JP2013149429A - Nonaqueous electrolyte air cell - Google Patents

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Emi Ito
絵美 伊藤
Toru Shiga
亨 志賀
Kensuke Takechi
憲典 武市
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte air cell whose charging voltage can be lowered.SOLUTION: A nonaqueous electrolyte air cell 10 is filled with a nonaqueous electrolyte 17 while interposing a separator 14 between a negative electrode 12 and a positive electrode 13 as an air electrode. A sealing plate 16 covering the positive electrode 13 is composed of a material through which air can flow. The positive electrode 13 uses oxygen as a positive electrode active material, and contains an annular coupling compound where a plurality of sulfur-containing heterocycles are annularly coupled. Examples of the annular coupling compound include sulflower, cycloocta[1,2-c:3,4-c':5,6-c'':7,8-c'''] tetrathiophene, benzene[1,2-c:3,4-c':5,6-c']trithiophene, and the like.

Description

本発明は、非水電解質空気電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte air battery.

従来、非水電解質空気電池としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極と、空気中の酸素を正極活物質とし酸素の酸化還元触媒を含む正極と、負極と正極との間に介在するイオン伝導媒体とを備えたものが知られている。具体的には、例えば、負極として金属リチウムを、正極としてリチウム過酸化物と多孔質炭素と二酸化マンガン触媒とフッ素系樹脂との混合物を、非水電解液としてLiPF6を溶解したプロピレンカーボネートを用いたリチウム空気電池などが知られている(非特許文献1参照)。このリチウム空気電池は、放電電圧が2.5〜2.7V、充電電圧が4.2〜4.4V程度である。 Conventionally, non-aqueous electrolyte air batteries include a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, a positive electrode including oxygen in the air as a positive electrode active material, and an oxygen redox catalyst, and ion conduction interposed between the negative electrode and the positive electrode. What is provided with a medium is known. Specifically, for example, metallic lithium is used as the negative electrode, a mixture of lithium peroxide, porous carbon, manganese dioxide catalyst, and fluorine resin is used as the positive electrode, and propylene carbonate in which LiPF 6 is dissolved is used as the non-aqueous electrolyte. Known lithium-air batteries are known (see Non-Patent Document 1). This lithium-air battery has a discharge voltage of 2.5 to 2.7 V and a charge voltage of about 4.2 to 4.4 V.

ところで、電池のエネルギーは電圧と容量との積で表されるものであるから、充電電圧が放電電圧よりも格段に高い場合、充電容量と放電容量がほぼ同じであるとすると、充電エネルギーが放電エネルギーを大きく上回ることになり、充放電効率が低下する。この点に関し、非特許文献1では、正極に二酸化マンガン触媒を含まない場合には充電電圧が4.5V程度であるのに対し、正極に二酸化マンガン触媒を含むものとすると充電電圧が4.2〜4.4V程度となり、二酸化マンガン触媒により充電電圧が低下することが示されている。   By the way, since the energy of the battery is represented by the product of the voltage and the capacity, if the charging voltage is much higher than the discharging voltage, the charging energy is discharged if the charging capacity and the discharging capacity are almost the same. Energy will be greatly exceeded, and charge / discharge efficiency will fall. In this regard, in Non-Patent Document 1, when the manganese dioxide catalyst is not included in the positive electrode, the charging voltage is about 4.5 V, whereas when the positive electrode includes the manganese dioxide catalyst, the charging voltage is 4.2 to 4.2. It is about 4.4 V, and it is shown that the charging voltage is lowered by the manganese dioxide catalyst.

ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ(J.Am.Chem.Soc.)、128巻、1390−1393頁、2006年Journal of American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc.), 128, 1390-1393, 2006

しかしながら、非特許文献1に記載のリチウム空気電池では、まだ充電電圧が高いことがあった。このため、充電電圧を低下させることのできる非水電解質空気電池が望まれていた。   However, the lithium-air battery described in Non-Patent Document 1 still has a high charging voltage. For this reason, a non-aqueous electrolyte air battery capable of reducing the charging voltage has been desired.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、充電電圧を低下させることのできる非水電解質空気電池を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte air battery capable of reducing the charging voltage.

上述した目的を達成するために、本発明者らは、正極に、サルフラワーなどの、硫黄を含む所定の環状の化合物を加えて非水電解質空気電池を作製したところ、充電電圧を低下させることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors added a predetermined cyclic compound containing sulfur, such as monkey, to the positive electrode to produce a non-aqueous electrolyte air battery. The present invention has been completed.

即ち、本発明の非水電解質空気電池は、
酸素を正極活物質とし、複数の含硫黄複素環が環状に連結した環状連結化合物を含む正極と、
負極活物質を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し金属イオンを伝導する非水系のイオン伝導媒体と、
を備えたものである。
That is, the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention is
A positive electrode containing a cyclic linking compound in which oxygen is used as a positive electrode active material and a plurality of sulfur-containing heterocycles are cyclically linked;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts metal ions;
It is equipped with.

この非水電解質空気電池では、充電電圧を低下させることができる。このような効果が得られる理由は定かではないが、含硫黄複素環が環状に連結した環状連結化合物が、金属イオンの伝導度を高めたりするためと考えられる。   In this nonaqueous electrolyte air battery, the charging voltage can be lowered. The reason why such an effect is obtained is not clear, but it is considered that a cyclic linking compound in which sulfur-containing heterocycles are linked in a cyclic manner increases the conductivity of metal ions.

本発明の非水電解質空気電池10の一例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically an example of the nonaqueous electrolyte air battery 10 of this invention. F型電気化学セル20の構成の概略を示す説明図である。2 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration of an F-type electrochemical cell 20. FIG. 実施例1及び比較例1の充電曲線である。2 is a charging curve of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2,3及び比較例2の充電曲線である。3 is a charging curve of Examples 2 and 3 and Comparative Example 2. 実施例4,5の充電曲線である。It is a charge curve of Examples 4 and 5. 比較例3,4の充電曲線である。It is a charge curve of comparative examples 3 and 4. 実施例6及び比較例5の充電曲線である。6 is a charging curve of Example 6 and Comparative Example 5.

本発明の非水電解質空気電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に介在するイオン伝導媒体とを備えたものである。   The nonaqueous electrolyte air battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an ion conductive medium interposed between the positive electrode and the negative electrode.

本発明の非水電解質空気電池において、空気極としての正極は、気体からの酸素を正極活物質とするものである。気体としては、空気であってもよいし酸素ガスであってもよい。この正極は、複数の含硫黄複素環が環状に連結した環状連結化合物を含むものである。含硫黄複素環は、硫黄を含む複素環であればよいが、硫黄の他に炭素(C)を含む複素環であることが好ましい。含硫黄複素環は、三員環でもよいし、四員環でもよいし、五員環でもよいし、それ以上の環でもよい。また、含硫黄複素環は、飽和複素環でもよいし、不飽和複素環でもよい。このような含硫黄複素環としては、例えば、飽和複素環である、エチレンスルフィド、トリメチレンスルフィド、テトラヒドロチオフェン、テトラヒドロチオピラン、ヘキサメチレンスルフィドや、不飽和複素環である、アセチレンスルフィド、チオフェン、チオトロピリデンなどが挙げられる。また、含硫黄複素環は、置換基を有していてもよい。   In the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention, the positive electrode as the air electrode uses oxygen from a gas as the positive electrode active material. The gas may be air or oxygen gas. This positive electrode includes a cyclic linking compound in which a plurality of sulfur-containing heterocycles are linked in a cyclic manner. The sulfur-containing heterocycle may be a heterocycle containing sulfur, but is preferably a heterocycle containing carbon (C) in addition to sulfur. The sulfur-containing heterocyclic ring may be a three-membered ring, a four-membered ring, a five-membered ring, or a ring having more than that. Further, the sulfur-containing heterocycle may be a saturated heterocycle or an unsaturated heterocycle. Examples of such sulfur-containing heterocycles include, for example, saturated heterocycles such as ethylene sulfide, trimethylene sulfide, tetrahydrothiophene, tetrahydrothiopyran, hexamethylene sulfide, and unsaturated heterocycles such as acetylene sulfide, thiophene, and tiotropylidene. Etc. Moreover, the sulfur-containing heterocycle may have a substituent.

環状連結化合物は、含硫黄複素環が環状に連結していれば、連結の態様は特に限定されない。例えば、隣り合う含硫黄複素環同士が互いに辺を共有するようにして連結したものでもよいし、基本となる炭素環に複数の含硫黄複素環が縮環することにより連結したものでもよい。前者としては、例えば、サルフラワー(式(1)参照)などが挙げられる。後者としては、シクロオクタ[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’’:7,8−c’’’]テトラチオフェン(四量体とも称する,式(2)参照)、ベンゼン[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’]トリチオフェン(三量体とも称する,式(3)参照)などが挙げられる。環状連結化合物は、非共有電子対を有する硫黄を含有するものであることが好ましい。こうすればより低い電圧で充電できると考えられる。また、環状連結化合物は、イオン伝導媒体に対して難溶性であることが好ましく、不溶であることがより好ましい。こうすれば、充放電の際に、酸素との間で正極において電子のやりとりを行いやすい。また、環状連結化合物は、上述した含硫黄複素環以外の部分に置換基を有していてもよい。   The connection mode of the cyclic linking compound is not particularly limited as long as the sulfur-containing heterocycle is cyclically connected. For example, the sulfur-containing heterocycles adjacent to each other may be connected so as to share a side with each other, or may be connected by condensing a plurality of sulfur-containing heterocycles to the basic carbon ring. Examples of the former include monkey flour (see formula (1)). The latter includes cycloocta [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ″: 7,8-c ′ ″] tetrathiophene (also referred to as tetramer, see formula (2)). ), Benzene [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ′] trithiophene (also referred to as trimer, see formula (3)), and the like. The cyclic linking compound preferably contains sulfur having an unshared electron pair. In this way, it is considered that charging can be performed at a lower voltage. Moreover, it is preferable that a cyclic coupling compound is hardly soluble with respect to an ion conductive medium, and it is more preferable that it is insoluble. If it carries out like this, it will be easy to exchange an electron in oxygen at the time of charging / discharging. Further, the cyclic linking compound may have a substituent in a portion other than the above-described sulfur-containing heterocyclic ring.

正極は、例えば、上述した環状連結化合物と導電材と結着材とを混合して、正極合材としたものを、集電体の表面に形成し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮してもよい。正極合材の混合方法としては、適当な溶剤を加えて導電材及び結着材とともに湿式混合してもよい。また、乳鉢などを使って乾式混合してもよい。溶剤としては、例えば、N−メチルピロリドンなど、周知の溶剤を用いることができる。環状連結化合物の混合量は、特に限定されないが、正極合材全体に対して5質量%以上80質量%以下であることが好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。環状連結化合物の混合量が5質量%以上であれば放電電圧を低下させる効果を得るのに十分であり、80質量%以下であれば相対的に導電材や結着材の量が少なくなりすぎず、導電性や機械的強度を確保できる。また、結着材は、例えば、正極合材全体に対して3質量%以上25質量%以下であればよく、15質量%以上20質量%以下が好ましい。導電材は、電池の性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、活性炭、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、炭素材料であることが好ましく、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック、アセチレンブラック及びケッチェンブラックが好ましい。結着材は、正極合材を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン 、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。   The positive electrode is, for example, formed on the surface of the current collector by mixing the above-described cyclic linking compound, conductive material, and binder to form a positive electrode mixture, and compressed to increase the electrode density as necessary. May be. As a method for mixing the positive electrode mixture, an appropriate solvent may be added and wet mixed with the conductive material and the binder. Moreover, you may dry-mix using a mortar etc. As the solvent, for example, a known solvent such as N-methylpyrrolidone can be used. The mixing amount of the cyclic linking compound is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the whole positive electrode composite material. If the mixed amount of the cyclic linking compound is 5% by mass or more, it is sufficient to obtain the effect of reducing the discharge voltage, and if it is 80% by mass or less, the amount of the conductive material and the binder becomes relatively small. Therefore, conductivity and mechanical strength can be ensured. Moreover, a binder should just be 3 mass% or more and 25 mass% or less with respect to the whole positive electrode compound material, for example, and 15 mass% or more and 20 mass% or less are preferable. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the performance of the battery. For example, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, kettle, etc. A mixture of one or more of chain black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, activated carbon, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, the conductive material is preferably a carbon material, and carbon black, acetylene black, and ketjen black are preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The binder plays a role of holding the positive electrode mixture. For example, a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluororubber, or heat such as polypropylene or polyethylene. A plastic resin, ethylene-propylene-dienemer (EPDM), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR) or the like can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, an aqueous dispersion of cellulose or styrene butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used. Current collectors include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, and aluminum, copper, etc. for the purpose of improving adhesion, conductivity, and oxidation resistance. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, the surface can be oxidized. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm.

本発明の非水電解質空気電池において、負極は、負極活物質を有するものである。この負極活物質は、リチウム等のアルカリ金属あるいはマグネシウム等のアルカリ土類金属を吸蔵放出可能なものであればよく、非水電解質空気電池に使用可能なものであれば特に限定されない。以下、リチウムを吸蔵放出可能な負極について、説明する。こうした負極としては、金属リチウムやリチウム合金のほか、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質物質、金属酸化物などが挙げられる。リチウム合金としては、例えばアルミニウムやスズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、シリコンなどとリチウムとの合金が挙げられる。リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質物質としては、例えば黒鉛、コークス、メソフェーズピッチ系炭素繊維、球状炭素、樹脂焼成炭素などが挙げられる。金属酸化物としては、例えばスズ酸化物、ケイ素酸化物、リチウムチタン酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物などが挙げられる。この他、リン化鉄などを用いてもよい。負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。   In the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention, the negative electrode has a negative electrode active material. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can absorb and release an alkali metal such as lithium or an alkaline earth metal such as magnesium, and can be used for a nonaqueous electrolyte air battery. Hereinafter, the negative electrode capable of inserting and extracting lithium will be described. Examples of such negative electrodes include metallic lithium and lithium alloys, carbonaceous materials that absorb and release lithium ions, and metal oxides. Examples of the lithium alloy include alloys of lithium with aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, silicon, and the like. Examples of the carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions include graphite, coke, mesophase pitch-based carbon fiber, spherical carbon, and resin-fired carbon. Examples of the metal oxide include tin oxide, silicon oxide, lithium titanium oxide, niobium oxide, and tungsten oxide. In addition, iron phosphide or the like may be used. The negative electrode current collector includes copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., as well as improved adhesion, conductivity and reduction resistance. For the purpose, for example, a copper surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, the surface can be oxidized. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group.

本発明の非水電解質空気電池において、イオン伝導媒体は、例えば支持塩を非水系溶媒に溶解させた非水電解液であってもよい。支持塩は、負極が吸蔵放出する金属のイオンとそのカウンターイオンとで構成されている。例えば、負極が吸蔵放出する金属がリチウムの場合、支持塩としては、LiPF6,LiClO4,LiBF4,Li(CF3SO22N,LiN((C25SO22),Li(CF3SO3),Li(C49SO3)などの公知の支持塩を用いることができる。このうち、Li(CF3SO22Nが好ましい。リチウムを有する支持塩は、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。非水系溶媒としては、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジエチルカーボネート,ジメチルカーボネート,エチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート、ガンマブチロラクトン,ガンマバレロラクトンなどの環状エステルカーボネート、テトラヒドロフラン,2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメトキシエタン,エチレングリコールジメチルエーテルなどの鎖状エーテルなどのほか、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、3−メトキシプロピオニトリル、リン酸トリメチル、リン酸トリフェニル、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどの公知の有機溶媒を用いることができる。このうち、リン酸トリメチル及びジメチルスルホキシドが好ましい。充電電圧をより低下させることができるからである。これらの有機溶媒は、単独で用いてもよいが、2以上を混合して用いてもよい。支持塩の濃度としては、上述したリチウムイオンが0.1〜2.0Mとなるものであることが好ましく、0.5〜1.2Mとなるものであることがより好ましい。また、これらの有機溶媒の水素の全部又は一部が重水素である重水素化溶媒を用いてもよく、例えば、ジメチルスルホキシド―d6などを用いることができる。また、イオン電導媒体としては、そのほかにイオン性液体やゲル電解質などを用いてもよい。イオン性液体としては、N,N−ジエチル−N−エチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロスルホニル)イミド、N−メチル−N−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロスルホニル)イミドなどを用いることができる。また、イオン性液体と上述した有機溶媒及び重水素化溶媒のうち1以上が含まれる混合溶媒であってもよい。ゲル電解質としては、公知のゲル電解質を用いることができ、例えば、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリルなどの高分子、アミノ酸誘導体、ソルビトール誘導体などの糖類に、上述した支持塩を含む電解液を含ませてなるゲル電解質が挙げられる。 In the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention, the ion conductive medium may be a nonaqueous electrolytic solution in which a supporting salt is dissolved in a nonaqueous solvent, for example. The supporting salt is composed of metal ions occluded and released by the negative electrode and counter ions thereof. For example, when the metal occluded and released by the negative electrode is lithium, the supporting salts include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiN ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 ), Known supporting salts such as Li (CF 3 SO 3 ) and Li (C 4 F 9 SO 3 ) can be used. Of these, Li (CF 3 SO 2 ) 2 N is preferable. The supporting salt having lithium may be used alone or in combination. Nonaqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethylmethyl carbonate, cyclic ester carbonates such as gamma butyrolactone and gamma valerolactone, tetrahydrofuran In addition to cyclic ethers such as 1,2-methyltetrahydrofuran, chain ethers such as dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether, chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 3-methoxypropionitrile, trimethyl phosphate, triphenyl phosphate, sulfolane A known organic solvent such as dimethyl sulfoxide can be used. Of these, trimethyl phosphate and dimethyl sulfoxide are preferred. This is because the charging voltage can be further reduced. These organic solvents may be used alone or in admixture of two or more. As a density | concentration of a supporting salt, it is preferable that the lithium ion mentioned above will be 0.1-2.0M, and it is more preferable that it will be 0.5-1.2M. Further, a deuterated solvent in which all or a part of hydrogen in these organic solvents is deuterium may be used, and for example, dimethyl sulfoxide-d6 or the like can be used. In addition, an ionic liquid or a gel electrolyte may be used as the ion conductive medium. Examples of ionic liquids include N, N-diethyl-N-ethyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluorosulfonyl) imide, N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluorosulfonyl) imide. Etc. can be used. Further, it may be a mixed solvent containing one or more of the ionic liquid and the above-described organic solvent and deuterated solvent. As the gel electrolyte, a known gel electrolyte can be used. For example, an electrolyte solution containing the above-described supporting salt in a saccharide such as a polymer such as polyvinylidene fluoride, polyethylene glycol, or polyacrylonitrile, an amino acid derivative, or a sorbitol derivative is used. Examples thereof include gel electrolytes.

本発明の非水電解質空気電池は、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、非水電解質空気電池の使用に耐え得る組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。   The nonaqueous electrolyte air battery of the present invention may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it can withstand the use of a non-aqueous electrolyte air battery. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a microporous olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. A film is mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明の非水電解質空気電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。本発明の非水電解質空気電池の一例を図1に示す。図1は、非水電解質空気電池(コイン型電池)10の構成の概略を表す断面図である。このコイン型電池10は、金属リチウムからなる負極12と空気極としての正極13との間にセパレータ14を介在させ、非水系電解液17を充填したものである。正極13は、上述した環状連結化合物を含むものであり、正極13を覆っている封口板16は、空気を流通可能な材質で構成されている。こうしたコイン型電池10は、放電時には、負極12の金属リチウムからリチウムイオンが生成し、正極13では封口板16を介して外部の空気から酸素を取り込み、放電生成物(リチウム酸化物やリチウム過酸化物)が生成する。充電時には、正極13では放電生成物が分解してリチウムイオンと酸素が生成し、負極12ではリチウムイオンから金属リチウムが生成する。また、コイン型電池10は、以下のようにして組み立てられる。まず、カップ形状の電池ケース11の内部に負極12を配置し、非水系電解液17を注入しながらセパレータ14を負極12に重ねて配置する。続いて、セパレータ14の上に負極12と対向するように正極13を配置し、電池ケース11の内周に沿って絶縁材により形成されたガスケット15を配置し、必要に応じて非水系電解液17を追加注入する。最後に、電池ケース11の開口部にガスを流通可能な封口板16を配置し、電池ケース11の端部をかしめ加工することにより、コイン型電池10を得る。   The shape of the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. An example of the nonaqueous electrolyte air battery of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a nonaqueous electrolyte air battery (coin-type battery) 10. In the coin battery 10, a separator 14 is interposed between a negative electrode 12 made of metallic lithium and a positive electrode 13 as an air electrode, and a non-aqueous electrolyte solution 17 is filled. The positive electrode 13 includes the above-described cyclic linking compound, and the sealing plate 16 covering the positive electrode 13 is made of a material capable of circulating air. In such a coin-type battery 10, during discharge, lithium ions are generated from the lithium metal of the negative electrode 12, and the positive electrode 13 takes in oxygen from the outside air through the sealing plate 16, and discharge products (lithium oxide or lithium peroxidation). Product). At the time of charging, the discharge product is decomposed at the positive electrode 13 to generate lithium ions and oxygen, and at the negative electrode 12, metallic lithium is generated from the lithium ions. Moreover, the coin-type battery 10 is assembled as follows. First, the negative electrode 12 is disposed inside the cup-shaped battery case 11, and the separator 14 is disposed over the negative electrode 12 while injecting the non-aqueous electrolyte solution 17. Subsequently, the positive electrode 13 is disposed on the separator 14 so as to face the negative electrode 12, the gasket 15 formed of an insulating material is disposed along the inner periphery of the battery case 11, and a non-aqueous electrolyte solution is provided as necessary. Inject 17 additional. Finally, a sealing plate 16 through which gas can flow is disposed in the opening of the battery case 11, and the end of the battery case 11 is caulked to obtain the coin-type battery 10.

このような本発明の非水電解質空気電池では、充電電圧を低下させることができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、正極に複数の含硫黄複素環が環状に連結した環状連結化合物を含有させることにより、以下のような作用が生じるためと考えられる。例えば、硫黄原子が、リチウム酸化物のような金属酸化物と相互作用することで、イオン伝導に寄与できない金属酸化物が分解されやすくなり(分解電圧が下がり)イオン伝導度が高まるためとも考えられる。また、例えば、硫黄原子の非共有電子対とリチウム酸化物などの金属酸化物の酸素原子との相互作用により、酸素原子内の電子密度に偏りが生じ、正極近傍のリチウムイオンなどの金属イオンの移動度が向上するためとも考えられる。   In such a nonaqueous electrolyte air battery of the present invention, the charging voltage can be reduced. The reason why such an effect is obtained is not clear, but it is considered that the following action is caused by including a cyclic linking compound in which a plurality of sulfur-containing heterocycles are cyclically linked to the positive electrode. For example, the sulfur atom interacts with a metal oxide such as lithium oxide, so that the metal oxide that cannot contribute to ionic conduction is likely to be decomposed (the decomposition voltage is lowered) and the ionic conductivity is increased. . In addition, for example, due to the interaction between the unshared electron pair of the sulfur atom and the oxygen atom of the metal oxide such as lithium oxide, the electron density in the oxygen atom is biased, and the metal ion such as lithium ion near the positive electrode This is also considered to improve mobility.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

(1)含硫黄環状化合物の合成
(A)四量体(シクロオクタ[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’’:7,8−c’’’]テトラチオフェン)の合成(スキーム1参照)
アルゴン雰囲気下、三口フラスコに3,4−ジブロモチオフェン(和光純薬工業製)12.9mLを入れ、テトラヒドロフラン(THF,和光純薬工業製)11.8mLを加えた後、イソプロピルマグネシウムブロマイド塩化リチウム錯体のTHF溶液(SIGMA ALDRICH製)100mLを0℃で滴下した。1時間攪拌した後に、室温で30分攪拌した。これを再び0℃に冷却した後、CuCl2(和光純薬工業製)23.7gをTHF10mLに懸濁させた懸濁液に滴下した。その後、室温まで徐々に昇温し、一晩攪拌した。5NのHCl水溶液を加えた後、有機層を分離し、水層はジエチルエーテル(和光純薬工業製)を用いて抽出した。有機層は併せて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウム (和光純薬工業製) で乾燥させ、濾過した後、減圧下で溶媒を留去した。反応混合物はシリカゲルカラムクロマトグラフィー(関東化学製)で精製し、さらに、ヘキサンを用いて再結晶させることで7.72gの4,4’−ジブロモ−3,3’−ビチオフェンを得た。
(1) Synthesis of sulfur-containing cyclic compound (A) Tetramer (cycloocta [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ″: 7,8-c ′ ″] tetrathiophene ) (See Scheme 1)
Under an argon atmosphere, 12.9 mL of 3,4-dibromothiophene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added to a three-necked flask, 11.8 mL of tetrahydrofuran (THF, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added, and then an isopropyl magnesium bromide lithium chloride complex. Of THF (manufactured by SIGMA ALDRICH) was added dropwise at 0 ° C. After stirring for 1 hour, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. This was cooled again to 0 ° C., and then dropped into a suspension of 23.7 g of CuCl 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) suspended in 10 mL of THF. Then, it heated up gradually to room temperature and stirred overnight. After adding 5N HCl aqueous solution, the organic layer was separated, and the aqueous layer was extracted using diethyl ether (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The organic layers were combined and washed with saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), filtered, and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography (manufactured by Kanto Chemical), and further recrystallized from hexane to obtain 7.72 g of 4,4′-dibromo-3,3′-bithiophene.

アルゴン雰囲気下、三口フラスコに1,5−シクロオクタジエン(関東化学製)3.50mLと2,2’−ビピリジン(関東化学製)4.08gを入れ、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF,和光純薬工業製)40mLを加えた後にNi(COD)2(和光純薬工業製)7.18gを室温で加えた。なお、CODは1,5−シクロオクタジエンを示す。これにTHF40mLに4,4’−ジブロモ−3,3’−ビチオフェン7.69gを溶解させたものを滴下した後、70℃で24時間加熱した。5NのHCl水溶液を加えた後、有機層を分離し、水層はクロロホルムを用いて抽出した。有機層は併せて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過した後、減圧下で溶媒を留去した。反応混合物はシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、さらに、ヘキサンを用いて再結晶させることで2.25gのシクロオクタ[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’’:7,8−c’’’]テトラチオフェン(四量体)を得た。 Under an argon atmosphere, 3.55-mL 1,5-cyclooctadiene (manufactured by Kanto Chemical) and 4.08 g of 2,2′-bipyridine (manufactured by Kanto Chemical) were placed in a three-necked flask, and N, N-dimethylformamide (DMF, Japanese) After adding 40 mL of Kojun Pharmaceutical Co., Ltd., 7.18 g of Ni (COD) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added at room temperature. COD represents 1,5-cyclooctadiene. A solution prepared by dissolving 7.69 g of 4,4′-dibromo-3,3′-bithiophene in 40 mL of THF was added dropwise thereto, followed by heating at 70 ° C. for 24 hours. After adding 5N aqueous HCl, the organic layer was separated and the aqueous layer was extracted with chloroform. The organic layers were combined and washed with saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, filtered, and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography, and further recrystallized from hexane, whereby 2.25 g of cycloocta [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ″: 7 , 8-c ′ ″] tetrathiophene (tetramer) was obtained.

(B)サルフラワーの合成(スキーム2参照)
続いて、アルゴン雰囲気下、三口フラスコに、上述のようにして得られたシクロオクタ[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’’:7,8−c’’’]テトラチオフェン(四量体)1.03g を入れ、THF15mLを加えた後、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のTHF/エチルベンゼン/ヘプタン溶液 (東京化成工業製)31.2mLを−78℃で滴下した。1時間攪拌した後に、S8 (高純度化学製)1.65gを加え、室温まで徐々に昇温し、一晩攪拌した。ジエチルエーテル200mLを加えて、水層を分離し、有機層は水を用いて抽出した。併せた水層に5NのHCl水溶液を滴下した。ここで得られた固体を濾過し、ジエチルエーテルで洗浄した後、減圧乾燥した後に、減圧下(1.2Pa)、480℃で加熱することで75.7mgのサルフラワーを得た。
(B) Synthesis of monkey flower (see Scheme 2)
Subsequently, the cycloocta [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ″: 7,8-c ′ ″ obtained as described above was placed in a three-necked flask under an argon atmosphere. After adding 1.03 g of tetrathiophene (tetramer) and adding 15 mL of THF, 31.2 mL of a THF / ethylbenzene / heptane solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) of lithium diisopropylamide (LDA) was added dropwise at −78 ° C. After stirring for 1 hour, 1.65 g of S 8 (manufactured by High-Purity Chemical) was added, the temperature was gradually raised to room temperature, and the mixture was stirred overnight. 200 mL of diethyl ether was added, the aqueous layer was separated, and the organic layer was extracted with water. A 5N aqueous HCl solution was added dropwise to the combined aqueous layer. The solid obtained here was filtered, washed with diethyl ether, dried under reduced pressure, and then heated at 480 ° C. under reduced pressure (1.2 Pa) to obtain 75.7 mg of monkey flour.

(C)ベンゼン[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’]トリチオフェン(三量体)の合成(スキーム3参照)
アルゴン雰囲気下、三口フラスコに1,5−シクロオクタジエン(関東化学製)1.58mLと2,2’−ビピリジン(関東化学製)2.91gを入れ、DMF(和光純薬工業製)45mL を加えた後にNi(COD)2 (和光純薬工業製)5.11gを室温で加えた。これに3,4−ジブロモチオフェン1.60mLを滴下した後、70℃で 24 時間加熱した。5NのHCl水溶液を加えた後、有機層を分離し、水層はクロロホルムを用いて抽出した。有機層は併せて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過した後、減圧下で溶媒を留去した。反応混合物はシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、さらに、ヘキサンを用いて再結晶させることで153mgのベンゼン[1,2−c:3,4−c’:5,6−c’]トリチオフェンを得た。
(C) Synthesis of benzene [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ′] trithiophene (trimer) (see Scheme 3)
In an argon atmosphere, put 1.58 mL of 1,5-cyclooctadiene (manufactured by Kanto Chemical) and 2.91 g of 2,2′-bipyridine (manufactured by Kanto Chemical) into a three-necked flask, and add 45 mL of DMF (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). After the addition, 5.11 g of Ni (COD) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was added at room temperature. To this was added dropwise 1.60 mL of 3,4-dibromothiophene and then heated at 70 ° C. for 24 hours. After adding 5N aqueous HCl, the organic layer was separated and the aqueous layer was extracted with chloroform. The organic layers were combined and washed with saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, filtered, and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography and further recrystallized from hexane to obtain 153 mg of benzene [1,2-c: 3,4-c ′: 5,6-c ′] trithiophene. It was.

(2)セルの作製及び充電試験
[実施例1]
正極は次のように作製した。触媒として50質量%のサルフラワーと、導電助剤として35質量%のアセチレンブラック(電気化学工業製)と、バインダーとして15質量%のテフロンパウダー(テフロンは登録商標,ダイキン工業製)とを混合し、乳鉢を用いて練り合わせた後、薄膜状に成形した。この正極合材を9.9mg量り取り、ステンレス製のメッシュ(ニラコ製,SUS304)上に圧着して乾燥したものを、正極とした。負極には直径10mm、厚さ0.4mmの金属リチウム(本城金属製)を用いた。電解液にはリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(関東化学製)をジメチルスルホキシド(和光純薬工業製)に溶かして1mol/Lとしたものを用いた。
(2) Cell fabrication and charging test
[Example 1]
The positive electrode was produced as follows. 50% by mass of monkey flour as a catalyst, 35% by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive auxiliary agent, and 15% by mass of Teflon powder (Teflon is a registered trademark, manufactured by Daikin Industries) as a binder are mixed. After kneading using a mortar, it was formed into a thin film. 9.9 mg of this positive electrode mixture was weighed out, pressed onto a stainless steel mesh (manufactured by Niraco, SUS304) and dried to obtain a positive electrode. For the negative electrode, metallic lithium (made by Honjo Metal) having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.4 mm was used. As the electrolytic solution, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in dimethyl sulfoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to make 1 mol / L.

上述した正極、負極及び電解液を用いてF型電気化学セル20を作製した。図2はF型電気化学セル20(北斗電工製)の断面図である。F型電気化学セル20はアルゴン雰囲気下のグローブボックス内で次のようにして組み立てた。まず、SUS製のケーシング22に負極24を設置し、正極26と負極24とを対向するようにセットし、電解液28を1.0mL注入した。その後、正極26に発泡ニッケル板32を載せ、その上に、空気が正極26側へ流通可能なガス溜め34を配置し、セルを固定して実施例1の電気化学セルを得た。なお、F型電気化学セル20のガス溜め34にはドライ酸素を充填した。   An F-type electrochemical cell 20 was produced using the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution described above. FIG. 2 is a cross-sectional view of an F-type electrochemical cell 20 (manufactured by Hokuto Denko). The F-type electrochemical cell 20 was assembled as follows in a glove box under an argon atmosphere. First, the negative electrode 24 was installed in the casing 22 made of SUS, the positive electrode 26 and the negative electrode 24 were set to face each other, and 1.0 mL of the electrolyte solution 28 was injected. Thereafter, a foamed nickel plate 32 was placed on the positive electrode 26, and a gas reservoir 34 through which air can flow to the positive electrode 26 side was disposed thereon, and the cell was fixed to obtain an electrochemical cell of Example 1. The gas reservoir 34 of the F-type electrochemical cell 20 was filled with dry oxygen.

続いて、北斗電工製の充放電装置(HJ1001SM8A)にF型電気化学セルを接続し、正極合材の表面積あたり0.025mA/cm2の電流密度で40時間放電した後、正極合材の表面積あたり0.025mA/cm2の電流密度で40時間充電した。図3に、実施例1の充電曲線を示す。実施例1では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.29Vであった。 Subsequently, after connecting an F-type electrochemical cell to a charge / discharge device (HJ1001SM8A) manufactured by Hokuto Denko, and discharging for 40 hours at a current density of 0.025 mA / cm 2 per surface area of the positive electrode mixture, the surface area of the positive electrode mixture The battery was charged for 40 hours at a current density of 0.025 mA / cm 2 . FIG. 3 shows a charging curve of Example 1. In Example 1, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.29V.

[比較例1]
サルフラワーを含む正極合材の代わりに80質量%のアセチレンブラックと、20質量%のテフロンパウダーのみからなる正極合材を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図3に、比較例1の充電曲線を示す。比較例1では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.58Vであった。
[Comparative Example 1]
An F-type electrochemical cell was prepared and charged in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture consisting of only 80% by mass of acetylene black and 20% by mass of Teflon powder was used instead of the positive electrode mixture containing monkey flour. A test was conducted. In FIG. 3, the charge curve of the comparative example 1 is shown. In Comparative Example 1, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.58V.

[実施例2]
正極は次のように作製した。触媒として15質量%のサルフラワーと、導電助剤として70質量%のケッチェンブラック(ECP600JD,三菱化学製)と、バインダーとして15質量%のテフロンパウダーとを混合し、乳鉢を用いて練り合わせた後、薄膜状に成形した。この正極合材を2.0mg量り取り、ステンレス製のメッシュ上に圧着して乾燥したものを用いて、実施例1と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図4に、実施例2の充電曲線を示す。実施例2では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.42Vであった。
[Example 2]
The positive electrode was produced as follows. After mixing 15% by weight monflower as a catalyst, 70% by weight Ketjen black (ECP600JD, manufactured by Mitsubishi Chemical) as a conductive aid, and 15% by weight Teflon powder as a binder, and kneading them using a mortar The film was formed into a thin film. 2.0 mg of this positive electrode mixture was weighed out, pressed onto a stainless steel mesh and dried, and an F-type electrochemical cell was prepared in the same manner as in Example 1 to conduct a charge test. FIG. 4 shows a charging curve of Example 2. In Example 2, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.42V.

[実施例3]
10質量%のサルフラワーと、75質量%のケッチェンブラックと、15質量%のテフロンパウダーとを混合した正極合材を用いた以外は実施例2同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図4に、実施例2の充電曲線を示す。実施例3では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.50Vであった。
[Example 3]
An F-type electrochemical cell was prepared and charged in the same manner as in Example 2 except that a positive electrode mixture in which 10% by mass of monkey flour, 75% by mass of ketjen black and 15% by mass of Teflon powder were mixed was used. Went. FIG. 4 shows a charging curve of Example 2. In Example 3, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.50V.

[比較例2]
サルフラワーを含む正極合材の代わりに80質量%のケッチェンブラックと、20質量%のテフロンパウダーのみからなる正極合材を用いた以外は実施例2と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図4に、比較例2の充電曲線を示す。比較例2では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は、3.57Vであった。
[Comparative Example 2]
An F-type electrochemical cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that a positive electrode mixture made of only 80% by mass of ketjen black and 20% by mass of Teflon powder was used instead of the positive electrode mixture containing monkey flour. A charge test was conducted. FIG. 4 shows a charging curve of Comparative Example 2. In Comparative Example 2, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.57V.

[実施例4]
サルフラワーの代わりに四量体を使用した正極合材を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図5に、実施例4の充電曲線を示す。実施例4では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は、3.33Vであった。
[Example 4]
An F-type electrochemical cell was prepared and subjected to a charge test in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture using a tetramer was used instead of monkey flour. FIG. 5 shows a charging curve of Example 4. In Example 4, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.33V.

[実施例5]
サルフラワーの代わりに三量体を使用した正極合材を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図5に、実施例5の充電曲線を示す。実施例5では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.35Vであった。
[Example 5]
An F-type electrochemical cell was prepared and subjected to a charge test in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture using a trimer was used instead of monkey flour. FIG. 5 shows a charging curve of Example 5. In Example 5, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.35V.

[比較例3]
サルフラワーの代わりにポリ(3−フェニルチオフェン−2,5−ジイル)(SIGMA ALDRICH製)を使用した正極合材を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製し充電試験を行った。図6に、比較例3の充電曲線を示す。比較例3では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.62Vであった。なお、ここでは、ポリ(3−フェニルチオフェン−2,5−ジイル)を、単にフェニルチオフェンとも称する。
[Comparative Example 3]
An F-type electrochemical cell was prepared and charged in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture using poly (3-phenylthiophene-2,5-diyl) (manufactured by SIGMA ALDRICH) instead of monkey flour was used. Went. FIG. 6 shows a charging curve of Comparative Example 3. In Comparative Example 3, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.62V. Here, poly (3-phenylthiophene-2,5-diyl) is also simply referred to as phenylthiophene.

[比較例4]
サルフラワーの代わりにポリ(3−ドデシルチオフェン−2,5−ジイル)(SIGMA ALDRICH製)を使用した正極合材を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製して充電試験を行った。図6に、比較例4の充電曲線を示す。比較例4では、電気容量0.6mAhまで充電したときの電圧は3.75Vであった。なお、ここでは、ポリ(3−ドデシルチオフェン−2,5−ジイル)を、単にドデシルチオフェンとも称する。
[Comparative Example 4]
An F-type electrochemical cell was prepared and charged in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode mixture using poly (3-dodecylthiophene-2,5-diyl) (manufactured by SIGMA ALDRICH) instead of monkey flour was used. A test was conducted. FIG. 6 shows a charging curve of Comparative Example 4. In Comparative Example 4, the voltage when charged to an electric capacity of 0.6 mAh was 3.75V. Here, poly (3-dodecylthiophene-2,5-diyl) is also simply referred to as dodecylthiophene.

[実施例6]
ジメチルスルホキシドの代わりにリン酸トリメチル(TMP,SIGMA ALDRICH製)を用いた以外は実施例1と同様にF型電気化学セルを作製して充電試験を行った。図7に実施例6の充電曲線を示す。実施例6では、電気容量0.2mAhまで充電したときの電圧は3.37Vであった。
[Example 6]
An F-type electrochemical cell was prepared and charged in the same manner as in Example 1 except that trimethyl phosphate (TMP, manufactured by SIGMA ALDRICH) was used instead of dimethyl sulfoxide. FIG. 7 shows a charging curve of Example 6. In Example 6, the voltage when charged to an electric capacity of 0.2 mAh was 3.37V.

[比較例5]
サルフラワーを含む正極合材の代わりに80質量%のアセチレンブラックと、20質量%のテフロンパウダーのみからなる正極合材を用いた以外は実施例6と同様にF型電気化学セルを作製して充電試験を行った。図7に、比較例4の充電曲線を示す。比較例5では、電気容量0.2mAhまで充電したときの電圧は3.68Vであった。
[Comparative Example 5]
An F-type electrochemical cell was prepared in the same manner as in Example 6 except that a positive electrode mixture consisting of only 80% by mass of acetylene black and 20% by mass of Teflon powder was used instead of the positive electrode mixture containing monkey flour. A charge test was conducted. FIG. 7 shows a charging curve of Comparative Example 4. In Comparative Example 5, the voltage when charged to an electric capacity of 0.2 mAh was 3.68V.

(3)実験結果
表1に、実施例1〜6及び比較例1〜5の正極の材料比率と合材総量、電解液溶媒の種類及び充電電圧をまとめた。正極にサルフラワーを加えた実施例1とサルフラワーを加えていない比較例1とを比較すると、実施例1は比較例1に比して、充電電圧が低かった。また、実施例2,3及び比較例2では、アセチレンブラックに代えてケッチェンブラックを用いたが、正極にサルフラワーを加えた実施例2,3は、サルフラワーを加えていない比較例2に比して、充電電圧が低かった。以上より、正極にサルフラワーを加えることで、充電電圧を低下させることができることがわかった。また、サルフラワーの添加量は、少なくとも正極合材中10質量%以上50質量%以下の範囲であれば、充電電圧を低下させる効果があることが確認されたが、この範囲より多くても少なくても、同様に充電電圧を低下させることができると推察された。
(3) Experimental results Table 1 summarizes the material ratios and total amounts of the positive electrode materials of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5, the type of the electrolyte solvent, and the charging voltage. When Example 1 in which monkey flour was added to the positive electrode was compared with Comparative Example 1 in which monkey flour was not added, Example 1 had a lower charging voltage than Comparative Example 1. In Examples 2 and 3 and Comparative Example 2, ketjen black was used instead of acetylene black, but Examples 2 and 3 in which monkey flour was added to the positive electrode were compared with Comparative Example 2 in which monkey flour was not added. In comparison, the charging voltage was low. From the above, it was found that charging voltage can be reduced by adding monflower to the positive electrode. Further, it has been confirmed that the amount of monflower added is at least 10% by mass or more and 50% by mass or less in the positive electrode mixture, and the charging voltage is reduced. However, it was speculated that the charging voltage could be similarly reduced.

サルフラワーの代わりに四量体、三量体を加えた実施例4,5は、比較例1に比して充電電圧が低かった。一方、サルフラワーの代わりにフェニルチオフェンやドデシルチオフェンを加えた比較例3,4は、比較例1に比して充電電圧が高かった。以上より、正極に加えるものはサルフラワーに限定されるものではないが、環状連結化合物であることが必要と推察された。   In Examples 4 and 5 in which tetramer and trimer were added instead of monflower, the charging voltage was lower than that of Comparative Example 1. On the other hand, Comparative Examples 3 and 4 in which phenylthiophene or dodecylthiophene was added instead of monflower had a higher charging voltage than Comparative Example 1. From the above, it was speculated that what is added to the positive electrode is not limited to monkey flour, but it must be a cyclic linking compound.

電解液溶媒としてリン酸トリメチルを用いた実施例6や比較例5でも、正極にサルフラワーを加えた実施例6とサルフラワーを加えていない比較例5とを比較すると、実施例6は充電電圧が低かった。以上より、電解液溶媒の種類はジメチルスルホキシドに限定されず、リン酸トリメチルやその他のものでも、同様に充電電圧を低下させることができると推察された。   Even in Example 6 and Comparative Example 5 using trimethyl phosphate as the electrolyte solvent, comparing Example 6 in which monkey was added to the positive electrode and Comparative Example 5 in which monkey was not added, Example 6 showed a charging voltage. Was low. From the above, it was speculated that the type of electrolyte solvent is not limited to dimethyl sulfoxide, and trimethyl phosphate and others can similarly reduce the charging voltage.

本発明は、電池産業に利用可能である。   The present invention is applicable to the battery industry.

10 非水電解質空気電池、11 電池ケース、12 負極、13 正極、14 セパレータ、15 ガスケット、16 封口板、17 非水系電解液、20 F型電気化学セル、22 ケーシング、24 負極、26 正極、28 電解液、32 発泡ニッケル板、34 ガス溜め。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nonaqueous electrolyte air battery, 11 Battery case, 12 Negative electrode, 13 Positive electrode, 14 Separator, 15 Gasket, 16 Sealing plate, 17 Nonaqueous electrolyte, 20 F type electrochemical cell, 22 Casing, 24 Negative electrode, 26 Positive electrode, 28 Electrolyte, 32 foam nickel plate, 34 gas reservoir.

Claims (3)

酸素を正極活物質とし、複数の含硫黄複素環が環状に連結した環状連結化合物を含む正極と、
負極活物質を有する負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し金属イオンを伝導する非水系のイオン伝導媒体と、
を備えた非水電解質空気電池。
A positive electrode containing a cyclic linking compound in which oxygen is used as a positive electrode active material and a plurality of sulfur-containing heterocycles are cyclically linked;
A negative electrode having a negative electrode active material;
A non-aqueous ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts metal ions;
A non-aqueous electrolyte air battery.
前記含硫黄複素環は、チオフェンである、請求項1に記載の非水電解質空気電池。   The non-aqueous electrolyte air battery according to claim 1, wherein the sulfur-containing heterocycle is thiophene. 前記化合物は、化学式(1)〜(3)のいずれか記載の化合物である、請求項1又は2に記載の非水電解質空気電池。
The nonaqueous electrolyte air battery according to claim 1, wherein the compound is a compound according to any one of chemical formulas (1) to (3).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104387398A (en) * 2014-10-14 2015-03-04 石家庄诚志永华显示材料有限公司 Liquid crystal compounds, and preparation method and application thereof
JPWO2018020811A1 (en) * 2016-07-26 2019-05-16 株式会社村田製作所 Electrolyte solution and electrochemical device
US11081728B2 (en) 2017-07-14 2021-08-03 Lg Chem, Ltd. Non-aqueous electrolyte solution additive, and non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery which include the same

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