylindrical or paper type battery.

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Next, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
[正極の作製]
先ず、純度99%以上のルベアン酸(東京化成工業社製「D0957」)の分級を行い、粒子径が5〜40μmからなるルベアン酸粉末5gを準備した。
<Example 1>
[Production of positive electrode]
First, rubeanic acid having a purity of 99% or more (“D0957” manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was classified to prepare 5 g of rubeanic acid powder having a particle diameter of 5 to 40 μm.

次いで、導電助剤として気相成長炭素繊維(昭和電工社製「VGCF(登録商標)」)4gと、バインダとしてポリテトラフルオロエチレン(三井デュポンフロロケミカル社製「6−J」)0.5gと、上記で調製したルベアン酸粉末0.5gとを、小型Vミキサで十分に撹拌した。撹拌後、自動乳鉢で練り上げて、混練物を調製した。   Next, 4 g of vapor-grown carbon fiber (“VGCF (registered trademark)” manufactured by Showa Denko KK) as a conductive auxiliary agent and 0.5 g of polytetrafluoroethylene (“6-J” manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) as a binder, The rubeanic acid powder 0.5 g prepared above was sufficiently stirred with a small V mixer. After stirring, the mixture was kneaded in an automatic mortar to prepare a kneaded product.

次いで、調製した混練物を、厚さ0.3mmのシート状に成形した後、これを直径14mmのポンチで打ち抜いて得た円板と、直径14mmの円形の純チタン製ネット(北斗電工社製)を重ね合わせ、油圧プレスで加圧した。これにより、円板とネットが一体となった正極を得た。   Next, the prepared kneaded material was formed into a sheet having a thickness of 0.3 mm and then punched out with a punch having a diameter of 14 mm, and a circular pure titanium net having a diameter of 14 mm (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). ) And pressed with a hydraulic press. As a result, a positive electrode in which a disc and a net were integrated was obtained.

得られた正極を、80℃で16時間、真空乾燥した後、アルゴンガスが循環する露点−70℃以下のグローブボックス内に保管した。   The obtained positive electrode was vacuum-dried at 80 ° C. for 16 hours, and then stored in a glove box having a dew point of −70 ° C. or lower in which argon gas circulates.

[電池の作製]
CR2032規格に相当するコイン型電池用部材(宝泉社製)を使用し、非水溶液系のコイン型電池を作製した。正極としては、上記で作製した正極を使用し、負極としては、純度99.95%で円形の金属リチウム箔(厚さ0.2mm、直径16mm)を使用した。また、セパレータとしては、ポリオレフィン系多孔質膜(旭化成イーマテリアルズ社製「ハイポア(登録商標)」)からなる円板(厚さ30μm、直径20mm)を60℃で24時間、真空乾燥させたものを使用し、このセパレータに、次のポリマーゲル電解質の前駆体溶液を200μL注液して含浸させた。
[Production of battery]
Using a coin-type battery member (made by Hosen Co., Ltd.) corresponding to the CR2032 standard, a non-aqueous solution type coin-type battery was produced. The positive electrode produced above was used as the positive electrode, and a circular metal lithium foil (thickness 0.2 mm, diameter 16 mm) with a purity of 99.95% was used as the negative electrode. As the separator, a disk (thickness 30 μm, diameter 20 mm) made of a polyolefin-based porous membrane (“Hypore (registered trademark)” manufactured by Asahi Kasei E-Materials) was vacuum-dried at 60 ° C. for 24 hours. The separator was impregnated by injecting 200 μL of the following polymer gel electrolyte precursor solution.

ポリマーゲル電解質の前駆体溶液の調製としては、先ず、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを、容積比3:7で混合した混合溶媒中に、LiPFを1.0mol/L溶解させた市販の電解液(キシダ化学社製「LBG−94913」)と、LiPF(キシダ化学社製「LBG−45864」)と、を添加して、LiPFのモル濃度を1.8mol/Lとした電解液を調製した。
次いで、調製した電解液97質量部に対して、加熱により架橋する置換基を有するアクリレート系ポリマー溶液3質量部を添加し、室温下で15分間撹拌混合することにより、ポリマーゲル電解質の前駆体溶液を調製した。
As the preparation of the polymer gel electrolyte precursor solution, first, a commercially available electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at 1.0 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7. (“LBG-94913” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and LiPF 6 (“LBG-45864” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) are added to prepare an electrolyte solution having a LiPF 6 molar concentration of 1.8 mol / L. did.
Next, 3 parts by mass of an acrylate polymer solution having a substituent that crosslinks by heating is added to 97 parts by mass of the prepared electrolytic solution, and the mixture is stirred and mixed at room temperature for 15 minutes, whereby a polymer gel electrolyte precursor solution Was prepared.

最後に、ポリマーゲル電解質の前駆体溶液を含浸させたコイン型電池を、80℃の恒温槽で30分間加熱した。これにより、ポリマーゲル電解質の前駆体溶液がゲル化し、ポリマーゲル電解質を有する非水溶液系のコイン型電池を得た。   Finally, the coin-type battery impregnated with the polymer gel electrolyte precursor solution was heated in a thermostatic bath at 80 ° C. for 30 minutes. Thereby, the precursor solution of the polymer gel electrolyte was gelled, and a non-aqueous solution type coin type battery having the polymer gel electrolyte was obtained.

<実施例2>
ポリマーゲル電解質の前駆体溶液の調製方法が実施例1と相違する以外は、実施例1と同様の操作を行い、ポリマーゲル電解質を有する非水溶液系のコイン型電池を得た。
ポリマーゲル電解質の前駆体溶液の調製としては、先ず、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを、容積比3:7で混合した混合溶媒中に、LiPFを1.0mol/L溶解させた市販の電解液(キシダ化学社製「LBG−94913」)と、LiPF(キシダ化学社製「LBG−45864」)と、を添加して、LiPFのモル濃度を1.5mol/Lとした電解液を調製した。
次いで、調製した電解液97質量部に対して、加熱により架橋する置換基を有するアクリレート系ポリマー溶液3質量部を添加し、室温下で15分間撹拌混合することにより、ポリマーゲル電解質の前駆体溶液を調製した。
<Example 2>
Except that the method for preparing the polymer gel electrolyte precursor solution was different from that of Example 1, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a non-aqueous solution type coin-type battery having a polymer gel electrolyte.
As the preparation of the polymer gel electrolyte precursor solution, first, a commercially available electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at 1.0 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7. (“LBG-94913” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and LiPF 6 (“LBG-45864” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) are added to prepare an electrolytic solution having a LiPF 6 molar concentration of 1.5 mol / L. did.
Next, 3 parts by mass of an acrylate polymer solution having a substituent that crosslinks by heating is added to 97 parts by mass of the prepared electrolytic solution, and the mixture is stirred and mixed at room temperature for 15 minutes, whereby a polymer gel electrolyte precursor solution Was prepared.

<比較例1>
ポリマーゲル電解質の前駆体溶液の調製方法が実施例1と相違する以外は、実施例1と同様の操作を行い、ポリマーゲル電解質を有する非水溶液系のコイン型電池を得た。
ポリマーゲル電解質の前駆体溶液の調製としては、先ず、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを、容積比3:7で混合した混合溶媒中に、LiPFを1.0mol/L溶解させた市販の電解液(キシダ化学社製「LBG−94913」)をそのまま使用した。
次いで、上記市販の電解液97質量部に対して、加熱により架橋する置換基を有するアクリレート系ポリマー溶液3質量部を添加し、室温下で15分間撹拌混合することにより、ポリマーゲル電解質の前駆体溶液を調製した。
<Comparative Example 1>
Except that the method for preparing the polymer gel electrolyte precursor solution was different from that of Example 1, the same operation as in Example 1 was performed to obtain a non-aqueous solution type coin-type battery having a polymer gel electrolyte.
As the preparation of the polymer gel electrolyte precursor solution, first, a commercially available electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at 1.0 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7. (“LBG-94913” manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as it was.
Next, 3 parts by mass of an acrylate polymer solution having a substituent that crosslinks by heating is added to 97 parts by mass of the commercially available electrolytic solution, and the mixture is stirred and mixed at room temperature for 15 minutes, whereby a precursor of a polymer gel electrolyte is obtained. A solution was prepared.

<充放電試験>
各実施例及び比較例で得た電池について、充放電試験を実施した。充放電試験は、作製直後の各電池を、室温で1時間放置した後に実施した。具体的には、25℃±2℃に維持した恒温槽内で、0.1mAの定電流で充電後、放電したときに経時的に変化する電圧(正負極間の電位差)を測定した。
<Charge / discharge test>
The battery obtained in each example and comparative example was subjected to a charge / discharge test. The charge / discharge test was carried out after leaving each battery immediately after fabrication at room temperature for 1 hour. Specifically, the voltage (potential difference between the positive and negative electrodes) that changes with time when charged and discharged at a constant current of 0.1 mA in a thermostat maintained at 25 ° C. ± 2 ° C. was measured.

図2に実施例1の充放電曲線を示し、図3に実施例2の充放電曲線を示した。また、充放電試験結果に基づいて、各実施例及び比較例における放電容量密度(mAh/g)と、アニオン量/正極活物質量(mol/mol比)との関係を図4に示した。さらには、各実施例及び比較例の組成と充放電試験結果を表1にまとめた。   FIG. 2 shows the charge / discharge curve of Example 1, and FIG. 3 shows the charge / discharge curve of Example 2. Moreover, the relationship between the discharge capacity density (mAh / g) and the anion amount / positive electrode active material amount (mol / mol ratio) in each Example and Comparative Example is shown in FIG. 4 based on the charge / discharge test results. Furthermore, Table 1 summarizes the compositions and charge / discharge test results of Examples and Comparative Examples.

Figure 2012164480
Figure 2012164480

図2及び図3において、縦軸は、電圧(V)を表し、横軸は、正極活物質(ルベアン酸)の質量当たりの容量密度(mAh/g)を示す。図2、図3及び図4より、実施例1及び実施例2は、比較例1に比して放電容量密度が高く、特に実施例1の放電容量密度が高いことが分かる。
以上の結果から、表1に示すように、電解液中の電解質濃度が1.0mol/Lよりも高い実施例1の電池及び実施例2の電池は、電解液中の電解質濃度が1.0mol/Lである比較例1の電池に比して、充放電容量密度が高いことが確認された。ここで、比較例1の電池は、特許文献1に開示されている電池に相当するところ、本発明によれば、従来に比して高い充放電容量密度を有する電池を提供できることが確認された。
また、アニオン量/正極活物質量(mol/mol比)が27以上である実施例1の電池は、アニオン量/正極活物質量(mol/mol比)が27未満である実施例2の電池及び比較例1の電池に比して、充放電容量密度が高いことも確認された。
2 and 3, the vertical axis represents voltage (V), and the horizontal axis represents the capacity density (mAh / g) per mass of the positive electrode active material (rubberic acid). 2, 3, and 4, it can be seen that Example 1 and Example 2 have a higher discharge capacity density than Comparative Example 1, and in particular, Example 1 has a higher discharge capacity density.
From the above results, as shown in Table 1, the battery of Example 1 and the battery of Example 2 in which the electrolyte concentration in the electrolytic solution is higher than 1.0 mol / L have an electrolyte concentration of 1.0 mol in the electrolytic solution. It was confirmed that the charge / discharge capacity density was high as compared with the battery of Comparative Example 1 which was / L. Here, the battery of Comparative Example 1 corresponds to the battery disclosed in Patent Document 1, and according to the present invention, it was confirmed that a battery having a higher charge / discharge capacity density than the conventional battery can be provided. .
Further, the battery of Example 1 in which the amount of anion / positive electrode active material (mol / mol ratio) is 27 or more is the battery of Example 2 in which the amount of anion / positive electrode active material (mol / mol ratio) is less than 27. It was also confirmed that the charge / discharge capacity density was higher than that of the battery of Comparative Example 1.

1…電池
2…正極
3…負極
4…セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery 2 ... Positive electrode 3 ... Negative electrode 4 ... Separator

Claims (5)

正極と、負極と、これら正極と負極との間に介在する電解質を含む電解液と、を備える電池であって、
前記正極は、活物質としてルベアン酸又はルベアン酸誘導体を含み、
前記電解液中における前記電解質のモル濃度は、1.0mol/Lよりも高いことを特徴とする電池。
A battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution containing an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode includes rubeanic acid or a rubeanic acid derivative as an active material,
The battery, wherein a molar concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is higher than 1.0 mol / L.
前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体のモル量に対する、前記電解質由来のアニオンのモル量の比が、27以上であることを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein a ratio of a molar amount of the anion derived from the electrolyte to a molar amount of the rubeanic acid or rubeanic acid derivative is 27 or more. 前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体は、下記式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする請求項1又は2記載の電池。
Figure 2012164480
[前記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表す。]
The battery according to claim 1 or 2, wherein the rubeanic acid or rubeanic acid derivative has a structural unit represented by the following formula (1).
Figure 2012164480
[In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, a saturated cyclic hydrocarbon group, or an unsaturated cyclic group. Hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, disulfide group or sulfone group To express. ]
前記ルベアン酸又はルベアン酸誘導体は、下記式(2)で表されることを特徴とする請求項1又は2記載の電池。
Figure 2012164480
[前記式(2)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、飽和鎖状炭化水素基、不飽和鎖状炭化水素基、飽和環状炭化水素基、不飽和環状炭化水素基、飽和複素環基、不飽和複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、水酸基、スルフィド基、ジスルフィド基又はスルホン基を表し、nは1以上の整数を表す。]
The battery according to claim 1 or 2, wherein the rubeanic acid or rubeanic acid derivative is represented by the following formula (2).
Figure 2012164480
[In the formula (2), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a saturated chain hydrocarbon group, an unsaturated chain hydrocarbon group, or a saturated cyclic hydrocarbon. Hydrogen group, unsaturated cyclic hydrocarbon group, saturated heterocyclic group, unsaturated heterocyclic group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, hydroxyl group, sulfide group, A disulfide group or a sulfone group is represented, and n represents an integer of 1 or more. ]
前記電解質由来のアニオンは、PF 、AsF 、BF 、Cl、Br、ClO 、CHSO 、CFSO 、CSO 、(CFSO及び(CFSO、からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1から4いずれか記載の電池。 The anion derived from the electrolyte includes PF 6 , AsF 6 , BF 4 , Cl , Br , ClO 4 , CH 3 SO 3 , CF 3 SO 3 , C 4 F 9 SO 3 , ( CF 3 SO 2) 2 N - and (CF 3 SO 2) 3 C -, battery of claims 1 4, wherein any one, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
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