JP2012221574A - Radical compound and manufacturing method thereof, electrode active material, and secondary battery - Google Patents

Radical compound and manufacturing method thereof, electrode active material, and secondary battery Download PDF

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Norinari Nishi
教徳 西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode active material having excellent capacity maintenance rate and output characteristics at a high temperature and an excellent energy density.SOLUTION: The electrode active material including a radical compound containing a cyclic siloxane structure a part of which is a structure represented by a predetermined formula is provided in an embodiment. The electrode active material according to the embodiment has excellent cycle characteristics and output characteristics at high temperature and an excellent energy density. According to the embodiment, a battery including the electrode active material composed of light and safety elements without heavy metals can be obtained.

Description

本発明は、ラジカル化合物に関する。また、該ラジカル化合物の製造方法に関する。また、該ラジカル化合物を含む電極活物質に関する。また、該電極活物質を有する二次電池に関する。   The present invention relates to a radical compound. The present invention also relates to a method for producing the radical compound. The present invention also relates to an electrode active material containing the radical compound. Further, the present invention relates to a secondary battery having the electrode active material.

近年、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯電子機器は、通信システムの発展に伴い急激に普及しており、またそれらの性能も年々向上している。特に、携帯機器は、性能の向上に伴い消費電力も大きくなる傾向にある。そこで、その電源である電池は高エネルギー密度及び高出力を有することが求められている。   In recent years, portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones are rapidly spreading with the development of communication systems, and their performance is also improving year by year. In particular, portable devices tend to increase power consumption as performance improves. Therefore, the battery as the power source is required to have a high energy density and a high output.

高エネルギー密度を有する電池としては、リチウムイオン電池が挙げられる。リチウムイオン電池は、1990年代に開発されて以来広く用いられるようになった。リチウムイオン電池は、電極活物質として、例えば、正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素を用いた構成が知られている。リチウムイオン電池は、これら電極活物質へのリチウムイオンの挿入及び脱離反応を利用して充放電を行っている。リチウムイオン電池はエネルギー密度が大きく、サイクル特性に優れており、携帯電話をはじめとした種々の電子機器に利用されている。しかしながら、電極反応の反応速度が小さいため、大きな電流を取り出すと電池性能は著しく低下する場合がある。そのため、リチウムイオン電池は、大きな出力を取りだすことが難しく、また充電のためにも長時間要するという問題があった。   Examples of the battery having a high energy density include a lithium ion battery. Lithium ion batteries have been widely used since they were developed in the 1990s. As the electrode active material, for example, a lithium ion battery is known in which a lithium-containing transition metal oxide such as lithium manganate or lithium cobaltate is used for the positive electrode and carbon is used for the negative electrode. Lithium ion batteries are charged and discharged by utilizing insertion and desorption reactions of lithium ions into these electrode active materials. Lithium ion batteries have high energy density and excellent cycle characteristics, and are used in various electronic devices such as mobile phones. However, since the reaction rate of the electrode reaction is small, the battery performance may be significantly lowered when a large current is taken out. Therefore, the lithium ion battery has a problem that it is difficult to obtain a large output, and it takes a long time for charging.

大きな出力をだすことができる蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。大電流を一度に放出できるため大きな出力をだすことが可能であり、サイクル特性にも優れている。そのため、電気二重層キャパシタはバックアップ電源としても開発が進められている。しかしながら、エネルギー密度が小さく、小型化が困難であることから、携帯電子機器の電源には適していない場合がある。   An electric double layer capacitor is known as an electricity storage device capable of producing a large output. Since a large current can be discharged at one time, a large output can be produced and the cycle characteristics are excellent. Therefore, electric double layer capacitors are being developed as backup power sources. However, since energy density is small and downsizing is difficult, it may not be suitable for the power source of portable electronic devices.

軽量でエネルギー密度の大きな電極材料を得る目的で、電極活物質に硫黄化合物や有機化合物を用いた電池も開発されてきた。例えば、特許文献1(米国特許第4,833,048号明細書)及び特許文献2(特許第2715778号公報)にはジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が開示されている。これはジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。   In order to obtain an electrode material that is lightweight and has a large energy density, a battery using a sulfur compound or an organic compound as an electrode active material has been developed. For example, Patent Document 1 (US Pat. No. 4,833,048) and Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2715778) disclose batteries using an organic compound having a disulfide bond as a positive electrode. This is an electrochemical redox reaction involving generation and dissociation of disulfide bonds, which is used as a battery principle. Since this battery is composed of an electrode material mainly composed of an element having a small specific gravity such as sulfur or carbon, it has a certain effect in terms of a high-capacity battery having a high energy density.

また、有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極材料に用いた電池が提案されている。これは導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ラジカルを、対イオンによって安定化させる反応のことである。特許文献3(米国特許第4,442,187号明細書)には、このような導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として期待された。   In addition, as a battery using an organic compound, a battery using a conductive polymer as an electrode material has been proposed. This is a battery based on the principle of doping and dedoping of electrolyte ions with respect to a conductive polymer. The dope reaction is a reaction in which a charged radical generated by oxidation or reduction of a conductive polymer is stabilized by a counter ion. Patent Document 3 (US Pat. No. 4,442,187) discloses a battery using such a conductive polymer as a positive electrode or negative electrode material. This battery was composed only of elements having a small specific gravity such as carbon and nitrogen, and was expected as a high capacity battery.

有機化合物を電池の電極活物質と用いる電池として、ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池が提案されている。たとえば、特許文献4(特開2002−151084公報)には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物および特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などの有機ラジカル化合物が活物質として開示されている。また、特許文献4には、これらの有機ラジカル化合物を正極もしくは負極の材料として用いる電池が開示されている。さらに、特許文献5(特開2002−304996号公報)には、ニトロキシド化合物の中でも、特に環状ニトロキシド構造を有する化合物を電極活物質として用いる蓄電デバイスが開示されている。また、そこで電極活物質として用いられるラジカル化合物は、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン メタクリレートを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリルと反応させて重合した後、m−クロロ過安息香酸を用いて酸化することで合成されている。   As a battery using an organic compound as a battery electrode active material, a battery using a redox reaction of a radical compound has been proposed. For example, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-151084) discloses organic radical compounds such as nitroxide radical compounds, aryloxy radical compounds, and polymer compounds having a specific aminotriazine structure as active materials. Patent Document 4 discloses a battery using these organic radical compounds as a positive electrode or negative electrode material. Further, Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-304996) discloses an electricity storage device using a compound having a cyclic nitroxide structure as an electrode active material among nitroxide compounds. Further, the radical compound used as an electrode active material therefor is 2, m-chloroperbenzoic acid after polymerization by reacting 2,2,6,6-tetramethylpiperidine methacrylate with azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator. It is synthesized by oxidizing with an acid.

さらに、有機ラジカル化合物として有機ケイ素化合物(シリコーン)を用いる電池も提案されている。たとえば、特許文献6(特開2009−298873号公報)には、ヒドロシリル化反応によってアルキル鎖を介してラジカルが置換した化合物が開示されており、特許文献7(特開2010−163551号公報)には、アルキル鎖を介さずにラジカル化合物が置換した化合物が開示されている。   Furthermore, a battery using an organosilicon compound (silicone) as an organic radical compound has also been proposed. For example, Patent Document 6 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-298873) discloses a compound in which a radical is substituted via an alkyl chain by a hydrosilylation reaction, and Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-163551). Discloses a compound in which a radical compound is substituted without an alkyl chain.

米国特許第4,833,048号明細書US Pat. No. 4,833,048 特許第2715778号明細書Japanese Patent No. 2715778 米国特許第4,442,187号明細書U.S. Pat. No. 4,442,187 特開2002−151084号公報JP 2002-151084 A 特開2002−304996号公報JP 2002-304996 A 特開2009−298873号公報JP 2009-298873 A 特開2010−163551号公報JP 2010-163551 A

しかし、特許文献1及び2で記載されるジスルフィド結合を有する有機化合物を用いた場合、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや電極活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすい場合がある。   However, when the organic compound having a disulfide bond described in Patent Documents 1 and 2 is used, the charge / discharge cycle is reduced due to the low efficiency of the dissociated bond recombining and the diffusion of the electrode active material into the electrolyte. If they are stacked, the capacity may be easily reduced.

また、特許文献3に記載されるような導電性高分子は、酸化還元によって生じる荷電ラジカルがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが静電反発やラジカルの消失をもたらす相互作用を奏するという特性がある。この特性は発生する荷電ラジカルすなわちドープ濃度に限界をもたらすものであり、電池の容量を制限するものである。例えば、ポリアニリンを正極に用いた電池のドープ率は50%以下であり、またポリアセチレンの場合は7%であると報告されている。導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、高いエネルギー密度をもつ電池は得られ難い。   In addition, in the conductive polymer described in Patent Document 3, charged radicals generated by redox are delocalized over a wide range of π-electron conjugated systems, which cause electrostatic repulsion and radical disappearance. There is a characteristic of interacting. This characteristic brings a limit to the generated charged radical, that is, the doping concentration, and limits the capacity of the battery. For example, it has been reported that the doping rate of a battery using polyaniline as a positive electrode is 50% or less, and 7% in the case of polyacetylene. A battery using a conductive polymer as an electrode material has a certain effect in terms of weight reduction, but it is difficult to obtain a battery having a high energy density.

また、特許文献4乃至7に記載されるような有機ラジカル化合物の酸化還元反応を利用する電池では、出力特性には優れるものの、高温時に充放電サイクルさせることで容量が減少してしまうという場合がある。   Moreover, in the battery using the oxidation-reduction reaction of the organic radical compound as described in Patent Documents 4 to 7, although the output characteristics are excellent, there is a case where the capacity is reduced by charging / discharging cycle at a high temperature. is there.

また、特許文献6及び7に記載されるような有機ケイ素化合物は、シリコーンの持つ高い安定性という点では一定の効果を奏している。しかし、シリコーン骨格の側鎖に高い効率でラジカル官能基を導入し難いため、高いエネルギー密度を有する電池が得られない場合がある。これは、シリコーンの末端に充放電に寄与しないトリメチルシリル基が数多く存在するためであると推測される。   Moreover, the organosilicon compounds as described in Patent Documents 6 and 7 have certain effects in terms of the high stability of silicone. However, since it is difficult to introduce a radical functional group into the side chain of the silicone skeleton with high efficiency, a battery having a high energy density may not be obtained. This is presumed to be due to the presence of many trimethylsilyl groups that do not contribute to charge / discharge at the terminal of the silicone.

上記で述べたように、正極に遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン電池では、高エネルギー密度化及び高出力化を図ることが困難であった。また、電気二重層キャパシタは大きな出力を有するものの、重量あたりのエネルギー密度が低く、高容量化が困難であった。硫黄化合物や導電性高分子を電極活物質に利用した電池は、エネルギー密度の点で課題があった。また、有機ラジカル化合物を用いる電池では高温時のサイクル劣化が課題であった。   As described above, in a lithium ion battery using a transition metal oxide for the positive electrode, it has been difficult to achieve high energy density and high output. Moreover, although the electric double layer capacitor has a large output, the energy density per weight is low and it is difficult to increase the capacity. A battery using a sulfur compound or a conductive polymer as an electrode active material has a problem in terms of energy density. Further, in a battery using an organic radical compound, cycle deterioration at a high temperature has been a problem.

そこで、本実施形態は、エネルギー密度、高温時における容量維持率及び出力特性に優れた電極活物質を提供することを目的とする。また、本実施形態は、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力を出すことができる電池を提供することを目的とする。また、電極活物質として用いるラジカル化合物の製造方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present embodiment is to provide an electrode active material that is excellent in energy density, capacity retention at high temperatures, and output characteristics. Another object of the present embodiment is to provide a battery that has a high energy density and can provide a large output. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the radical compound used as an electrode active material.

本実施形態の一は、下記式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物を含む電極活物質である。   One of the embodiments is an electrode active material containing a radical compound containing a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (1).

Figure 2012221574
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(式(1)において、Zは下記式(2)で表される。R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。) (In formula (1), Z is represented by the following formula (2). R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)

Figure 2012221574
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(式(2)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。Xは、単結合、又は置換若しくは無置換のアルキレン基を示す。)
本実施形態の一は、下記式(7)で表されるラジカル化合物と下記式(8)で表される環状シロキサン化合物とを反応させることを特徴とする化合物の製造方法である。
(In the formula (2), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group. X represents a single bond or a substituted or unsubstituted alkylene group.)
One of the embodiments is a method for producing a compound characterized by reacting a radical compound represented by the following formula (7) with a cyclic siloxane compound represented by the following formula (8).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(7)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。Yは、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。) (In the formula (7), A is, .Y showing a linking group heterocyclic ring containing nitrogen to form a 5- to 7-membered ring, .R 1 to R represents a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkenyl group 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.)

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(8)において、R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)
本実施形態の一は、下記式(13)で表される環状シロキサン構造を有するラジカル化合物である。
(In Formula (8), R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)
One of the embodiments is a radical compound having a cyclic siloxane structure represented by the following formula (13).

Figure 2012221574
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(式(13)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する置換基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。R5は、炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基を示す。Xは、単結合、又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す。nは、2〜6の整数を示す。) (In the formula (13), A represents a substituent in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a group having 1 to 3 carbon atoms. R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, n represents , Represents an integer of 2 to 6.)

本実施形態に係る電極活物質は、エネルギー密度、高温時のサイクル特性、及び出力特性に優れている。本実施形態によれば、電極活物質として重金属を含まない軽くて安全な元素から構成される電池を得ることが可能となる。   The electrode active material according to this embodiment is excellent in energy density, high-temperature cycle characteristics, and output characteristics. According to the present embodiment, it is possible to obtain a battery composed of light and safe elements that do not contain heavy metals as the electrode active material.

本発明者らは、鋭意検討した結果、今までに電極活物質として利用されなかった特定の有機化合物、すなわち分子内に下記式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物(以下、環状シロキサンラジカル化合物とも称す。)を電極活物質として利用することにより、前記課題を解決できることを見出した。環状構造には末端構造が存在しないため、一般の重合体に存在する充放電に寄与しない置換基を省くことができる。すなわち、本実施形態の電極活物質を用いることにより、高エネルギー密度を有し、大きな電流を放電できる電池を提供することができる。   As a result of intensive studies, the present inventors have determined that a specific organic compound that has not been used as an electrode active material until now, that is, a radical containing a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (1) in the molecule It has been found that the above problem can be solved by using a compound (hereinafter also referred to as a cyclic siloxane radical compound) as an electrode active material. Since the cyclic structure does not have a terminal structure, a substituent that does not contribute to charge / discharge existing in a general polymer can be omitted. That is, by using the electrode active material of the present embodiment, a battery having a high energy density and capable of discharging a large current can be provided.

(実施形態1)
本実施形態は、下記式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物を含む電極活物質である。
(Embodiment 1)
This embodiment is an electrode active material containing a radical compound containing a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (1).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(1)において、Zは下記式(2)で表される。R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。) (In formula (1), Z is represented by the following formula (2). R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(2)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。Xは、単結合、又は置換若しくは無置換のアルキレン基を示す。)。 (In the formula (2), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group. X represents a single bond or a substituted or unsubstituted alkylene group.

また、環状シロキサンラジカル化合物は下記式(3)で表されることが好ましい。   The cyclic siloxane radical compound is preferably represented by the following formula (3).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(3)において、Qは水素原子又は上記式(2)で表される基であり、Qの少なくとも1つは上記式(2)で表される基である。R5は、式(1)におけるR5と同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。 (In the formula (3), Q is a group represented by hydrogen or the formula (2), .R 5 at least one of Q is a group represented by the above formula (2) has the formula ( It has the same meaning as R 5 in 1), and n represents an integer of 2 to 6.)

さらに、環状シロキサンラジカル化合物は下記式(4)又は式(5)で表されることがより好ましい。   Furthermore, the cyclic siloxane radical compound is more preferably represented by the following formula (4) or formula (5).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(4)において、A、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるA、R1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。 In (Equation (4), A, R 1 ~R 4, R 5, and X, A in the formula (1) and (2), R 1 ~R 4 , R 5, and X and the same meaning, respectively N represents an integer of 2 to 6.)

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(5)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。 (In Formula (5), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(6)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。 (In Formula (6), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).

なお、本明細書において、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状又は環状のものを含む。   In the present specification, the alkyl group includes a linear, branched or cyclic group.

また、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基を示すことが好ましい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。 Moreover, it is preferable that R < 1 > -R < 4 > shows a C1-C3 alkyl group each independently. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group.

また、R5は、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基を示すことが好ましい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。 R 5 preferably represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.

また、Xは単結合又は炭素数1〜12のアルキレン基を示すことが好ましい。また、Xは炭素数3〜12のアルキレン基を示すことがより好ましく、炭素数3〜9のアルキレン基を示すことがさらに好ましく、炭素数3〜6のアルキレン基を示すことがとくに好ましい。アルキレン基としては、例えば、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、ウンデシレン基、ドデシレン基等が挙げられる。   X preferably represents a single bond or an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms. X is more preferably an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, more preferably an alkylene group having 3 to 9 carbon atoms, and particularly preferably an alkylene group having 3 to 6 carbon atoms. Examples of the alkylene group include a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group, a heptylene group, an octylene group, a nonylene group, a decylene group, an undecylene group, and a dodecylene group.

置換基としては、例えば、ハロゲン原子や炭素数1〜3のアルキル基等が挙げられる。   Examples of the substituent include a halogen atom and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

環状シロキサンラジカル化合物は、充放電の過程で、例えば下記スキーム(I)もしくは(II)で表されるような酸化還元反応を行う。スキーム(I)の酸化還元反応では、環状シロキサンラジカル化合物を正極に用いた場合、充電により(A)から(B)の状態になり、電子が放出される。放電により(B)から(A)の状態になり電子を受け取る。また、スキーム(II)の酸化還元反応では、環状シロキサンラジカル化合物を正極に用いた場合、充電により(C)から(D)の状態になり、電子が放出される。放電により(D)から(C)の状態になり電子を受け取る。環状シロキサンラジカル化合物の酸化還元反応の安定性から、スキーム(I)の酸化還元による充放電を行うことが好ましい。   The cyclic siloxane radical compound undergoes an oxidation-reduction reaction represented by, for example, the following scheme (I) or (II) during the charge / discharge process. In the oxidation-reduction reaction of Scheme (I), when a cyclic siloxane radical compound is used for the positive electrode, the state changes from (A) to (B) by charging, and electrons are released. The state changes from (B) to (A) by discharging, and receives electrons. In addition, in the oxidation-reduction reaction of Scheme (II), when a cyclic siloxane radical compound is used for the positive electrode, the state changes from (C) to (D) by charging, and electrons are released. The state changes from (D) to (C) by discharging, and receives electrons. In view of the stability of the redox reaction of the cyclic siloxane radical compound, it is preferable to perform charge / discharge by redox of scheme (I).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

電池において電極活物質は充放電により酸化もしくは還元されるため、電極活物質は出発状態と還元状態の二つの状態を取る。本実施形態において、前記電極活物質は充電または放電された状態の何れかの状態で、上記式のいずれかで表された構造をとる。   In the battery, the electrode active material is oxidized or reduced by charge / discharge, and therefore the electrode active material takes two states, a starting state and a reduced state. In this embodiment, the electrode active material has a structure represented by any one of the above formulas in either a charged or discharged state.

本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物は電極活物質として優れた性質を有する。本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物は可逆的に安定して酸化還元反応を起こすことができる。したがって、本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、充放電を安定して行うことができ、高温時でもサイクル特性に優れている。   The cyclic siloxane radical compound in this embodiment has excellent properties as an electrode active material. The cyclic siloxane radical compound in this embodiment can reversibly and stably cause a redox reaction. Therefore, the battery using the cyclic siloxane radical compound in the present embodiment as an electrode active material can be stably charged and discharged, and has excellent cycle characteristics even at high temperatures.

また、本実施形態におけるラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、従来のリチウムイオン電池などに比べて優れた高出力特性を有する。これは、本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物のラジカル構造環が大きな電極反応速度をもつため、大きな電流を一度に放電することができるからである。また、ラジカル構造環は、炭素、窒素、水素、酸素という質量の小さい元素から構成することができるため、電極活物質の質量を小さくすることができる。したがって、本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物を用いて製造した電極の単位質量あたりの容量密度は大きくなる。その結果、本実施形態の電極活物質を用いることにより、質量当たりのエネルギー密度が大きな電池を作製することができる。また、特にシロキサン構造を用いた場合、高温サイクル特性の優れた電池が得られる。これは、シロキサン構造の主鎖骨格であるSi-O結合の結合エネルギーが、C-C結合やC-O結合と比較しても大きく、化学的および熱的に安定であるためであると考えられる。さらに、シロキサン構造の中でも環状シロキサン構造を用いた場合、鎖状シロキサンを用いた場合と比較して、大きなエネルギー密度を得ることができると考えられる。これは、鎖状シロキサンには分子の両末端に充放電に寄与しないトリメチルシリル基が存在するのに対し、環状シロキサンには末端構造が存在しないためであると推測される。   In addition, the battery using the radical compound as an electrode active material in the present embodiment has excellent high output characteristics as compared with a conventional lithium ion battery or the like. This is because the radical structure ring of the cyclic siloxane radical compound in the present embodiment has a large electrode reaction rate, so that a large current can be discharged at a time. Further, since the radical structure ring can be composed of elements having a small mass such as carbon, nitrogen, hydrogen, and oxygen, the mass of the electrode active material can be reduced. Therefore, the capacity density per unit mass of the electrode manufactured using the cyclic siloxane radical compound of this embodiment becomes large. As a result, by using the electrode active material of this embodiment, a battery having a large energy density per mass can be produced. In particular, when a siloxane structure is used, a battery having excellent high-temperature cycle characteristics can be obtained. This is thought to be because the bond energy of the Si—O bond, which is the main chain skeleton of the siloxane structure, is larger than that of the C—C bond and the C—O bond, and is chemically and thermally stable. Furthermore, it is considered that when a cyclic siloxane structure is used among siloxane structures, a larger energy density can be obtained as compared with a case where a chain siloxane is used. This is presumably because the chain siloxane has trimethylsilyl groups that do not contribute to charge / discharge at both ends of the molecule, whereas the cyclic siloxane has no terminal structure.

本実施形態では、正極もしくは負極での電極反応に、環状シロキサンラジカル化合物が寄与していればよく、電極活物質として正極活物質もしくは負極活物質のいずれかに用いられる場合に限定されるものではない。ただし、本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物は、エネルギー密度の観点から、正極活物質として用いられることが好ましい。また、本実施形態の二次電池は、高い電圧、大きな容量が得られるという観点から、負極活物質として金属リチウムあるいはリチウムイオンが挿入・脱着可能な炭素を用いることが好ましい。   In the present embodiment, the cyclic siloxane radical compound only needs to contribute to the electrode reaction at the positive electrode or the negative electrode, and is not limited to being used as either the positive electrode active material or the negative electrode active material as the electrode active material. Absent. However, the cyclic siloxane radical compound in the present embodiment is preferably used as a positive electrode active material from the viewpoint of energy density. In addition, in the secondary battery of the present embodiment, it is preferable to use metallic lithium or carbon into which lithium ions can be inserted / desorbed as the negative electrode active material from the viewpoint of obtaining a high voltage and a large capacity.

なお、本実施形態における環状シロキサンラジカル化合物は、例えば、以下の方法により製造できる。すなわち、本実施形態は、下記式(7)で表されるラジカル化合物と下記式(8)で表される環状シロキサン化合物を反応させることを特徴とするラジカル化合物の製造方法である。   In addition, the cyclic siloxane radical compound in this embodiment can be manufactured by the following method, for example. That is, this embodiment is a method for producing a radical compound, characterized by reacting a radical compound represented by the following formula (7) with a cyclic siloxane compound represented by the following formula (8).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(7)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。Yは、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。)。 (In the formula (7), A is, .Y showing a linking group heterocyclic ring containing nitrogen to form a 5- to 7-membered ring, .R 1 to R represents a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkenyl group 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(8)において、R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)。 (In Formula (8), R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)

また、本実施形態の製造方法において、原料として用いるラジカル化合物が下記式(11)で表されることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, it is preferable that the radical compound used as a raw material is represented by following formula (11).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(11)において、Y、及びR1〜R4は、式(7)におけるとY、及びR1〜R4同じ意味を示す。)。 (In the formula (11), Y, and R 1 to R 4 denotes as in equation (7) Y, and R 1 to R 4 the same meaning.).

また、本実施形態の製造方法において、原料として用いるラジカル化合物が下記式(12)で表されることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, it is preferable that the radical compound used as a raw material is represented by following formula (12).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(12)において、Y、及びR1〜R4は、式(7)と同様の基を示す。)。 (In Formula (12), Y and R < 1 > -R < 4 > show the group similar to Formula (7).).

また、上述のように、R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基を示すことが好ましい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。また、R5も、上述のように、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基を示すことが好ましい。 Further, as described above, R 1 to R 4 are each independently, it is preferable that an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group. R 5 also preferably represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, as described above.

また、Yは、水素原子又は炭素数2〜12のアルケニル基であることが好ましい。また、Yは炭素数3〜12のアルケニル基であることがより好ましく、炭素数3〜9のアルケニル基であることがさらに好ましく、炭素数3〜6のアルケニル基であることがとくに好ましくい。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−メチル−1−プロペニル基、2−メチル−1−プロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、3−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、1−デセニル基などが挙げられる。また、アルケニル基は、末端に二重結合を有するものが好ましく、炭素数3〜12の末端に二重結合を有するものがより好ましい。   Y is preferably a hydrogen atom or an alkenyl group having 2 to 12 carbon atoms. Y is more preferably an alkenyl group having 3 to 12 carbon atoms, more preferably an alkenyl group having 3 to 9 carbon atoms, and particularly preferably an alkenyl group having 3 to 6 carbon atoms. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, 1-propenyl group, 2-propenyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1-methyl-1-propenyl group, 2-methyl-1- A propenyl group, 1-methyl-2-propenyl group, 1-pentenyl group, 2-pentenyl group, 3-pentenyl group, 1-hexenyl group, 1-decenyl group and the like can be mentioned. The alkenyl group preferably has a double bond at the terminal, and more preferably has a double bond at the terminal having 3 to 12 carbon atoms.

また、原料として用いるラジカル化合物の具体例として、例えば、下記式(34)や(35)で表されるラジカル化合物を挙げることができる。   Specific examples of the radical compound used as a raw material include radical compounds represented by the following formulas (34) and (35).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

Figure 2012221574
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置換基としては、例えば、ハロゲン原子や炭素数1〜3のアルキル基等が挙げられる。   Examples of the substituent include a halogen atom and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

(実施形態2)
図1に本実施形態の電池の構成例を示す。図1に示された電池は、正極5と負極3と電解質を含むセパレータ4を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極5上に正極集電体6を重ね合わせた構成を有している。これらは負極側のステンレス外装1と正極側のステンレス外装1とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン2が配置される。なお、電解質として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、セパレータ4に代えてこれら電解質を電極間に介在させる形態にすることもできる。
(Embodiment 2)
FIG. 1 shows a configuration example of the battery of this embodiment. The battery shown in FIG. 1 has a configuration in which a positive electrode 5, a negative electrode 3, and a separator 4 containing an electrolyte are stacked so as to face each other, and a positive electrode current collector 6 is stacked on the positive electrode 5. . These are externally covered with a stainless steel exterior 1 on the negative electrode side and a stainless steel exterior 1 on the positive electrode side, and an insulating packing 2 made of an insulating material such as a plastic resin is disposed between them for the purpose of preventing electrical contact therebetween. . In addition, when using solid electrolyte and gel electrolyte as electrolyte, it can replace with the separator 4 and can also be made into the form which interposes these electrolytes between electrodes.

本発明では、このような構成において、負極3もしくは正極5または両電極に用いられる電極活物質が、環状シロキサンラジカル化合物を含有する電極活物質であることを特徴とする。   In the present invention, the present invention is characterized in that the electrode active material used for the negative electrode 3 or the positive electrode 5 or both electrodes is an electrode active material containing a cyclic siloxane radical compound.

本実施形態の電池は、電池容量の点から、正極活物質として上記の電極活物質を用いたリチウム電池、特にリチウム二次電池とすることが好ましい。   The battery of the present embodiment is preferably a lithium battery using the above electrode active material as a positive electrode active material, particularly a lithium secondary battery, from the viewpoint of battery capacity.

[1]電極活物質
電極活物質とは、充電反応および放電反応等の電極反応に寄与する物質のことである。
[1] Electrode active material An electrode active material is a substance that contributes to electrode reactions such as charge reaction and discharge reaction.

本実施形態の電極活物質は、本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物を含有する。   The electrode active material of this embodiment contains the cyclic siloxane radical compound of this embodiment.

本実施形態の電池において、電極活物質は電極集電体に固定された状態が好ましい。   In the battery of the present embodiment, the electrode active material is preferably fixed to the electrode current collector.

式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物において、式(1)で表される部分構造がラジカル化合物に対して、60モル%以上であることが好ましく、70以上モル%であることがより好ましく、80モル%であることがさらに好ましく、90モル%であることが特に好ましい。これは、ラジカル化合物中において式(1)で表される部分構造の割合が高いほど、電池容量が大きくなるためである。   In the radical compound including the cyclic siloxane structure having the partial structure represented by the formula (1), the partial structure represented by the formula (1) is preferably 60 mol% or more, and 70 or more based on the radical compound. It is more preferably mol%, more preferably 80 mol%, and particularly preferably 90 mol%. This is because the battery capacity increases as the proportion of the partial structure represented by the formula (1) in the radical compound increases.

本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物としては、例えば、下記式(16)〜(31)で表される化合物が挙げられる。   Examples of the cyclic siloxane radical compound of the present embodiment include compounds represented by the following formulas (16) to (31).

Figure 2012221574
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上記式(16)で表される環状シロキサンラジカル化合物は、例えば、下記の合成スキーム(32)に示すルートで合成することができる。すなわち、遷移金属触媒存在下、環状シロキサンとラジカル化合物を反応させる方法で合成することが出来る。   The cyclic siloxane radical compound represented by the above formula (16) can be synthesized, for example, by the route shown in the following synthesis scheme (32). That is, it can be synthesized by a method of reacting a cyclic siloxane with a radical compound in the presence of a transition metal catalyst.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

遷移金属触媒としては、例えば、イリジウム系化合物、ルテニウム系化合物、ロジウム系化合物、白金系化合物、パラジウム系化合物、ニッケル系化合物を用いることができる。ニッケル触媒としては、例えば、Ni(cod)2、NiCl2(PPh32、NiCl2、Ni(OAc)2、Ni(PPh34等が挙げられる。パラジウム触媒としては、例えば、Pd2(dba)3、Pd(PPh34、Pd(OAc)2、PdCl2、PdCl2(PPh32、PdCl2(dppf)、PdCl2(dppb)等が挙げられる。白金触媒としては、例えば、H2PtCl6、K2PtCl6、Na2PtCl6、(Bu4N)PtCl6、[Pt(CH2=CHSiMe22O](Karstedt’s catalyst)等が挙げられる。ロジウム触媒としては、例えば、RhCl3、Rh2(OAc)4、[RhCl(cod)]2、RhCl(PPh33、[RhCl(nbd)]2、[Rh(nbd)2]BF4、[Rh(cod)2]BF4等が挙げられる。ルテニウム触媒としては、例えば、RuCl2(PPh3)3等が挙げられる。 Examples of the transition metal catalyst that can be used include iridium compounds, ruthenium compounds, rhodium compounds, platinum compounds, palladium compounds, and nickel compounds. Examples of the nickel catalyst include Ni (cod) 2 , NiCl 2 (PPh 3 ) 2 , NiCl 2 , Ni (OAc) 2 , and Ni (PPh 3 ) 4 . Examples of the palladium catalyst include Pd 2 (dba) 3 , Pd (PPh 3 ) 4 , Pd (OAc) 2 , PdCl 2 , PdCl 2 (PPh 3 ) 2 , PdCl 2 (dppf), PdCl 2 (dppb), and the like. Is mentioned. Examples of the platinum catalyst include H 2 PtCl 6 , K 2 PtCl 6 , Na 2 PtCl 6 , (Bu 4 N) PtCl 6 , [Pt (CH 2 = CHSiMe 2 ) 2 O] (Karstedt's catalyst), and the like. Can be mentioned. Examples of the rhodium catalyst include RhCl 3 , Rh 2 (OAc) 4 , [RhCl (cod)] 2 , RhCl (PPh 3 ) 3 , [RhCl (nbd)] 2 , [Rh (nbd) 2 ] BF 4 , [Rh (cod) 2 ] BF 4 and the like. Examples of the ruthenium catalyst include RuCl 2 (PPh3) 3 and the like.

環状シロキサンとしては、例えば、トリメチルシクロトリシロキサン(D3 H)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(D4 H)、ペンタメチルシクロペンタシロキサン(D5 H)、ヘキサメチルシクロヘキサシロキサン(D6 H)などの分子内にSi−H基を有する化合物を用いることができる。環状シロキサンにおけるSi−H基における水素原子は反応性が高いため、通常全て置換されるが、一部のみに置換反応が起こっていても良い。 Examples of the cyclic siloxane include trimethylcyclotrisiloxane (D 3 H ), tetramethylcyclotetrasiloxane (D 4 H ), pentamethylcyclopentasiloxane (D 5 H ), hexamethylcyclohexasiloxane (D 6 H ), and the like. A compound having a Si—H group in the molecule can be used. Since the hydrogen atoms in the Si—H group in the cyclic siloxane are highly reactive, they are usually all substituted, but a substitution reaction may be caused only in part.

ラジカル化合物としては、水酸基、ビニル基などの官能基を有する化合物を用いることができる。   As the radical compound, a compound having a functional group such as a hydroxyl group or a vinyl group can be used.

また、上記式(20)で表される環状シロキサンラジカル化合物は、例えば、下記の合成スキーム(33)に示すルートで合成することができる。すなわち、例えば8〜10族の遷移金属触媒存在下、環状シロキサンとラジカル化合物を反応させる方法(ヒドロシリル化反応)で合成することが出来る。   Moreover, the cyclic siloxane radical compound represented by the above formula (20) can be synthesized, for example, by the route shown in the following synthesis scheme (33). That is, for example, it can be synthesized by a method of reacting a cyclic siloxane with a radical compound (hydrosilylation reaction) in the presence of a group 8-10 transition metal catalyst.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

また、上記式(16)および(20)で表される化合物については、類似の方法で合成することが可能である。その場合、合成スキーム、使用する原料、反応条件等を適宜変更し、また公知の合成技術を組み合わせることで、目的とするラジカル化合物を合成することができる。この反応は、有機溶媒中で行うことが好ましい。有機溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジクロロメタン、クロロホルム等の一般的な有機溶媒を用いることができるが、さらに、ラジカル化合物、環状シロキサン、触媒の溶解性の観点から、テトラヒドロフラン溶媒中で行うことが好ましい。   The compounds represented by the above formulas (16) and (20) can be synthesized by a similar method. In that case, the target radical compound can be synthesized by appropriately changing the synthesis scheme, raw materials to be used, reaction conditions and the like, and combining known synthesis techniques. This reaction is preferably performed in an organic solvent. As the organic solvent, a general organic solvent such as tetrahydrofuran, toluene, dimethylformamide, dichloromethane, chloroform, etc. can be used. Furthermore, from the viewpoint of solubility of the radical compound, cyclic siloxane, and catalyst, it should be carried out in a tetrahydrofuran solvent. Is preferred.

また、本実施形態の電極活物質は、本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物を1種又は二種類以上を含んでも良い。   Moreover, the electrode active material of this embodiment may contain 1 type, or 2 or more types of the cyclic siloxane radical compound of this embodiment.

また、本実施形態の電極活物質は、環状シロキサンラジカル化合物に加え、他の電極活物質を含んでも良い。   In addition to the cyclic siloxane radical compound, the electrode active material of the present embodiment may include other electrode active materials.

本実施形態の電極活物質は、本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物を10〜90質量%含むことが好ましく、20〜80質量%含むことがより好ましい。   The electrode active material of this embodiment preferably contains 10 to 90% by mass of the cyclic siloxane radical compound of this embodiment, and more preferably contains 20 to 80% by mass.

環状シロキサンラジカル化合物を正極活物質として用いる場合、他の電極活物質としては、例えば、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物、および導電性高分子等を挙げることができる。ここで、金属酸化物としては、例えば、LiMnO2、LixMn24(0<x<2)等のマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、あるいはLiy25(0<y<2)、オリビン系材料LiFePO4、スピネル構造中のMnの一部を他の遷移金属で置換した材料LiNi0.5Mn1.54、LiCr0.5Mn1.54、LiCo0.5Mn1.54、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn0.52、LiNi0.33Mn0,33Co0.332、LiNi0.8Co0.22、LiN0.5Mn1.5-zTiz4(0<z<1.5)、等が挙げられる。ジスルフィド化合物としては、例えば、ジチオグリコール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、S−トリアジン−2,4,6−トリチオール等が挙げられる。他の安定ラジカル化合物としては、例えば、ポリ(4−メタクリロイロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)、ポリ(4−アクリロイロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)、ポリ(4−ビニロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)等が挙げられる。また、導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。これらの中でも、マンガン酸リチウムまたはLiCoO2であることが好ましい。これらの他の電極活物質は、単独もしくは2種以上を組み合わせて使用することもできる。 When a cyclic siloxane radical compound is used as the positive electrode active material, examples of other electrode active materials include metal oxides, disulfide compounds, other stable radical compounds, and conductive polymers. Here, examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Alternatively, Li y V 2 O 5 (0 <y <2), olivine-based material LiFePO 4 , materials in which a part of Mn in the spinel structure is substituted with another transition metal, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCr 0.5 Mn 1.5 O 4, LiCo 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2, LiNi 0.33 Mn 0,33 Co 0.33 O 2, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2, LiN 0.5 Mn 1.5-z Ti z O 4 (0 < z <1.5), and the like. Examples of the disulfide compound include dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol and the like. Examples of other stable radical compounds include poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl) and poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetra). Methyl piperidine-N-oxyl), poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl) and the like. Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. Among these, lithium manganate or LiCoO 2 is preferable. These other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

環状シロキサンラジカル化合物を負極活物質として用いる場合、他の電極活物質としては、例えば、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、導電性高分子等を挙げることができる。また、他の安定ラジカル化合物を用いてもよい。他の安定ラジカル化合物としては、ポリ(4−メタクリロイロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)、ポリ(4−アクリロイロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)、ポリ(4−ビニロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル)などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されず、例えば金属リチウムでは薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。また、これらの他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用できる。   When the cyclic siloxane radical compound is used as the negative electrode active material, examples of other electrode active materials include graphite, amorphous carbon, metallic lithium and lithium alloy, lithium ion storage carbon, metallic sodium, and conductive polymer. be able to. Moreover, you may use another stable radical compound. Other stable radical compounds include poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine -N-oxyl), poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl) and the like. These shapes are not particularly limited. For example, metallic lithium is not limited to a thin film shape, and may be a bulk shape, a powdered shape, a fiber shape, a flake shape, or the like. Among these, it is preferable to combine with metallic lithium or graphite. These other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の電池は、正極もしくは負極の一方の電極反応、または両方の電極反応における電極活物質として、環状シロキサンラジカル化合物を用いることができる。環状シロキサンラジカル化合物を一方の電極活物質として用いる場合、他方の電極における電極活物質として、従来公知の電極活物質が利用できる。   In the battery of this embodiment, a cyclic siloxane radical compound can be used as an electrode active material in one electrode reaction of the positive electrode or the negative electrode, or in both electrode reactions. When a cyclic siloxane radical compound is used as one electrode active material, a conventionally known electrode active material can be used as the electrode active material in the other electrode.

本実施形態の電極活物質は、正極活物質又は負極活物質のいずれかに限定されるものではないが、エネルギー密度の観点から、正極活物質であることが好ましい。   The electrode active material of the present embodiment is not limited to either a positive electrode active material or a negative electrode active material, but is preferably a positive electrode active material from the viewpoint of energy density.

また、さらに、本実施形態の電極活物質が正極活物質である場合、負極活物質としては、例えば、金属リチウム、シリコンや酸化シリコンなどのシリコン系化合物、スズや酸化スズなどのスズ系化合物、グラファイト等が挙げられる。   Furthermore, when the electrode active material of the present embodiment is a positive electrode active material, examples of the negative electrode active material include metallic lithium, silicon-based compounds such as silicon and silicon oxide, tin-based compounds such as tin and tin oxide, Examples thereof include graphite.

[2]導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材
電極活物質には、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤(補助導電材)やイオン伝導補助材を混合させることもできる。補助導電材としては、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子等が挙げられる。イオン伝導補助材としては、例えば、高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。これらの中でも、電極活物質には炭素繊維を混合させることが好ましい。炭素繊維を混合させることで電極の引張り強度がより大きくなり、電極におけるひびや剥がれの発生が抑制される。また、電極活物質には気相成長炭素繊維を混合させることがより好ましい。これらの材料は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。これらの材料の割合としては、例えば、1〜80質量%とすることができ、10〜50質量%が好ましい。
[2] Conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material) and ion-conducting auxiliary material The electrode active material has a conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material) and ionic conduction auxiliary for the purpose of reducing impedance and improving energy density and output characteristics It is also possible to mix the materials. Examples of auxiliary conductive materials include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF) and carbon nanotube, and conductive properties such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. Examples thereof include polymers. Examples of the ion conduction auxiliary material include a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte. Among these, it is preferable to mix carbon fiber with the electrode active material. By mixing the carbon fiber, the tensile strength of the electrode is further increased, and the occurrence of cracks and peeling in the electrode is suppressed. Moreover, it is more preferable to mix vapor growth carbon fiber with an electrode active material. These materials can be used alone or in admixture of two or more. As a ratio of these materials, it can be set as 1-80 mass%, for example, and 10-50 mass% is preferable.

[3]結着剤
電極活物質を電極集電体に固定するために、結着剤を用いることもできる。結着剤としては、特に制限されるものではないが、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、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダが挙げられる。これらの樹脂バインダは、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。結着剤の含有量は、例えば、活物質100質量部に対して、1〜20質量部であり、2〜10質量部が好ましい。
[3] Binder In order to fix the electrode active material to the electrode current collector, a binder can also be used. The binder is not particularly limited. For example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene Examples of the resin binder include butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, polyimide, and various polyurethanes. These resin binders can be used alone or in admixture of two or more. Content of a binder is 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of active materials, for example, and 2-10 mass parts is preferable.

[5]集電体
負極集電体や正極集電体の材料としては、特に制限されるものではなく、例えば、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等を用いることができる。また、負極集電体や正極集電体の形状としては、箔、板状、メッシュ状などの形状を選択することができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
[5] Current collector The material of the negative electrode current collector or the positive electrode current collector is not particularly limited, and for example, nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, carbon, or the like is used. Can do. Moreover, shapes, such as foil, plate shape, and mesh shape, can be selected as a shape of a negative electrode collector or a positive electrode collector. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the electrode active material and the current collector may be chemically bonded.

[6]セパレータ
セパレータとしては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布などを用いることができる。
[6] Separator The separator is not particularly limited, and for example, a porous film or a nonwoven fabric made of polyethylene, polypropylene, or the like can be used.

[7]電解質
電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には20℃で10-5〜10-1S/cmのイオン伝導性を有していることが好ましい。
[7] Electrolyte The electrolyte performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at 20 ° C. .

電解質としては、例えば、電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。   As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used.

電解質塩として、特に制限されるものではないが、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22N、Li(CF3SO23C、Li(C25SO23C等の従来公知の材料を用いることができる。これらの電解質塩は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。 As an electrolyte salt, but are not particularly limited, for example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N Conventionally known materials such as Li (CF 3 SO 2 ) 3 C and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be used. These electrolyte salts can be used alone or in admixture of two or more.

溶剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート類;プロピレンカーボネート誘導体;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類;などの非プロトン性有機溶媒が挙げられる。溶剤は、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(MEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の環状または鎖状カーボネート類が好ましい。また、その他にも、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、又はN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤は、一種を単独でもしくは2種類以上混合して用いることもできる。   Although it does not restrict | limit especially as a solvent, For example, cyclic carbonates, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC); dimethyl carbonate (DMC), Chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate (DPC); propylene carbonate derivatives; aliphatic carboxylic acids such as methyl formate, methyl acetate, ethyl propionate And aprotic organic solvents such as esters; Solvents are ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (MEC), dipropyl carbonate ( Cyclic or chain carbonates such as DPC) are preferred. In addition, an organic solvent such as γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone can be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

さらに、電解質として固体電解質を用いることもできる。固体電解質に用いられる高分子化合物としては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。固体電解質として、これらの高分子化合物によって電解液をゲル状にしたものを用いてもよい。また、固体電解質として、電解質塩を含有させた高分子化合物をそのまま用いても良い。   Further, a solid electrolyte can be used as the electrolyte. The polymer compound used for the solid electrolyte is not particularly limited. For example, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride such as monofluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer Polymer, acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer And acrylonitrile polymers such as acrylonitrile-acrylic acid copolymer, acrylonitrile-vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, and polymers of these acrylates and methacrylates. It is done. As the solid electrolyte, those obtained by gelling an electrolytic solution with these polymer compounds may be used. Moreover, a polymer compound containing an electrolyte salt may be used as it is as the solid electrolyte.

[8]電池形状
電池の形状は、特に制限されるものではなく、例えば従来公知のものを用いることができる。電池形状としては、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられる。また、電池は、例えば、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[8] Battery shape The shape of the battery is not particularly limited, and for example, a conventionally known one can be used. Examples of the battery shape include an electrode laminate or a wound body sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film composed of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film. Moreover, although a battery is produced with a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a sheet | seat shape etc., for example, this invention is not limited to these.

[9]電池の製造方法
電池の製造方法としては、特に制限されるものではなく、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。
[9] Battery Manufacturing Method The battery manufacturing method is not particularly limited, and a method appropriately selected according to the material can be used.

電池の製造方法としては、例えば、以下の工程が例示される。まず、電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させることにより電極を作製する。次に、作製した正極、負極をセパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包む。そして、外装体内に電解液を注入して封止することにより電池を作製する。   Examples of the battery manufacturing method include the following steps. First, a solvent is added to an electrode active material, a conductivity-imparting agent and the like to form a slurry, which is applied to an electrode current collector, and an electrode is produced by heating or volatilizing the solvent at room temperature. Next, the produced positive electrode and negative electrode are laminated or wound with a separator in between and wrapped with an outer package. Then, a battery is manufactured by injecting an electrolyte into the exterior body and sealing it.

スラリー化のための溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒、N、N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。   Examples of the solvent for slurrying include ether solvents such as tetrahydrofuran, diethyl ether and ethylene glycol dimethyl ether, amine solvents such as N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone, and aromatics such as benzene, toluene and xylene. Group hydrocarbon solvents, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane and heptane, halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, and carbon tetrachloride, alkyl ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, methanol, Examples thereof include alcohol solvents such as ethanol and isopropyl alcohol, and dimethyl sulfoxide.

また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤などを乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。電極の作製において、特に有機物の電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させる方法の場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しやすい。環状シロキサンラジカル化合物を用いた場合、電極活物質の厚さは80〜500μmであることが好ましい。この範囲の厚さであれば、電極に剥がれ、ひび割れ等が発生しにくい傾向がある。   In addition, as a method for manufacturing an electrode, there is a method in which an electrode active material, a conductivity-imparting agent, and the like are kneaded in a dry method and then thinned and laminated on an electrode current collector. In the production of electrodes, in particular, in the case of a method in which a solvent is added to an organic electrode active material, a conductivity imparting agent, etc. and applied to an electrode current collector, and the solvent is volatilized by heating or room temperature, peeling of the electrode, cracking, etc. Is likely to occur. When a cyclic siloxane radical compound is used, the thickness of the electrode active material is preferably 80 to 500 μm. If it is the thickness of this range, there exists a tendency for it not to peel to an electrode and to generate | occur | produce a crack.

電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は従来公知の方法を用いることができる。   Conventionally known methods can be used for other manufacturing conditions such as lead extraction from the electrode and exterior.

(実施形態3)
また、本実施形態は、下記式(13)で表される環状シロキサン構造を有するラジカル化合物である。本実施形態の環状シロキサンラジカル化合物は、電極活物質として優れた特性を有する。

(Embodiment 3)
Further, the present embodiment is a radical compound having a cyclic siloxane structure represented by the following formula (13). The cyclic siloxane radical compound of this embodiment has excellent properties as an electrode active material.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(13)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。R5は、炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基を示す。Xは、単結合、又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。 (In Formula (13), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a group having 1 to 3 carbon atoms. R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, n represents , Represents an integer of 2 to 6.)

また、式(13)で表されるラジカル化合物は、下記式(14)で表されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the radical compound represented by Formula (13) is represented by following formula (14).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(14)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(13)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。 (In Formula (14), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X in Formula (13), respectively, n is 2-6. Indicates an integer.)

また、式(13)で表されるラジカル化合物は、下記式(15)で表されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the radical compound represented by Formula (13) is represented by following formula (15).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

(式(15)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(13)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。 (In Formula (15), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (13), respectively, n is 2-6. Indicates an integer.)

以下、本発明の詳細について合成例、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the detail of this invention is concretely demonstrated by a synthesis example and an Example, this invention is not limited to these Examples.

(合成例1)
以下に示す合成スキーム(32)に従い、上記式(16)で表される環状シロキサンラジカル化合物(A)の合成を行った。
(Synthesis Example 1)
According to the synthesis scheme (32) shown below, the cyclic siloxane radical compound (A) represented by the above formula (16) was synthesized.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

まず、1Lの3口フラスコに、アルゴン雰囲気下脱水テトラヒドロフラン300mLへ、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル(TEMPO−OH)31.5g(183mmol)を加えて溶解させる。次に、トリメチルシクロトリシロキサン(D3 H)10g(55.4mmol)、触媒として[RhCl(cod)]226mg(0.25mol%)を加える。次に、室温で6時間攪拌した後、エバポレータにより溶媒を留去し、メタノール(500mL×3)を加えて室温で攪拌することで化合物を洗浄した。洗浄後、真空乾燥(40℃、6時間)を行うことで、収率70%で2,4,6−トリメチル−2,4,6−トリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシ)シクロトリシロキサンを得た。 First, 31.5 g (183 mmol) of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (TEMPO-OH) was added to 300 mL of dehydrated tetrahydrofuran in an argon atmosphere in a 1 L three-necked flask. Dissolve. Next, 10 g (55.4 mmol) of trimethylcyclotrisiloxane (D 3 H ) and 226 mg (0.25 mol%) of [RhCl (cod)] as a catalyst are added. Next, after stirring at room temperature for 6 hours, the solvent was distilled off by an evaporator, methanol (500 mL × 3) was added, and the compound was washed by stirring at room temperature. After washing, vacuum drying (40 ° C., 6 hours) is performed to obtain 2,4,6-trimethyl-2,4,6-tri (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-70% in a yield of 70%. N-oxy) cyclotrisiloxane was obtained.

(合成例2)
以下に示すスキーム(36)に従い、D3Hの代わりにD4Hを用いて環状シロキサンラジカル化合物(B)の合成を行った。
(Synthesis Example 2)
According to the following scheme (36), the cyclic siloxane radical compound (B) was synthesized using D 4 H instead of D 3 H.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

まず、1Lの3口フラスコに、アルゴン雰囲気下脱水テトラヒドロフラン300mLへ、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル(TEMPO−OH)31.5g(183mmol)を加えて溶解させる。次に、トリメチルシクロトリシロキサン(D4 H)10g(41.6mmol)、触媒量の[RhCl(cod)]225mg(0.25mol%)を加える。次に、室温で6時間攪拌した後、エバポレータにより溶媒を留去し、ヘキサン(300mL×3)、ジエチルエーテル(300mL×3)を加えて室温で攪拌することで化合物を洗浄した。洗浄後、真空乾燥(40℃、6時間)を行うことで、収率70%で、2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシ)シクロテトラシロキサンを得た。 First, 31.5 g (183 mmol) of 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (TEMPO-OH) was added to 300 mL of dehydrated tetrahydrofuran in an argon atmosphere in a 1 L three-necked flask. Dissolve. Next, 10 g (41.6 mmol) of trimethylcyclotrisiloxane (D 4 H ) and 225 mg (0.25 mol%) of [RhCl (cod)] in a catalytic amount are added. Next, after stirring at room temperature for 6 hours, the solvent was distilled off by an evaporator, hexane (300 mL × 3) and diethyl ether (300 mL × 3) were added, and the compound was washed by stirring at room temperature. After washing, vacuum drying (40 ° C., 6 hours) is performed to obtain 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetra (2,2,6,6) in a yield of 70%. 6-tetramethylpiperidine-N-oxy) cyclotetrasiloxane was obtained.

(合成例3)
以下に示すスキーム(33)に従い、式(20)で示される環状シロキサンラジカル化合物(C)の合成を行った。
(Synthesis Example 3)
The cyclic siloxane radical compound (C) represented by the formula (20) was synthesized according to the following scheme (33).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

まず、500mLの3口フラスコに、アルゴン雰囲気下脱水テトラヒドロフラン100mLへ、4−アリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル38.8g(183mmol)を加えて溶解させる。次に、トリメチルシクロトリシロキサン(D3 H)10g(55.4mmol)、触媒としてKarstedt’s catalystのキシレン溶液(0.2mol%)を加える。次に、100℃で3時間攪拌した後、エバポレータにより溶媒を留去し、ヘキサン(500mL×3)を加えて室温で攪拌することで化合物ーを洗浄した。洗浄後、真空乾燥(40℃、6時間)を行うことで、収率70%で2,4,6−トリメチル−2,4,6−トリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシ)プロピルシクロトリシロキサンを得た。 First, 38.8 g (183 mmol) of 4-allyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl is added and dissolved in 100 mL of dehydrated tetrahydrofuran in a 500 mL three-necked flask under an argon atmosphere. Next, 10 g (55.4 mmol) of trimethylcyclotrisiloxane (D 3 H ) and a xylene solution (0.2 mol%) of Karstedt's catalyst are added as a catalyst. Next, after stirring at 100 ° C. for 3 hours, the solvent was distilled off by an evaporator, hexane (500 mL × 3) was added, and the compound was washed by stirring at room temperature. After washing, vacuum drying (40 ° C., 6 hours) is performed to obtain 2,4,6-trimethyl-2,4,6-tri (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-70% in a yield of 70%. N-oxy) propylcyclotrisiloxane was obtained.

(合成例4)
以下に示すスキーム(37)に従い、環状シロキサンラジカル化合物(D)の合成を行った。
(Synthesis Example 4)
The cyclic siloxane radical compound (D) was synthesized according to the following scheme (37).

Figure 2012221574
Figure 2012221574

まず、500mLの3口フラスコに、アルゴン雰囲気下脱水テトラヒドロフラン100mLへ、4−アリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル38.8g(183mmol)を加えて溶解させる。次に、テトラメチルシクロテトラシロキサン(D4 H)10g(41.6mmol)、触媒としてKarstedt’s catalystのキシレン溶液(0.2mol%)を加える。次に、100℃で3時間攪拌した後、エバポレータにより溶媒を留去し、ヘキサン(500mL×3)を加えて室温で攪拌することで化合物を洗浄した。洗浄後、真空乾燥(40℃、6時間)を行うことで、収率70%で2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシ)プロピルシクロテトラシロキサンを得た。 First, 38.8 g (183 mmol) of 4-allyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl is added and dissolved in 100 mL of dehydrated tetrahydrofuran in a 500 mL three-necked flask under an argon atmosphere. Next, 10 g (41.6 mmol) of tetramethylcyclotetrasiloxane (D 4 H ) and a xylene solution of Karstedt's catalyst (0.2 mol%) are added as a catalyst. Next, after stirring at 100 degreeC for 3 hours, the solvent was distilled off by the evaporator and the compound was wash | cleaned by adding hexane (500 mLx3) and stirring at room temperature. After washing, vacuum drying (40 ° C., 6 hours) is performed to obtain 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetra (2,2,6,6) in a yield of 70%. -Tetramethylpiperidine-N-oxy) propylcyclotetrasiloxane was obtained.

(実施例1)
<正極の作製>
合成例1で合成した環状シロキサンラジカル化合物(A)200mg、グラファイト粉末700mg、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂バインダ100mgを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約150μmの薄膜とした。これを、真空中80℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は15.0mgだった。
Example 1
<Preparation of positive electrode>
200 mg of the cyclic siloxane radical compound (A) synthesized in Synthesis Example 1, 700 mg of graphite powder, and 100 mg of polytetrafluoroethylene (PTFE) resin binder were measured and kneaded using an agate mortar. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was subjected to roller stretching under pressure to obtain a thin film having a thickness of about 150 μm. This was dried overnight at 80 ° C. in a vacuum, and then punched into a circle with a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode. The mass of this electrode was 15.0 mg.

<セル作製>
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合体積比3:7)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として環状シロキサンラジカル化合物(A)、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池を作製した。
<Cell fabrication>
Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on the positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium-laminated copper foil serving as a negative electrode was laminated, and the respective stainless steel exteriors were superposed from the positive electrode side and the negative electrode side in a state where an insulating packing was arranged around the lithium foil. By applying pressure with a caulking machine, a sealed coin-type battery using a cyclic siloxane radical compound (A) as a positive electrode active material and metallic lithium as a negative electrode active material was produced.

<充放電評価>
以上のように作製したコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧は3.5V付近で約3時間10分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は105mAh/gだった。同様の操作により、4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した。その結果、50回の充放電すべてにおいて、放電時に3.5V付近で電圧が一定になり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は97%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
The coin battery fabricated as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became substantially constant for about 3 hours and 10 minutes around 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 105 mAh / g. By the same operation, charging / discharging was repeated 50 times in the range of 4.0 to 3.0V. As a result, in all 50 charge / discharge cycles, the voltage was constant at around 3.5 V during discharge, and (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 97%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.4V付近で一定となり、その後急激に低下した。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は92%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. As a result, the voltage became constant around 3.4 V and then dropped rapidly. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 92%.

(実施例2)
<正極の作製>
小型ホモジナイザ容器にN−メチルピロリドン20gをはかりとり、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)300mgを加え、30分間撹拌し完全に溶解させた。そこへ、環状シロキサンラジカル化合物(A)を200mg加え、全体が均一なオレンジ色になるまで5分間撹拌した。ここへ気相成長炭素繊維(VGCF)500mgを加え、さらに15分間撹拌することによりスラリーを得た。得られたスラリーをアルミニウム箔上に塗布し、120℃で乾燥させて正極を作製した。正極活物質層の厚みは120μmだった。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は16.0mg(うち、アルミニウム箔は6.0mg)だった。
(Example 2)
<Preparation of positive electrode>
20 g of N-methylpyrrolidone was weighed into a small homogenizer container, 300 mg of polyvinylidene fluoride (PVdF) was added, and stirred for 30 minutes to completely dissolve. Thereto, 200 mg of the cyclic siloxane radical compound (A) was added and stirred for 5 minutes until the whole became a uniform orange color. To this was added 500 mg of vapor grown carbon fiber (VGCF), and the mixture was further stirred for 15 minutes to obtain a slurry. The obtained slurry was applied on an aluminum foil and dried at 120 ° C. to produce a positive electrode. The thickness of the positive electrode active material layer was 120 μm. The produced electrode was not peeled off or cracked, and the surface was uniform. This was punched out into a circle with a diameter of 12 mm to mold a coin battery electrode. The mass of this electrode was 16.0 mg (including 6.0 mg for aluminum foil).

<負極の作製>
グラファイト粉末(粒径6ミクロン)13.5gと、ポリフッ化ビニリデン1.35g、カーボンブラック0.15g、N−メチル−2−ピロリドン溶媒30gを良く混合し、負極スラリーを作製した。カーボン系導電塗料でコートされた厚さ32μmのエキスパンドメタル銅箔片面に負極のスラリーを塗布し、真空乾燥させることにより負極を作製した。集電体を含む負極全体の厚みは90μmであった。
<Production of negative electrode>
13.5 g of graphite powder (particle size 6 microns), 1.35 g of polyvinylidene fluoride, 0.15 g of carbon black, and 30 g of N-methyl-2-pyrrolidone solvent were mixed well to prepare a negative electrode slurry. A negative electrode slurry was applied to one side of an expanded metal copper foil having a thickness of 32 μm coated with a carbon-based conductive paint, and vacuum-dried to prepare a negative electrode. The total thickness of the negative electrode including the current collector was 90 μm.

<セル作製>
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合体積比3:7)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体(アルミ箔)上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるグラファイト層を片面に付した銅箔を積層した。さらに、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物(A)、負極活物質としてグラファイトを用いた密閉型のコイン型電池とした。
<Cell fabrication>
Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on a positive electrode current collector (aluminum foil), and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Furthermore, the copper foil which attached | coated the graphite layer used as a negative electrode on one side was laminated | stacked. Further, the respective stainless steel sheaths were overlapped from the positive electrode side and the negative electrode side with the insulating packing disposed around the periphery. By applying pressure with a caulking machine, a sealed coin-type battery using a radical compound (A) as a positive electrode active material and graphite as a negative electrode active material was obtained.

<充放電評価>
以上のように作製したコイン電池にコンディショニング充放電を行い、さらに0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、3.5V付近に電圧平坦部が観測され、電極活物質あたりの放電容量は106mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した。その結果、50回の充放電すべてにおいて、放電時に3.5V付近で電圧が一定になり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は96%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
Conditioning charge / discharge is performed on the coin battery manufactured as described above, and further, charging is performed at a constant current of 0.1 mA until the voltage reaches 4.0 V, and then discharging is performed at a constant current of 0.1 mA to 3.0 V. It was. As a result, a voltage flat portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 106 mAh / g. Furthermore, charging / discharging was repeated 50 times in the voltage range 4.0-3.0V in the temperature of 50 degreeC. As a result, in all 50 charge / discharge cycles, the voltage was constant at around 3.5 V during discharge, and (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 96%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.4V付近で一定となり、その後急激に低下した。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は91%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. As a result, the voltage became constant around 3.4 V and then dropped rapidly. The (discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 91%.

(実施例3)
<正極の作製>
ホモジナイザのカップに純水(42mL)、カルボキシメチルセルロース(CMC)400mg (4wt%)を加え、ホモジナイザで完全に溶解させた後、PTFEの水分散溶液100mg(1wt%)を加えて攪拌させた。さらに、VGCF2.5g(15wt%)を少しずつ加えて均一になるまで攪拌させる。得られた黒色のスラリーに、環状シロキサンラジカル化合物(A)、7g(70wt%)を加えて、さらに均一になるまで攪拌しスラリーを作製した。さらに、得られたスラリーをアルミ箔(20μm)上に塗布した後、50℃で乾燥させることで正極を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は17.0mg(うち、アルミニウム箔は6.0mg)だった。
(Example 3)
<Preparation of positive electrode>
Pure water (42 mL) and carboxymethylcellulose (CMC) 400 mg (4 wt%) were added to a homogenizer cup, and completely dissolved with a homogenizer, and then 100 mg (1 wt%) of an aqueous dispersion of PTFE was added and stirred. Further, 2.5 g (15 wt%) of VGCF is added little by little and stirred until uniform. To the obtained black slurry, 7 g (70 wt%) of the cyclic siloxane radical compound (A) was added and stirred until it became more uniform to prepare a slurry. Furthermore, after apply | coating the obtained slurry on aluminum foil (20 micrometers), the positive electrode was produced by making it dry at 50 degreeC. The produced electrode was not peeled off or cracked, and the surface was uniform. This was punched out into a circle with a diameter of 12 mm to mold a coin battery electrode. In addition, the mass of this electrode was 17.0 mg (of which aluminum foil was 6.0 mg).

<セル作製>
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合体積比3:7)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウムディスクを積層した。周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として環状シロキサンラジカル化合物(A)、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池を作製した。
<Cell fabrication>
Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on the positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium disk serving as a negative electrode was laminated. The respective stainless steel sheaths were overlapped from the positive electrode side and the negative electrode side in a state where the insulating packing was arranged around the periphery. By applying pressure with a caulking machine, a sealed coin-type battery using a cyclic siloxane radical compound (A) as a positive electrode active material and metallic lithium as a negative electrode active material was produced.

<充放電評価>
以上のように作製したコイン電池にコンディショニング充放電を行い、さらに0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、3.5V付近で電圧平坦部が観測され、電極活物質あたりの放電容量は106mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した。その結果、50回の充放電すべてにおいて、放電時に3.5V付近で電圧が一定になり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は95%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
Conditioning charge / discharge is performed on the coin battery manufactured as described above, and further, charging is performed at a constant current of 0.1 mA until the voltage reaches 4.0 V, and then discharging is performed at a constant current of 0.1 mA to 3.0 V. It was. As a result, a flat voltage portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 106 mAh / g. Furthermore, charging / discharging was repeated 50 times in the voltage range 4.0-3.0V in the temperature of 50 degreeC. As a result, in all 50 charge / discharge cycles, the voltage was constant at around 3.5 V during discharge, and (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 95%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は94%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 94%.

(実施例4)
<セル作製>
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりに、環状シロキサンラジカル化合物(B)を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極の重さは16.6mgであった(うち、アルミニウム箔は6.0mg)。
Example 4
<Cell fabrication>
A coin battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the cyclic siloxane radical compound (B) was used instead of the cyclic siloxane radical compound (A). The produced electrode was not peeled off or cracked, and the surface was uniform. The weight of the positive electrode of this coin battery was 16.6 mg (of which, the aluminum foil was 6.0 mg).

<充放電評価>
以上のように作製したコイン電池にコンディショニング充放電を行い、さらに0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、3.5V付近で電圧平坦部が観測され、電極活物質あたりの放電容量は104mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は95%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
Conditioning charge / discharge is performed on the coin battery manufactured as described above, and further, charging is performed at a constant current of 0.1 mA until the voltage reaches 4.0 V, and then discharging is performed at a constant current of 0.1 mA to 3.0 V. It was. As a result, a voltage flat portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 104 mAh / g. Furthermore, as a result of repeating charge and discharge 50 times in a voltage range of 4.0 to 3.0 V at a temperature of 50 ° C., (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 95%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は94%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 94%.

(実施例5)
<セル作製>
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりに、環状シロキサンラジカル化合物(C)を用いたこと以外は、実施例3と同様にしてコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極重さは17.1mg(うち、アルミニウム箔は6.0mg)であった。
(Example 5)
<Cell fabrication>
A coin battery was fabricated in the same manner as in Example 3 except that the cyclic siloxane radical compound (C) was used instead of the cyclic siloxane radical compound (A). The produced electrode was not peeled off or cracked, and the surface was uniform. The positive electrode weight of this coin battery was 17.1 mg (of which, the aluminum foil was 6.0 mg).

<充放電評価>
以上のように作製したコイン電池にコンディショニング充放電を行い、さらにこのコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、3.5V付近で電圧平坦部が観測され、電極活物質あたりの放電容量は90mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は95%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
Conditioning charging / discharging is performed on the coin battery manufactured as described above, and the coin battery is further charged at a constant current of 0.1 mA until the voltage reaches 4.0 V, and thereafter, the coin battery is charged with a constant current of 0.1 mA. Discharge was performed to 0V. As a result, a voltage flat portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 90 mAh / g. Furthermore, as a result of repeating charge and discharge 50 times in a voltage range of 4.0 to 3.0 V at a temperature of 50 ° C., (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 95%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は95%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 95%.

(実施例6)
<セル作製>
実施例3で作製した環状シロキサンラジカル化合物(A)を含有する正極と実施例2で作製したグラファイト負極とをセパレータを介して順に重ねあわせ、電極積層体を作製した。積層体の最上部には、リチウム供給源となるリチウム金属張り合わせ銅箔を挿入した。正極集電体アルミ箔および正極リードを超音波溶接し、さらに同様に負極集電体銅箔、リチウム供給源集電体銅箔、および負極リードを溶接した。それらを厚み115ミクロンのアルミラミネートフィルムで覆い、リード部を含む3辺を先に熱融着した。次に、1mol/LのLiPF6を含む、EC/DEC=3/7の混合電解液をセル中に挿入し、電極中に良く含浸させた。最終的に減圧下にて最後の4辺目を熱融着し、蓄電デバイスを作製した。
(Example 6)
<Cell fabrication>
The positive electrode containing the cyclic siloxane radical compound (A) prepared in Example 3 and the graphite negative electrode prepared in Example 2 were sequentially stacked through a separator to prepare an electrode laminate. A lithium metal-laminated copper foil serving as a lithium supply source was inserted into the uppermost part of the laminate. The positive electrode current collector aluminum foil and the positive electrode lead were ultrasonically welded, and the negative electrode current collector copper foil, the lithium supply source current collector copper foil, and the negative electrode lead were similarly welded. These were covered with an aluminum laminate film having a thickness of 115 microns, and the three sides including the lead portions were heat-sealed first. Next, a mixed electrolyte solution of EC / DEC = 3/7 containing 1 mol / L LiPF 6 was inserted into the cell, and the electrode was well impregnated. Finally, the last four sides were thermally fused under reduced pressure to produce an electricity storage device.

<充放電評価>
以上のように作製したアルミラミネートセルにコンディショニング充放電を行い、1mAの電流で4Vまで充電を行った。その後同じく1mAの電流で放電を行い3.0Vまでの容量を測定した。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で観測され、電極活物質あたりの放電容量は105mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は95%だった。次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は94%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
The aluminum laminate cell produced as described above was subjected to conditioning charge / discharge, and charged to 4 V with a current of 1 mA. Thereafter, the battery was also discharged at a current of 1 mA, and the capacity up to 3.0 V was measured. As a result, a flat voltage portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 105 mAh / g. Furthermore, as a result of repeating charge and discharge 50 times in a voltage range of 4.0 to 3.0 V at a temperature of 50 ° C., (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 95%. Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 94%.

(実施例7)
<セル作製>
実施例3で作製した環状シロキサンラジカル化合物(A)を含有する正極の代わりに、実施例4で作製した環状シロキサンラジカル化合物(B)を含有する正極を用いたこと以外は、実施例6と同様の方法でアルミラミネート電池を作製した。
(Example 7)
<Cell fabrication>
Similar to Example 6 except that the positive electrode containing the cyclic siloxane radical compound (B) prepared in Example 4 was used instead of the positive electrode containing the cyclic siloxane radical compound (A) prepared in Example 3. An aluminum laminate battery was produced by the method described above.

<充放電評価>
以上のように作製したアルミラミネートセルにコンディショニング充放電を行い、1mAの電流で4.0Vまで充電を行った。その後同じく1mAの電流で放電を行い3.0Vまでの容量を測定した。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で観測され、電極活物質あたりの放電容量は106mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は96%だった。次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は94%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
The aluminum laminate cell produced as described above was subjected to conditioning charge / discharge, and charged to 4.0 V with a current of 1 mA. Thereafter, the battery was also discharged at a current of 1 mA, and the capacity up to 3.0 V was measured. As a result, a flat voltage portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 106 mAh / g. Furthermore, as a result of repeating charging and discharging 50 times in a voltage range of 4.0 to 3.0 V at a temperature of 50 ° C., (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 96%. Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 94%.

(実施例8)
<セル作製>
実施例3で作製した環状シロキサンラジカル化合物(A)を含有する正極の代わりに、実施例5で作製した環状シロキサンラジカル化合物(C)を含有する正極を用いたこと以外は、実施例6と同様の方法によりアルミラミネートセルを作製した。
(Example 8)
<Cell fabrication>
Similar to Example 6 except that the positive electrode containing the cyclic siloxane radical compound (C) prepared in Example 5 was used instead of the positive electrode containing the cyclic siloxane radical compound (A) prepared in Example 3. An aluminum laminate cell was prepared by the method described above.

<充放電評価>
以上のように作製したアルミラミネートセルにコンディショニング充放電を行い、1mAの電流で4Vまで充電を行った。その後同じく1mAの電流で放電を行い3.0Vまでの容量を測定した。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で観測され、電極活物質あたりの放電容量は91mAh/gだった。さらに、50℃の温度において電圧範囲4.0〜3.0Vで充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は96%だった。次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は95%だった。
<Evaluation of charge / discharge>
The aluminum laminate cell produced as described above was subjected to conditioning charge / discharge, and charged to 4 V with a current of 1 mA. Thereafter, the battery was also discharged at a current of 1 mA, and the capacity up to 3.0 V was measured. As a result, a flat voltage portion was observed around 3.5 V, and the discharge capacity per electrode active material was 91 mAh / g. Furthermore, as a result of repeating charging and discharging 50 times in a voltage range of 4.0 to 3.0 V at a temperature of 50 ° C., (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 96%. Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 95%.

(比較例1)
環状シロキサンラジカル化合物(A)を用いずに、グラファイト粉末の使用量を900mgに増やした以外は、実施例と同様の方法によりコイン電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A coin battery was produced in the same manner as in the example except that the amount of graphite powder used was increased to 900 mg without using the cyclic siloxane radical compound (A).

作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行った。その結果、放電時に電圧平坦部はみられず電圧は急速に低下し、電池として十分に動作しなかった。   The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1. As a result, no flat voltage portion was observed during discharge, the voltage dropped rapidly, and the battery did not operate sufficiently.

(比較例2)
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりにLiCoO2を用いた以外は、実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A coin battery was produced in the same manner as in Example 1 except that LiCoO 2 was used instead of the cyclic siloxane radical compound (A).

作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、123mAh/gであった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は96%だった。しかしながら、(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は27%と、放電電流値を大きくすると大幅に容量が低下した。   The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per electrode active material was calculated to be 123 mAh / g. As a result of repeating charge and discharge 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 96%. However, (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (Discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 27%, and the capacity decreased significantly when the discharge current value was increased.

(比較例3)
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりにポリ[ビニルオキシ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−N−オキシル)]を用いた以外は、実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A coin battery is produced in the same manner as in Example 1 except that poly [vinyloxy (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-N-oxyl)] is used instead of the cyclic siloxane radical compound (A). Was made.

作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、初回の放電容量は123mAh/gであった。しかしながら、4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は50%に低下した。また、(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は90%であった。   The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per electrode active material was calculated. The initial discharge capacity was 123 mAh / g. However, as a result of repeating charge and discharge 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was reduced to 50%. Further, (discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 90%.

(比較例4)
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりにポリ[メタクリロイルオキシ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−N−オキシルを用いた以外は、実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。
(Comparative Example 4)
A coin battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that poly [methacryloyloxy (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-N-oxyl) was used instead of the cyclic siloxane radical compound (A). Produced.

作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、初回の放電容量は101mAh/gであった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は60%だった。また、(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は85%であった。
(比較例5)
環状シロキサンラジカル化合物(A)の代わりにポリ[メチル(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−N−オキシルオキシ)シロキサン]を用いた以外は、実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。
The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per electrode active material was calculated. The initial discharge capacity was 101 mAh / g. As a result of repeating charge and discharge 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 60%. Moreover, (discharge capacity in 5.0 mA discharge) / (discharge capacity in 0.1 mA discharge) was 85%.
(Comparative Example 5)
According to the same method as in Example 1 except that poly [methyl (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-N-oxyloxy) siloxane] was used instead of the cyclic siloxane radical compound (A). A coin battery was produced.

作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、初回の放電容量は78mAh/gであった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は95%だった。また、(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は70%であった。

以下の表に、実施例および比較例をまとめる。
The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per electrode active material was calculated. The initial discharge capacity was 78 mAh / g. As a result of repeating charge and discharge 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 95%. Further, (discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 70%.

The following table summarizes the examples and comparative examples.

Figure 2012221574
Figure 2012221574

本実施形態における電池は、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの駆動用または補助用蓄電源、または各種携帯電子機器の電源、ソーラーエネルギーや風力発電などの各種エネルギーの蓄電装置、あるいは家庭用電気器具の蓄電源などとして用いることができる。   The battery in this embodiment is a driving or auxiliary storage power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc., a power source for various portable electronic devices, a power storage device for various energies such as solar energy and wind power generation, or a household electric appliance. It can be used as a storage power source.

(付記1)
下記式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物を含む電極活物質;

Figure 2012221574
(式(1)において、Zは下記式(2)で表される。Rは、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)
Figure 2012221574
(式(2)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。Xは、単結合、又は置換若しくは無置換のアルキレン基を示す。)。
[付記2]
前記ラジカル化合物が下記式(3)で表される付記1に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(3)において、Qは水素原子又は上記式(2)で表される基であり、Qの少なくとも1つは上記式(2)で表される基である。Rは、式(1)におけるRと同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。
[付記3]
前記ラジカル化合物が下記式(4)で表される付記1に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(4)において、A、R〜R、R、及びXは、式(1)及び式(2)におけるA、R〜R、R、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
[付記4]
前記ラジカル化合物が下記式(5)で表される付記3に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(5)において、R〜R、R、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR〜R、R、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
[付記5]
前記ラジカル化合物が下記式(6)で表される付記3に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(6)において、R〜R、R、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR〜R、R、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
[付記6]
前記R〜Rは、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基を示し、
前記Rは、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基を示し、
前記Xは、単結合又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す付記1乃至5のいずれかに記載の電極活物質。
[付記7]
付記1乃至6のいずれかに記載の電極活物質を有する二次電池。
[付記8]
前記電極活物質が正極活物質である付記7に記載の二次電池。
[付記9]
リチウム電池である付記7又は8に記載の二次電池。
[付記10]
下記式(7)で表されるラジカル化合物と下記式(8)で表される環状シロキサン化合物とを反応させることを特徴とする化合物の製造方法;
Figure 2012221574
(式(7)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。Yは、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。)
Figure 2012221574
(式(8)において、Rは、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)。
[付記11]
前記ラジカル化合物と前記環状シロキサン化合物とを反応させて、下記式(9)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物を得る付記10に記載の化合物の製造方法;
Figure 2012221574
(式(9)において、Zは下記式(10)で表される。Rは、式(8)におけるRと同じ意味を示す。)。
Figure 2012221574
(式(10)において、A、及びR〜Rは、式(7)におけるA、及びR〜Rとそれぞれ同じ意味を示す。Xは、単結合、又は置換若しくは無置換のアルキレン基を示す。)。
[付記12]
前記ラジカル化合物が下記式(11)で表される付記10又は11に記載の化合物の製造方法。
Figure 2012221574
(式(11)において、Y、及びR〜Rは、式(7)におけるY、及びR〜Rとそれぞれ同じ意味を示す。)。
[付記13]
前記ラジカル化合物が下記式(12)で表される付記10又は11に記載の化合物の製造方法。
Figure 2012221574
(式(12)において、Y、及びR〜Rは、式(7)におけるY、及びR〜Rとそれぞれ同じ意味を示す。)。
[付記14]
前記R〜Rは、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基を示し、
前記Rは、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基を示し、
前記Yは、水素原子又は炭素数3〜12のアルケニル基を示す付記10乃至13のいずれかに記載の化合物の製造方法。
[付記15]
前記ラジカル化合物と前記環状シロキサン化合物とを遷移金属触媒下で反応させる付記10乃至14のいずれかに記載の化合物の製造方法。
[付記16]
前記遷移金属触媒がイリジウム系化合物、ルテニウム系化合物、ロジウム系化合物、白金系化合物、パラジウム系化合物、又はニッケル系化合物である付記15に記載のラジカル化合物の製造方法。
[付記17]
下記式(13)で表される環状シロキサン構造を有するラジカル化合物;
Figure 2012221574
(式(13)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。Rは、炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基を示す。Xは、単結合、又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。
[付記18]
下記式(14)で表される付記17に記載のラジカル化合物;
Figure 2012221574
(式(14)において、R〜R、R、及びXは、式(13)におけるR〜R、R、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。
[付記19]
下記式(15)で表される付記17に記載のラジカル化合物;
Figure 2012221574
(式(15)において、R〜R、R、及びXは、式(13)におけるR〜R、R、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。 (Appendix 1)
An electrode active material containing a radical compound containing a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (1);
Figure 2012221574
(In Formula (1), Z is represented by the following Formula (2). R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)
Figure 2012221574
(In formula (2), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group. X represents a single bond or a substituted or unsubstituted alkylene group.
[Appendix 2]
The electrode active material according to supplementary note 1, wherein the radical compound is represented by the following formula (3):
Figure 2012221574
(In the formula (3), Q is a group represented by hydrogen or the formula (2), .R 5 at least one of Q is a group represented by the above formula (2) has the formula ( It has the same meaning as R 5 in 1), and n represents an integer of 2 to 6.)
[Appendix 3]
The electrode active material according to supplementary note 1, wherein the radical compound is represented by the following formula (4):
Figure 2012221574
In (Equation (4), A, R 1 ~R 4, R 5, and X, A in the formula (1) and (2), R 1 ~R 4 , R 5, and X and the same meaning, respectively N represents an integer of 2 to 6.)
[Appendix 4]
The electrode active material according to supplementary note 3, wherein the radical compound is represented by the following formula (5):
Figure 2012221574
(In Formula (5), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).
[Appendix 5]
The electrode active material according to supplementary note 3, wherein the radical compound is represented by the following formula (6):
Figure 2012221574
(In Formula (6), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).
[Appendix 6]
R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms,
The electrode active material according to any one of appendices 1 to 5, wherein X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms.
[Appendix 7]
A secondary battery comprising the electrode active material according to any one of appendices 1 to 6.
[Appendix 8]
The secondary battery according to appendix 7, wherein the electrode active material is a positive electrode active material.
[Appendix 9]
The secondary battery according to appendix 7 or 8, which is a lithium battery.
[Appendix 10]
A method for producing a compound comprising reacting a radical compound represented by the following formula (7) with a cyclic siloxane compound represented by the following formula (8);
Figure 2012221574
(In the formula (7), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. Y represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkenyl group. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.)
Figure 2012221574
(In Formula (8), R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)
[Appendix 11]
The method for producing a compound according to appendix 10, wherein the radical compound and the cyclic siloxane compound are reacted to obtain a radical compound having a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (9):
Figure 2012221574
(In the formula (9), Z is .R 5 represented by the following formula (10), the same meaning as R 5 in the formula (8).).
Figure 2012221574
(In the formula (10), A, and R 1 to R 4 are .X indicating each the same meaning A, and the R 1 to R 4 in the formula (7) represents a single bond, or a substituted or unsubstituted alkylene Group.)
[Appendix 12]
The method for producing a compound according to appendix 10 or 11, wherein the radical compound is represented by the following formula (11).
Figure 2012221574
(In the formula (11), Y, and R 1 to R 4 indicate respectively the same meaning Y, and the R 1 to R 4 in the formula (7).).
[Appendix 13]
The method for producing a compound according to appendix 10 or 11, wherein the radical compound is represented by the following formula (12).
Figure 2012221574
(In the formula (12), Y, and R 1 to R 4 indicate respectively the same meaning Y, and the R 1 to R 4 in the formula (7).).
[Appendix 14]
R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms,
The method for producing a compound according to any one of appendices 10 to 13, wherein Y represents a hydrogen atom or an alkenyl group having 3 to 12 carbon atoms.
[Appendix 15]
15. The method for producing a compound according to any one of appendices 10 to 14, wherein the radical compound and the cyclic siloxane compound are reacted under a transition metal catalyst.
[Appendix 16]
The method for producing a radical compound according to appendix 15, wherein the transition metal catalyst is an iridium compound, a ruthenium compound, a rhodium compound, a platinum compound, a palladium compound, or a nickel compound.
[Appendix 17]
A radical compound having a cyclic siloxane structure represented by the following formula (13);
Figure 2012221574
(In the formula (13), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a carbon atom having 1 to 3 carbon atoms. R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, and n represents , Represents an integer of 2 to 6.)
[Appendix 18]
The radical compound according to appendix 17, represented by the following formula (14):
Figure 2012221574
(In Formula (14), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (13), respectively, n is 2-6. Indicates an integer.)
[Appendix 19]
The radical compound according to appendix 17, represented by the following formula (15):
Figure 2012221574
(In Formula (15), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X in Formula (13), respectively, n is 2-6. Indicates an integer.)

コイン型電池の構成を示す概観図である。It is a general-view figure which shows the structure of a coin-type battery.

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

Claims (10)

下記式(1)で表される部分構造を有する環状シロキサン構造を含むラジカル化合物を含む電極活物質;
Figure 2012221574
(式(1)において、Zは下記式(2)で表される。R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)
Figure 2012221574
(式(2)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。Xは、単結合、又は置換若しくは無置換のアルキレン基を示す。)。
An electrode active material containing a radical compound containing a cyclic siloxane structure having a partial structure represented by the following formula (1);
Figure 2012221574
(In formula (1), Z is represented by the following formula (2). R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)
Figure 2012221574
(In the formula (2), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group. X represents a single bond or a substituted or unsubstituted alkylene group.
前記ラジカル化合物が下記式(3)で表される請求項1に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(3)において、Qは水素原子又は上記式(2)で表される基であり、Qの少なくとも1つは上記式(2)で表される基である。R5は、式(1)におけるR5と同じ意味を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。
The electrode active material according to claim 1, wherein the radical compound is represented by the following formula (3):
Figure 2012221574
(In the formula (3), Q is a group represented by a hydrogen atom or the above formulas (2), .R 5 at least 1 of the Q is a group represented by the above expression (2), the formula ( It has the same meaning as R 5 in 1), and n represents an integer of 2 to 6.)
前記ラジカル化合物が下記式(4)で表される請求項1に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(4)において、A、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるA、R1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
The electrode active material according to claim 1, wherein the radical compound is represented by the following formula (4):
Figure 2012221574
In (Equation (4), A, R 1 ~R 4, R 5, and X, A in the formula (1) and (2), R 1 ~R 4 , R 5, and X and the same meaning, respectively N represents an integer of 2 to 6.)
前記ラジカル化合物が下記式(5)で表される請求項3に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(5)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
The electrode active material according to claim 3, wherein the radical compound is represented by the following formula (5):
Figure 2012221574
(In Formula (5), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 > and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).
前記ラジカル化合物が下記式(6)で表される請求項3に記載の電極活物質;
Figure 2012221574
(式(6)において、R1〜R4、R5、及びXは、式(1)及び式(2)におけるR1〜R4、R5、及びXとそれぞれ同じ意味を示す。nは2〜6の整数を示す。)。
The electrode active material according to claim 3, wherein the radical compound is represented by the following formula (6):
Figure 2012221574
(In Formula (6), R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X show the same meaning as R < 1 > -R < 4 >, R < 5 >, and X in Formula (1) and Formula (2), respectively. Represents an integer of 2 to 6).
前記R1〜R4は、それぞれ独立に、炭素数1〜3のアルキル基を示し、
前記R5は、炭素数1〜3のアルキル基又は炭素数6〜10のアリール基を示し、
前記Xは、単結合又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す請求項1乃至5のいずれかに記載の電極活物質。
R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms,
The electrode active material according to claim 1, wherein X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms.
請求項1乃至6のいずれかに記載の電極活物質を有する二次電池。   A secondary battery comprising the electrode active material according to claim 1. 前記電極活物質が正極活物質である請求項7に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 7, wherein the electrode active material is a positive electrode active material. 下記式(7)で表されるラジカル化合物と下記式(8)で表される環状シロキサン化合物とを反応させることを特徴とする化合物の製造方法;
Figure 2012221574
(式(7)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。Yは、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルケニル基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換若しくは無置換のアルキル基を示す。)
Figure 2012221574
(式(8)において、R5は、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示す。)。
A method for producing a compound comprising reacting a radical compound represented by the following formula (7) with a cyclic siloxane compound represented by the following formula (8);
Figure 2012221574
(In the formula (7), A is, .Y showing a linking group heterocyclic ring containing nitrogen to form a 5- to 7-membered ring, .R 1 to R represents a hydrogen atom, or a substituted or unsubstituted alkenyl group 4 each independently represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.)
Figure 2012221574
(In Formula (8), R 5 represents a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group.)
下記式(13)で表される環状シロキサン構造を有するラジカル化合物;
Figure 2012221574
(式(13)において、Aは、窒素を含む複素環が5〜7員環を形成する連結基を示す。R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。R5は、炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数6〜10のアリール基を示す。Xは、単結合、又は炭素数3〜12のアルキレン基を示す。nは、2〜6の整数を示す。)。
A radical compound having a cyclic siloxane structure represented by the following formula (13);
Figure 2012221574
(In Formula (13), A represents a linking group in which a nitrogen-containing heterocyclic ring forms a 5- to 7-membered ring. R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom or a group having 1 to 3 carbon atoms. R 5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, X represents a single bond or an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, n represents , Represents an integer of 2 to 6.)
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