JP2013222556A - Battery - Google Patents

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Asami Ohashi
亜沙美 大橋
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Asahi Kasei Corp
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery causing no deterioration in charge/discharge performance of a battery even when a negative electrode contains lithium, and improved in safety even during long-term use and an abnormal state by suppressing needle-like precipitation of lithium.SOLUTION: A battery includes: an ion conductor containing a low molecular gelator (a low molecular gelator having a perfluoroalkyl group, a coumarin type gelator, a gelator having an azo group, or the like) having a gelling ability in order to enhance an effect for suppressing needle-like precipitation of lithium; a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material; and a positive electrode. The battery can be also applied for a lithium-air battery.

Description

本発明は電池に関する。   The present invention relates to a battery.

近年の環境問題への意識の高まりや、安全性重視の点から、化石燃料を用いたエネルギーや原子力エネルギーの使用の低減が求められている。そのような事情のもと、発電に代表される創エネルギーのみではなく、省エネルギー、蓄エネルギーを含む様々な観点からのエネルギー技術の革新が求められている。   In recent years, there has been a demand for a reduction in the use of energy using fossil fuels and nuclear energy from the point of increasing awareness of environmental issues and emphasis on safety. Under such circumstances, not only energy creation represented by power generation but also innovation of energy technology from various viewpoints including energy saving and energy storage is required.

蓄エネルギー部材として代表的なリチウムイオン電池は、汎用に使用されている蓄電池の中では容量密度やエネルギー密度が高いため、現在、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器に広く使用されているのみならず、電動工具類や各種機器のバックアップ電源としても使用されている。さらに最近では、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車載用やスマートハウスへの採用が検討されており、リチウムイオン電池のさらなる拡大が期待及び予測されている。
しかしながら、自動車用途や住宅用途などでは従来の携帯機器と比較して、大容量、高出力などの高性能電池が必要であるため、改良された次世代型電池への要求が高まっている。
Lithium-ion batteries, which are typical energy storage materials, have a high capacity density and energy density among general-purpose storage batteries, so if they are currently only widely used in mobile devices such as mobile phones and laptop computers It is also used as a backup power source for electric tools and various devices. Furthermore, recently, adoption in in-vehicle and smart houses such as hybrid cars and electric cars has been examined, and further expansion of lithium ion batteries is expected and predicted.
However, high-capacity, high-power, and other high-performance batteries are required for automobile use and residential use as compared with conventional portable devices, and therefore there is an increasing demand for improved next-generation batteries.

そのような次世代型電池の例として、リチウム電池やリチウム−空気電池、リチウム−硫黄電池などの負極活物質としてリチウムを含む電池が次世代の大容量電池として注目されている。
リチウムイオン電池の正極活物質にはコバルト酸リチウムをはじめとするリチウム金属酸化物が使用されているが、負極活物質には炭素材料を用いることが一般的である。そこで負極にもリチウムを含む材料を負極活物質として用いれば、より高容量の電池が達成されると期待できる。
ここで、リチウム−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、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体(電解液)とを備えたものが知られている。正極に用いる酸素は空気から得られ、固体の活物質を電池内に封入する必要がないことから、理論的には正極の容量が無限となり、リチウムイオン電池と比較して大幅に高い容量を達成することができる。しかしながら、リチウム−空気電池では正極から空気を取り込む際に混入する水分が電池を劣化させたり、二酸化炭素が電解液の性能を低下させたりするため、長期にわたって電池を使用できないという課題があり、様々な改良が検討されている。
特許文献1には、リチウムイオンを放出する負極と、多孔質材料からなる空気極集電体と、導電性材料を含む多孔質正極と、前記空気極集電体と前記多孔質正極との間に配置された、導電性材料からなる拡散層と、前記負極と前記多孔質正極との間に配置された非水電解質とを有する、リチウム空気電池が開示されている。
特許文献2には、導電性材料を含有する空気極層および前記空気極層の集電を行う空気極集電体を有する空気極と、負極活物質を含有する負極層および前記負極層の集電を行う負極集電体を有する負極と、前記空気極層および前記負極層の間に設置されたセパレータと、前記空気極層および前記負極層の間でリチウムイオンの伝導を担う、リチウム塩および有機溶媒を含む有機溶媒電解液と、を有するリチウム空気電池であって、前記有機溶媒が、高誘電率、かつ、放電生成物に対する耐反応性を有する耐反応性有機溶媒を含むことを特徴とするリチウム空気電池が開示されている。
As an example of such a next-generation battery, a battery containing lithium as a negative electrode active material, such as a lithium battery, a lithium-air battery, or a lithium-sulfur battery, has attracted attention as a next-generation large-capacity battery.
Lithium metal oxides such as lithium cobaltate are used as the positive electrode active material of the lithium ion battery, but a carbon material is generally used as the negative electrode active material. Therefore, if a material containing lithium is used for the negative electrode as the negative electrode active material, a higher capacity battery can be expected.
Here, the lithium-air battery includes a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, a positive electrode including oxygen as a positive electrode active material and an oxygen redox catalyst, and an ion conductor interposed between the negative electrode and the positive electrode ( An electrolyte solution is known. The oxygen used for the positive electrode is obtained from the air, and since there is no need to enclose a solid active material in the battery, the capacity of the positive electrode is theoretically infinite, achieving a significantly higher capacity compared to lithium ion batteries. can do. However, in lithium-air batteries, there is a problem that the battery cannot be used for a long time because moisture mixed when taking air from the positive electrode deteriorates the battery or carbon dioxide reduces the performance of the electrolyte. Various improvements are being considered.
Patent Document 1 discloses a negative electrode that releases lithium ions, an air electrode current collector made of a porous material, a porous positive electrode containing a conductive material, and a space between the air electrode current collector and the porous positive electrode. There is disclosed a lithium-air battery having a diffusion layer made of a conductive material and a non-aqueous electrolyte arranged between the negative electrode and the porous positive electrode.
Patent Document 2 discloses an air electrode having an air electrode layer containing a conductive material and an air electrode current collector for collecting the air electrode layer, a negative electrode layer containing a negative electrode active material, and a collection of the negative electrode layer. A negative electrode having a negative electrode current collector that conducts electricity, a separator disposed between the air electrode layer and the negative electrode layer, a lithium salt that conducts lithium ions between the air electrode layer and the negative electrode layer, and An organic solvent electrolyte containing an organic solvent, wherein the organic solvent includes a reaction-resistant organic solvent having a high dielectric constant and resistance to discharge products. A lithium air battery is disclosed.

国際公開2011/052440号公報International Publication 2011/052440 特開2011−146283号公報JP 2011-146283 A

しかしながら、上記特許文献に記載されているような負極にリチウムを含む電池では、充放電に伴って負極上に針状に金属リチウムが徐々に堆積し、それが電池短絡を引き起こすことから、長期使用時の充放電特性と安全性に課題がある。また、このような針状リチウムは、過充電などの異常時には短時間で析出するため、異常充電が全く起こらないような電池制御が必要となる。このような針状に体積したリチウムは反応性が高く、異常時には発火したり暴走したりする要因になる。   However, in a battery containing lithium in the negative electrode as described in the above-mentioned patent document, metallic lithium gradually accumulates on the negative electrode in accompaniment with charge and discharge, and this causes a battery short circuit, so long-term use There are problems with the charge and discharge characteristics and safety at the time. Moreover, since such acicular lithium deposits in a short time in the event of an abnormality such as overcharging, battery control is required so that no abnormal charging occurs. Such acicular volume of lithium is highly reactive and can cause fire or runaway in abnormal situations.

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、負極にリチウムを含有させた場合でも、電池の充放電性能を低下させず、かつ、リチウムの針状析出を抑制して長期使用時や異常時でも安全性を向上させた電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and even when lithium is contained in the negative electrode, the charge / discharge performance of the battery is not deteriorated, and the acicular precipitation of lithium is suppressed and used for a long time. An object is to provide a battery with improved safety even in the event of an abnormality.

本発明者らは上記目的を達成すべく、様々なイオン伝導体を用いて電池の性能を検討した結果、低分子ゲル化剤を含むイオン伝導体を用いることにより、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of studying battery performance using various ion conductors in order to achieve the above object, the present inventors can achieve the above object by using an ion conductor containing a low-molecular gelling agent. The present invention was completed.

すなわち、本発明は下記のとおりである。
[1]
低分子ゲル化剤を含むイオン伝導体と、負極活物質としてリチウム化合物を含む負極と、正極と、を含む電池。
[2]
前記リチウム化合物がリチウム金属である、上記[1]記載の電池。
[3]
前記低分子ゲル化剤が、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含む、上記[1]又は[2]記載の電池。
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Cy−X3−Cm (3)
(式(1)及び(2)中、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示し、R1及びR4はそれぞれ独立に、単結合若しくは炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、X1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)、(1e)、(1f)及び(1g)で表される基からなる群より選ばれる2価の基を示し、L1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基を示し、R2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基のうちの1種以上とが結合した1価の基を示し、R3は主鎖に酸素及び/又は硫黄原子を1つ以上有してもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A battery comprising an ionic conductor containing a low-molecular gelling agent, a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material, and a positive electrode.
[2]
The battery according to [1] above, wherein the lithium compound is lithium metal.
[3]
[1] or [2] above, wherein the low-molecular gelling agent comprises one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3): The battery described.
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 -O-Cy-X 3 -Cm (3)
(In the formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 each independently represents a perfluoroalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, and R 1 and R 4 each independently represent a single bond or 1 carbon atom. To 6 divalent saturated hydrocarbon groups, wherein X 1 and X 2 are each independently the following formulas (1a), (1b), (1c), (1d), (1e), (1f) and ( 1g) represents a divalent group selected from the group consisting of groups represented by 1g), L 1 and L 2 are each independently a single bond, an alkyl group or an oxyalkylene group optionally substituted with a halogen atom, an alkyl An oxycycloalkylene group which may be substituted with a group or a halogen atom, or a divalent oxyaromatic group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom, and R 2 represents an alkyl group or a halogen atom ( However, A fluoroalkyl group, an aryl group or a fluoro group optionally substituted with an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom) which may be substituted with An aryl group, or a monovalent group in which one or more of these groups and one or more of divalent groups corresponding to these groups are bonded, R 3 represents oxygen and And / or a C1-C18 divalent saturated hydrocarbon group which may have one or more sulfur atoms and may be substituted with an alkyl group.

式(3)中、R5は主鎖の炭素数1〜20の置換又は無置換の1価の炭化水素基を示し、Cyは置換若しくは無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示し、X3は、下記式(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)及び(3g)で表される基からなる群より選ばれる2価の基、又は、それらの2価の基のうち2種以上が結合した2価の基を示し、Cmは下記一般式(3z)で表される1価の基を示し、下記式(3z)中、複数のRaはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。 In formula (3), R 5 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and Cy represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 5 to 30 nucleus atoms. It shows the family hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, X 3 is represented by the following formula (3a), (3b), (3c), (3d), (3e), (3f) and (3 g) A divalent group selected from the group consisting of the following groups, or a divalent group in which two or more of these divalent groups are bonded, and Cm is a monovalent group represented by the following general formula (3z) In the following formula (3z), a plurality of R a each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.

[4]
前記X1及びX2が、それぞれ独立に、前記式(1a)又は前記式(1d)で表される2価の官能基である、上記[3]記載の電池。
[5]
前記X1及びX2がいずれも、前記式(1d)で表される2価の官能基である、上記[3]又は[4]記載の電池。
[6]
前記イオン伝導体の1相以上がゲル状である、上記[1]〜[5]のいずれか記載の電池。
[7]
前記電池は、前記正極の正極活物質として酸素を用いたリチウム−空気電池である、上記[1]〜[6]のいずれか記載の電池。
[4]
The battery according to [3] above, wherein X 1 and X 2 are each independently a divalent functional group represented by the formula (1a) or the formula (1d).
[5]
The battery according to [3] or [4] above, wherein both X 1 and X 2 are divalent functional groups represented by the formula (1d).
[6]
The battery according to any one of [1] to [5], wherein one or more phases of the ion conductor are in a gel form.
[7]
The battery according to any one of [1] to [6], wherein the battery is a lithium-air battery using oxygen as a positive electrode active material of the positive electrode.

本発明によると、負極活物質としてリチウム化合物を含む負極を用いた電池であって、電池の充放電性能を低下させることなく、長期使用時および異常時のリチウム針状析出を抑制することにより安全性を向上させた電池を提供することができる。   According to the present invention, a battery using a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material, which is safe by suppressing lithium needle-like precipitation during long-term use and abnormal conditions without reducing the charge / discharge performance of the battery A battery with improved properties can be provided.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。
本実施形態における電池は、低分子ゲル化剤を含むイオン伝導体と、負極活物質としてリチウム化合物を含む負極と、正極と、を含む。
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail.
The battery in this embodiment includes an ionic conductor containing a low molecular gelling agent, a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material, and a positive electrode.

<イオン伝導体>
本実施形態におけるイオン伝導体は低分子ゲル化剤を含む。イオン伝導体としては電解質を含む公知の電解液を用いることができ、イオンを運ぶことができる媒体であれば固体状、ゲル状、液体状、スラリー状などの様々な形態のものを選択できる。イオン伝導体は2相以上存在してもよく、その場合、イオン伝導体の少なくとも1相以上に低分子ゲル化剤を含む。特に、針状リチウムの析出の抑制効果がより向上する傾向にあるため、負極に近接するイオン伝導体相に低分子ゲル化剤を含むことが好ましく、負極に最も近いイオン伝導体相に低分子ゲル化剤を含むことが更に好ましい。なお、複数の相に低分子ゲル化剤を含むと安全性の向上効果がより高まる傾向にあるため好ましい。
<Ionic conductor>
The ion conductor in this embodiment contains a low molecular gelling agent. As the ionic conductor, a known electrolytic solution containing an electrolyte can be used, and various media such as solid, gel, liquid, and slurry can be selected as long as they can carry ions. Two or more ionic conductors may be present. In that case, at least one phase of the ionic conductor includes a low-molecular gelling agent. In particular, since the suppression effect of acicular lithium deposition tends to be further improved, it is preferable to include a low molecular gelling agent in the ion conductor phase close to the negative electrode, and the low molecular weight in the ion conductor phase closest to the negative electrode More preferably, it contains a gelling agent. In addition, it is preferable to include a low-molecular gelling agent in a plurality of phases because the effect of improving safety tends to be further increased.

イオン伝導体である電解液に含まれる溶媒としては特に限定されず、水でも非水溶媒でも使用することができるが、イオン伝導体の1相以上が非水溶媒相であることが好ましい。   The solvent contained in the electrolytic solution that is an ionic conductor is not particularly limited, and either water or a non-aqueous solvent can be used. However, one or more phases of the ionic conductor are preferably a non-aqueous solvent phase.

非水溶媒としては、特に限定されず様々なものを用いることができるが、室温で液体である非水溶媒を用いるのが一般的である。そのような非水溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール及びオクタノールなどのアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル及びγ−ブチロラクトン、γ―バレロラクトン、ε―カプロラクトンなどの酸エステル類;アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン及び3−ペンタノンなどのケトン類;ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、フルオロベンゼン及びヘキサフルオロベンゼンなどの炭化水素類;ジエチルエーテル、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフラン及びフルオロアルキルエーテルなどのエーテル類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド及びN−メチルピロリドン(NMP)などのアミド類;エチレンジアミン及びピリジンなどのアミン類;イミダゾール類;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどのカーボネート類;アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリルなどのニトリル類;スルホランなどのスルホン類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;シリコンオイル及び石油などの工業オイル類;食用油などが挙げられる。   The non-aqueous solvent is not particularly limited and various solvents can be used, but a non-aqueous solvent that is liquid at room temperature is generally used. Examples of such non-aqueous solvents include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol and octanol; methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and γ-butyrolactone, γ-valerolactone, ε-caprolactone and the like. Acid esters; ketones such as acetone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone and 3-pentanone; hydrocarbons such as pentane, hexane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, fluorobenzene and hexafluorobenzene; diethyl ether, dimethoxy Ethers such as methane, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, crown ethers, glymes, tetrahydrofuran and fluoroalkyl ether; N, N-dimethylacetate Amides such as amide, N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone (NMP); amines such as ethylenediamine and pyridine; imidazoles; propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate Carbonates such as ethyl methyl carbonate; nitriles such as acetonitrile, propionitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile; sulfones such as sulfolane; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; industrial oils such as silicon oil and petroleum; Is mentioned.

また、非水溶媒としてはイオン液体を用いることもできる。イオン液体とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる常温溶融塩である。イオン液体は、難燃性であり、爆発性が低く、蒸気圧がほとんどないこと、熱やイオンの伝導性が高いこと、及び、イオン種の選択によって物性制御デザインが可能であることなどの利点を有している。   Moreover, an ionic liquid can also be used as a non-aqueous solvent. An ionic liquid is a room temperature molten salt composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion. Ionic liquids are flame retardant, have low explosive properties, little vapor pressure, high heat and ion conductivity, and physical property control design by selecting ionic species have.

有機カチオンとしては、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ジアルキルピロリジニウムイオン、ジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、例えば、PF6アニオン、PF3(C253アニオン、PF3(CF33アニオン、BF4アニオン、BF2(CF32アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルフォニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオン、ハロゲン化物アニオンが挙げられる。 Examples of the organic cation include imidazolium ions such as a dialkylimidazolium cation and a trialkylimidazolium cation, a tetraalkylammonium ion, an alkylpyridinium ion, a dialkylpyrrolidinium ion, and a dialkylpiperidinium ion. Examples of the anion serving as a counter for these organic cations include PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, and BF 2 (CF 3 ) 2 anion. BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (Pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, dicyanoamine anion, halide anion.

これらの非水溶媒は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   These non-aqueous solvents are used alone or in combination of two or more.

充放電に寄与する電解質の電離度を高めるために、非水溶媒は、高誘電率の溶媒を1種以上含むことが好ましい。同様の観点から、非水溶媒は、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートに代表される環状カーボネート、アセトニトリルに代表されるニトリル、ジメトキシエタン、グライムなどのエーテル類を1種以上含むことがより好ましい。高誘電率溶媒は電解質の電離を助けると共にゲル化能を高めるという利点を有する。   In order to increase the degree of ionization of the electrolyte that contributes to charge and discharge, the non-aqueous solvent preferably contains one or more solvents having a high dielectric constant. From the same viewpoint, the non-aqueous solvent more preferably contains one or more ethers such as cyclic carbonates typified by ethylene carbonate and propylene carbonate, nitriles typified by acetonitrile, dimethoxyethane, and glyme. High dielectric constant solvents have the advantage of helping the ionization of the electrolyte and increasing the gelling ability.

本実施形態における電解質は、電解液において、通常の非水電解質として用いられているものであれば特に限定されず、いずれのものを用いてもよいが、中でも、電池特性の観点から、リチウム塩を使用することが好ましい。リチウム塩の具体例としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2k2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(Ck2k+16-n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiBFn((Ck2k+14-n〔nは1〜3の整数、kは1〜8の整数〕、LiB(C242で表されるリチウムビス(オキサレート)ボレート、LiBF2(C22)で表されるリチウムジフルオロオキサリルボレート、LiPF3(C22)で表されるリチウムトリフルオロオキサリルフォスフェートが挙げられる。 The electrolyte in the present embodiment is not particularly limited as long as it is used as an ordinary non-aqueous electrolyte in the electrolytic solution, and any electrolyte may be used. Is preferably used. Specific examples of the lithium salt include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1-8], LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [n is an integer of 1-5, k is an integer of 1-8], LiBF n ((C k F 2k + 1 ) 4-n [n is an integer of 1 to 3, k is an integer of 1 to 8], lithium bis (oxalate) borate represented by LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 lithium difluoro oxalyl borate represented by (C 2 O 2), include lithium trifluoromethane oxalyl phosphate represented by LiPF 3 (C 2 O 2) .

また、下記一般式(3a)、(3b)又は(3c)で表されるリチウム塩を電解質として用いることもできる。
LiC(SO211)(SO212)(SO213) (3a)
LiN(SO2OR14)(SO2OR15) (3b)
LiN(SO216)(SO2OR17) (3c)
ここで、式中、R11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基を示す。
Moreover, the lithium salt represented by the following general formula (3a), (3b) or (3c) can also be used as an electrolyte.
LiC (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ) (3a)
LiN (SO 2 OR 14 ) (SO 2 OR 15 ) (3b)
LiN (SO 2 R 16 ) (SO 2 OR 17 ) (3c)
Here, in the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 , R 16 and R 17 may be the same or different from each other, and are a C 1-8 perfluoroalkyl group. Indicates.

これらの電解質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの電解質のうち、電池特性や安定性に加え、ゲル化能を高める観点から、LiPF6、LiBF4及びLiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕が好ましい。 These electrolytes are used singly or in combination of two or more. Among these electrolytes, LiPF 6 , LiBF 4 and LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8] are used from the viewpoint of enhancing gelation ability in addition to battery characteristics and stability. preferable.

電解質の濃度は、本発明の目的達成を阻害しない範囲であれば特に限定されないが、電解液中において、好ましくは0.1〜3モル/リットル、より好ましくは0.5〜2モル/リットルの濃度で含有される。   The concentration of the electrolyte is not particularly limited as long as it does not hinder the achievement of the object of the present invention, but is preferably 0.1 to 3 mol / liter, more preferably 0.5 to 2 mol / liter in the electrolytic solution. Contained in concentration.

本実施形態におけるイオン伝導体が2相以上である場合、各相に含まれる電解質は共通であっても、異なるものであってもよい。   When the ion conductor in this embodiment is two or more phases, the electrolyte contained in each phase may be common or different.

低分子ゲル化剤とは、単量体を重合することで得られる重合体(高分子)以外でゲル化能を有する化合物の総称である。超分子のゲル化剤も低分子ゲル化剤に含まれる。高分子のゲル化剤は架橋によって三次元的な網目構造を形成し、その内部に溶媒を吸収して膨潤させたゲルを形成する。それに対して低分子ゲル化剤は、溶液中において一次元に自己集合して擬似的な高分子(超分子ファイバー)を形成し、さらにそれらが絡まり合うことで溶媒を保持してゲルを形成する。低分子ゲル化剤の分子量は、ゲル化能とゲルのハンドリングの観点から、ゲル浸透クロマトグラフィーで測定した重合平均分子量が50〜10000であることが好ましく、100〜5000であることがより好ましい。   The low molecular gelling agent is a general term for compounds having gelling ability other than a polymer (polymer) obtained by polymerizing monomers. Supramolecular gelling agents are also included in the low molecular weight gelling agents. The polymer gelling agent forms a three-dimensional network structure by cross-linking, and forms a gel in which the solvent is swollen by absorbing the solvent. On the other hand, low-molecular gelling agents self-assemble in one dimension in solution to form a pseudo polymer (supermolecular fiber), and further entangle them to hold the solvent and form a gel. . The molecular weight of the low molecular weight gelling agent is preferably 50 to 10,000, more preferably 100 to 5,000, as determined by gel permeation chromatography from the viewpoint of gelling ability and gel handling.

本実施形態における低分子ゲル化剤としては、特に限定されず、例えば、アミド基、ウレア基及びウレタン基のうち1つ以上の基を有する化合物、アミノ酸誘導体、「Chem.Rev.第97巻、p3133〜p3159、1997年発行」に記載されている化合物、特開平10−175901号公報に記載されている化合物、国際公開2006/82768号に記載されている化合物、特開2007−506833号公報に記載されている化合物、特開2009−155592号公報に記載されている化合物、「Chem.Mater.11巻、p649−655、1999年発行」に記載されている化合物、並びに「J.Phys.Chem.B 105巻、p12809〜12815、2001年発行」に記載されている化合物が挙げられる。   The low molecular gelling agent in the present embodiment is not particularly limited. For example, a compound having one or more groups of an amide group, a urea group and a urethane group, an amino acid derivative, “Chem. Rev. Vol. 97, p3133 to p3159, published in 1997, compounds described in JP-A-10-175901, compounds described in International Publication No. 2006/82768, and JP-A-2007-506833 Compounds described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-155592, compounds described in “Chem. Mater. 11, p649-655, 1999”, and “J. Phys. Chem” .B 105, p12809-12815, published 2001 ”. It is.

低分子ゲル化剤は、充放電性能や安全性等の目的の性能を発現させるために、複数のゲル化剤の混合物であってもよい。   The low-molecular gelling agent may be a mixture of a plurality of gelling agents in order to develop target performance such as charge / discharge performance and safety.

低分子ゲル化剤はより少ない添加量で電解液をゲル化でき、また、高温時は電解液をより低粘度化させることができる。低分子ゲル化剤としては、化学的安定性及び酸化還元に対する安定性を有する化合物が好適に使用され、そのような化合物としては、以下に説明する化合物が例示される。   The low molecular gelling agent can gel the electrolytic solution with a smaller addition amount, and can lower the viscosity of the electrolytic solution at high temperatures. As the low-molecular gelling agent, a compound having chemical stability and stability against redox is preferably used, and examples of such a compound include the compounds described below.

本実施形態における低分子ゲル化剤としては、電気化学的安定性と電解液に対するゲル化能との観点から、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含むことが好ましい。
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Cy−X3−Cm (3)
The low molecular weight gelling agent in the present embodiment is composed of compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3) from the viewpoint of electrochemical stability and gelling ability with respect to the electrolyte solution. It is preferred to include one or more compounds selected from the group.
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 -O-Cy-X 3 -Cm (3)

上記一般式(1)及び(2)において、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示す。当該炭素数が2〜20であることにより、原料の入手とその化合物の合成とが容易となる。上記一般式(1)及び(2)で表される化合物(以下、「パーフルオロ化合物」とも言う。)の電解液への混合性、電解液の電気化学的特性、及びゲル化能の観点から、上記炭素数は2〜12であることが好ましい。パーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロエチル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロイソプロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、パーフルオロn−ヘキシル基、パーフルオロn−オクチル基、パーフルオロn−デシル基及びパーフルオロn−ドデシル基が挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 each independently represents a C 2-20 perfluoroalkyl group. When the number of carbon atoms is 2 to 20, it is easy to obtain raw materials and synthesize the compounds. From the viewpoints of the compounding of the compounds represented by the above general formulas (1) and (2) (hereinafter also referred to as “perfluoro compounds”) into the electrolyte, the electrochemical characteristics of the electrolyte, and the gelling ability. The carbon number is preferably 2-12. Examples of the perfluoroalkyl group include perfluoroethyl group, perfluoro n-propyl group, perfluoroisopropyl group, perfluoro n-butyl group, perfluoro t-butyl group, perfluoro n-hexyl group, perfluoro n. -An octyl group, a perfluoro n-decyl group, and a perfluoro n-dodecyl group are mentioned.

上記一般式(1)及び(2)において、R1及びR4はそれぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、当該炭素数は2〜5であることが好ましい。上記2価の飽和炭化水素基の炭素数が3以上である場合、分岐があってもなくてもよい。このような2価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチリデン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基及びn−ブテン基が挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), R 1 and R 4 each independently represent a single bond or a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and the carbon number is 2 to 5. It is preferable. When the divalent saturated hydrocarbon group has 3 or more carbon atoms, it may or may not be branched. Examples of such a divalent saturated hydrocarbon group include a methylidene group, an ethylene group, an n-propylene group, an isopropylene group, and an n-butene group.

また、X1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)、(1e)、(1f)及び(1g)で表される基からなる群より選ばれる2価の基を示す。これらの中では、電気化学的な観点から、下記式(1a)、(1b)及び(1d)で表される基からなる群より選ばれる2価の基が好ましく、下記式(1a)又は下記式(1d)で表される2価の基であることがより好ましく、下記式(1d)で表される2価の基であることが更に好ましい。 X 1 and X 2 are each independently selected from the group consisting of groups represented by the following formulas (1a), (1b), (1c), (1d), (1e), (1f) and (1g). The divalent group selected is shown. Among these, from an electrochemical viewpoint, a divalent group selected from the group consisting of groups represented by the following formulas (1a), (1b) and (1d) is preferable, and the following formula (1a) or A divalent group represented by the formula (1d) is more preferable, and a divalent group represented by the following formula (1d) is more preferable.

1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基(−OAr−;Arは2価の芳香族基を示す。)を示す。オキシアルキレン基としては、例えば、炭素数2〜10のオキシアルキレン基、より具体的には、オキシエチレン基(−C24O−)及びオキシプロピレン基(−C36O−)が挙げられる。オキシシクロアルキレン基としては、例えば、炭素数5〜12のオキシシクロアルキレン基、より具体的には、オキシシクロペンチレン基、オキシシクロヘキシレン基、オキシジシクロヘキシレン基が挙げられる。 L 1 and L 2 are each independently a single bond, an oxyalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, an oxycycloalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, or an alkyl group Or the divalent oxy aromatic group (-OAr-; Ar shows a bivalent aromatic group) which may be substituted by the halogen atom is shown. Examples of the oxyalkylene group include an oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, more specifically, an oxyethylene group (—C 2 H 4 O—) and an oxypropylene group (—C 3 H 6 O—). Can be mentioned. Examples of the oxycycloalkylene group include an oxycycloalkylene group having 5 to 12 carbon atoms, and more specifically, an oxycyclopentylene group, an oxycyclohexylene group, and an oxydicyclohexylene group.

これらの中でも、ゲル化能及び電解液の安全性向上の観点から、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基が好ましい。アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基における2価の芳香族基は、いわゆる「芳香族性」を示す環式の2価の基である。この2価の芳香族基は、単素環式の基であっても複素環式の基であってもよい。   Among these, a divalent oxyaromatic group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom is preferable from the viewpoint of gelling ability and safety improvement of the electrolytic solution. The divalent aromatic group in the divalent oxyaromatic group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom is a cyclic divalent group exhibiting so-called “aromaticity”. This divalent aromatic group may be a monocyclic group or a heterocyclic group.

単素環式の基は、その核原子数が6〜30であり、アルキル基若しくはハロゲン原子により置換されていてもよい。その具体例としては、例えば、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基、クリセニレン基、フルオランテニレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。複素環式の基は、その核原子数が5〜30であり、アルキル基若しくはハロゲン原子により置換されていてもよい。その具体例としては、例えば、ピローレン基、フラニレン基、チオフェニレン基、トリアゾーレン基、オキサジアゾーレン基、ピリジレン基及びピリミジレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。上記の中でも、2価の芳香族基としては、フェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基が好ましい。   The monocyclic group has 6 to 30 nuclear atoms and may be substituted with an alkyl group or a halogen atom. Specific examples thereof include a divalent group having a nucleus represented by a phenylene group, a biphenylene group, a terphenylene group, a naphthylene group, an anthranylene group, a phenanthrylene group, a pyrenylene group, a chrysenylene group, and a fluoranthenylene group. It is done. The heterocyclic group has 5 to 30 nucleus atoms and may be substituted with an alkyl group or a halogen atom. Specific examples thereof include a divalent group having a nucleus represented by a pyrrolene group, a furylene group, a thiophenylene group, a triazolen group, an oxadiazolene group, a pyridylene group, and a pyrimidylene group. Among these, the divalent aromatic group is preferably a phenylene group, a biphenylene group, or a naphthylene group.

また、置換基であるアルキル基としては、例えば、メチル基及びエチル基等のアルキル基が挙げられ、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子が挙げられる。   Moreover, examples of the alkyl group as a substituent include alkyl groups such as a methyl group and an ethyl group, and examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom.

オキシシクロアルキレン基及びオキシ芳香族基には複数の環が接続されたものも含まれ、このような基としては、例えば、オキシビフェニレン基、オキシターフェニレン基及びオキシシクロアルキルフェニレン基が挙げられる。   The oxycycloalkylene group and the oxyaromatic group include those in which a plurality of rings are connected, and examples of such a group include an oxybiphenylene group, an oxyterphenylene group, and an oxycycloalkylphenylene group.

上記一般式(1)中のR2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基(例えば、アルキル基に対応するアルキレン基、アリール基に対応するアリーレン基)のうちの1種以上とが結合した1価の基(例えば、アルキレン基とアリール基とが結合したアラルキル基)を示す。R2としては、より具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基及びn−デシル基に代表される炭素数1〜12のアルキル基が挙げられる。これらのアルキル基は、更にアルキル基又はハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい。 R 2 in the general formula (1) is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group, or a halogen atom (provided that it may be substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom)). A fluoroalkyl group, an aryl group or a fluoroaryl group optionally substituted with a fluorine atom, or one or more of these groups and a divalent group corresponding to these groups (for example, alkyl A monovalent group (for example, an aralkyl group in which an alkylene group and an aryl group are bonded) bonded to one or more of an alkylene group corresponding to a group and an arylene group corresponding to an aryl group. More specifically, R 2 is methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group and n-decyl. C1-C12 alkyl groups represented by group are mentioned. These alkyl groups may be further substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom).

フルオロアルキル基としては、炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)若しくは炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基が好ましい。炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)及び炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基としては、具体的には、トリフルオロメチル基、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロエチル基、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロn−ブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ドデカフルオロn―ヘキシル基及び1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロn−デシル基が挙げられる。炭素数1〜12のフルオロアルキル基は、更にアルキル基又はハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい。   As a fluoroalkyl group, a C1-C12 fluoroalkyl group (however, except a perfluoroalkyl group) or a C1-C12 perfluoroalkyl group is preferable. Specific examples of the fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms (excluding the perfluoroalkyl group) and the perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms include a trifluoromethyl group, 1,1,1, 2,2-pentafluoroethyl group, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl group, 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoron-butyl group, 1,1,2,2 , 3,3,4,4,5,5,6,6-dodecafluoro n-hexyl group and 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6- A tridecafluoro n-decyl group is mentioned. The fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms may be further substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom).

アリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基に代表される核原子数が6〜12のアリール基、フルオロアリール基としては、例えば、モノフルオロフェニル基、ジフルオロフェニル基、テトラフルオロフェニル基に代表される核原子数が6〜12のフルオロアリール基が挙げられる。   As an aryl group, for example, an aryl group having 6 to 12 nuclear atoms represented by a phenyl group, a biphenyl group, and a naphthyl group, and a fluoroaryl group, for example, a monofluorophenyl group, a difluorophenyl group, a tetrafluorophenyl Examples thereof include a fluoroaryl group having 6 to 12 nuclear atoms represented by the group.

また、R2は、上述のアルキル基、フルオロアルキル基、アリール基及びフルオロアリール基のうちの1種以上と、それらの基に対応する2価の基、すなわち、アルキレン基、フルオロアルキレン基、アリーレン基及びフルオロアリーレン基、のうちの1種以上とが結合した1価の基であってもよい。そのような基としては、例えば、アルキレン基とパーフルオロアルキル基とが結合した基(ただし、この基はフルオロアルキル基の1種でもある。)、アルキレン基とアリール基とが結合した基(アラルキル基)、フルオロアルキル基とフルオロアリーレン基とが結合した基が挙げられる。 R 2 represents one or more of the aforementioned alkyl group, fluoroalkyl group, aryl group and fluoroaryl group, and a divalent group corresponding to these groups, that is, an alkylene group, a fluoroalkylene group, an arylene group. A monovalent group in which one or more of a group and a fluoroarylene group are bonded may be used. Examples of such a group include a group in which an alkylene group and a perfluoroalkyl group are bonded (however, this group is also a kind of fluoroalkyl group), a group in which an alkylene group and an aryl group are bonded (aralkyl). Group), a group in which a fluoroalkyl group and a fluoroarylene group are bonded to each other.

2は、本発明の効果をより有効且つ確実に奏する観点から、アルキル基又はフルオロアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)又は炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数2〜10のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)であることが更に好ましい。 R 2 is preferably an alkyl group or a fluoroalkyl group from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention, and is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms (provided that Or a perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms (provided that perfluoro More preferably, the alkyl group is excluded.

上記一般式(2)中のR3は、主鎖に酸素及び/又は硫黄原子を1つ以上有していてもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。当該炭素数は、1〜16であることが好ましく、2〜14であることがより好ましい。R3の炭素数によってもゲル化能を制御することができる。また、合成及び原料入手の観点から、上記範囲の炭素数であることが好ましい。 R 3 in the general formula (2) may have one or more oxygen and / or sulfur atoms in the main chain, and may be substituted with an alkyl group. Represents a saturated saturated hydrocarbon group. The carbon number is preferably 1 to 16, and more preferably 2 to 14. The gelling ability can also be controlled by the number of carbon atoms in R 3 . Moreover, it is preferable that it is carbon number of the said range from a viewpoint of a synthesis | combination and raw material acquisition.

上記一般式(1)又は(2)で表される、パーフルオロアルキル基を有するゲル化剤としては、例えば、Rf1−R1−O−R2、Rf1−R1−S−R2、Rf1−R1−SO2−R2、Rf1−R1−OCO−R2、Rf1−R1−O−Ar−O−R2(ここで、Arは2価の芳香族基を示す。以下同様。)、Rf1−R1−SO2−Ar−O−R2、Rf1−R1−SO2−Ar−O−Rf4、Rf1−R1−SO2−Ar−O−Rf3−Rf4(ここで、Rf3はフルオロアルキレン基、Rf4はフルオロアルキル基を示す。)、Rf1−R1−SO−Ar−O−R2、Rf1−R1−S−Ar−O−R2、Rf1−R1−O−R5−O−R2(ここで、R5は、アルキレン基を示す。)、Rf1−R1−CONH−R2、Rf1−R1―SO2―Ar1−O−R3−O−Ar2−SO2−R4−Rf2(ここで、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に、2価の芳香族基を示す。以下同様。)、Rf1−R1−O−Ar1−O−R3−O−Ar2―O―R4―Rf2、Rf1−R1−SO2−Ar1−O−R6−O−R7−O−Ar2−O−R4−Rf2(ここで、R6及びR7はそれぞれ独立に、アルキレン基を示す。以下同様。)の一般式で表される化合物が挙げられる。より具体的には、Rf1及びRf2がそれぞれ独立に、炭素数2〜10のパーフルオロアルキル基、R1が炭素数2〜4のアルキレン基、Arが(又はAr1及びAr2がそれぞれ独立に)p−フェニレン基又はp−ビフェニレン基、R2が炭素数4〜8のアルキル基である上記各一般式で表される化合物、並びに、その二量体構造、例えば、Rf1−R1−O−Ar−O−R2、Rf1−R1−SO2−Ar−O−R2、Rf1−R1−O−Ar1−O−R3−O−Ar2―O―R4―Rf2、Rf1−R1−SO2−Ar1−O−R6−O−R7−O−Ar2−O−R4−Rf2の一般式で表される化合物が挙げられる。 Examples of the gelling agent having a perfluoroalkyl group represented by the general formula (1) or (2) include Rf 1 -R 1 —O—R 2 and Rf 1 —R 1 —S—R 2. Rf 1 -R 1 -SO 2 -R 2 , Rf 1 -R 1 -OCO-R 2 , Rf 1 -R 1 -O-Ar-O-R 2 (where Ar is a divalent aromatic group) are shown. Similarly.), Rf 1 -R 1 -SO 2 -Ar-O-R 2, Rf 1 -R 1 -SO 2 -Ar-O-Rf 4, Rf 1 -R 1 -SO 2 -Ar —O—Rf 3 —Rf 4 (where Rf 3 represents a fluoroalkylene group and Rf 4 represents a fluoroalkyl group), Rf 1 —R 1 —SO—Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —S—Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —O—R 5 —O—R 2 (wherein R 5 represents an alkylene group), Rf 1 —R 1 —CONH—R 2 , Rf 1 -R 1— SO 2 —Ar 1 —O—R 3 —O—Ar 2 —SO 2 —R 4 —Rf 2 (wherein Ar 1 and Ar 2 each independently represent a divalent aromatic group. . Similarly), Rf 1 -R 1 -O- Ar 1 -O-R 3 -O-Ar 2 -O-R 4 -Rf 2, Rf 1 -R 1 -SO 2 -Ar 1 -O-R 6 - Examples include compounds represented by the general formula: O—R 7 —O—Ar 2 —O—R 4 —Rf 2 (wherein R 6 and R 7 each independently represents an alkylene group; the same shall apply hereinafter). It is done. More specifically, Rf 1 and Rf 2 are each independently a perfluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms, R 1 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, Ar is (or Ar 1 and Ar 2 are each Independently, a p-phenylene group or a p-biphenylene group, a compound represented by each of the above general formulas wherein R 2 is an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms, and a dimer structure thereof, for example, Rf 1 -R 1- O—Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —O—Ar 1 —O—R 3 —O—Ar 2 —O— R 4 —Rf 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar 1 —O—R 6 —O—R 7 —O—Ar 2 —O—R 4 —Rf 2 are exemplified. It is done.

上記一般式(3)において、Cyは置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示す。2価の芳香族炭化水素基は、いわゆる「芳香族性」を示す環式の2価の基である。この2価の芳香族炭化水素基は、単素環式の基であっても複素環式の基であってもよい。これらの2価の芳香族炭化水素基は、置換基により置換されていてもよく、置換されていない無置換のものであってもよい。2価の芳香族炭化水素基の置換基は、合成や原料入手の容易性という観点から選ぶこともできる。あるいは、2価の芳香族炭化水素基の置換基は、ゲル化剤の溶解温度及びゲル化能の観点から選ぶこともできる。単素環式の基としては、その核原子数が6〜30であり、置換基により置換されていてもよく、置換されていない無置換のものであってもよい。その具体例としては、例えば、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基、クリセニレン基及びフルオランテニレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。複素環式の基としては、その核原子数が5〜30であり、置換基により置換されていてもよく、置換されていない無置換のものであってもよい。その具体例としては、例えば、ピローレン基、フラニレン基、チオフェニレン基、トリアゾーレン基、オキサジアゾーレン基、ピリジレン基及びピリミジレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。   In the general formula (3), Cy represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nuclear atoms. The divalent aromatic hydrocarbon group is a cyclic divalent group exhibiting so-called “aromaticity”. The divalent aromatic hydrocarbon group may be a monocyclic group or a heterocyclic group. These divalent aromatic hydrocarbon groups may be substituted with a substituent or may be an unsubstituted one that is not substituted. The substituent of the divalent aromatic hydrocarbon group can be selected from the viewpoint of synthesis and availability of raw materials. Alternatively, the substituent of the divalent aromatic hydrocarbon group can be selected from the viewpoint of the melting temperature and gelling ability of the gelling agent. The monocyclic group has 6 to 30 nuclear atoms, may be substituted with a substituent, or may be unsubstituted or unsubstituted. Specific examples thereof include divalent groups having a nucleus represented by a phenylene group, a biphenylene group, a terphenylene group, a naphthylene group, an anthranylene group, a phenanthrylene group, a pyrenylene group, a chrysenylene group, and a fluoranthenylene group. It is done. The heterocyclic group has 5 to 30 nuclear atoms, may be substituted with a substituent, or may be unsubstituted. Specific examples thereof include a divalent group having a nucleus represented by a pyrrolene group, a furylene group, a thiophenylene group, a triazolen group, an oxadiazolene group, a pyridylene group, and a pyrimidylene group.

芳香族炭化水素基は、原料入手容易性及び合成容易性の観点並びに電解液におけるゲル化能の観点から、置換又は無置換の核原子数6〜20の2価の芳香族炭化水素基であることが好ましく、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ターフェニレン基及びアントラニレン基からなる群より選ばれる基であることがより好ましい。   The aromatic hydrocarbon group is a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 nuclear atoms from the viewpoints of availability of raw materials and ease of synthesis and gelation ability in the electrolytic solution. It is preferably a group selected from the group consisting of a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, a terphenylene group and an anthranylene group.

脂環式炭化水素基は、その核原子数が5〜30であり、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びシクロオクチル基が挙げられる。   The alicyclic hydrocarbon group has 5 to 30 nuclear atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.

芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基は、その核原子数が上記範囲内であれば複数の基が連結したり、単素環と複素環との両者を有したり、芳香族基と脂環式基との両者を有したりしてもよい。また、芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素の置換基としては、メチル基及びエチル基に代表されるアルキル基、並びにハロゲン原子が挙げられる。   An aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group has a combination of a plurality of groups as long as the number of core atoms is within the above range, or has both a simple ring and a heterocyclic ring, or an aromatic group And an alicyclic group. In addition, examples of the substituent of the aromatic hydrocarbon group or the alicyclic hydrocarbon include an alkyl group typified by a methyl group and an ethyl group, and a halogen atom.

上記一般式(3)において、R5は主鎖の炭素数1〜20の置換若しくは無置換の1価の炭化水素基を示し、飽和であっても不飽和であってもよい。R5は脂肪族炭化水素基であってもよく、更に芳香族炭化水素基を有していてもよい。その脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基における炭化水素基の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよい。1価の炭化水素基が1価の脂肪族炭化水素基である場合、分岐していても分岐していなくてもよく、分岐鎖の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよい。また、この炭化水素基は、その鎖中に酸素原子及び/又は硫黄原子を有していてもよい。さらに、1価の炭化水素基が芳香族炭化水素基を有する場合、この芳香族炭化水素基が更に置換基を有していてもよい。ただし、この1価の炭化水素基は、上記一般式(3)で表される化合物(以下「化合物(3)」とも表記する。)が溶媒に溶解して、その溶媒を含む電解液をゲル化させるために、ベンジル基に代表されるアラルキル基等の、化合物(3)を溶媒に容易に溶解可能にする炭化水素基であることが好ましい。また、その1価の炭化水素基の炭素数が21以上であると、原料の入手が困難となる傾向にある。R5で示される1価の炭化水素基は、本発明の効果をより有効かつ確実に奏する観点から、炭素数4〜18のアルキル基であることが好ましく、炭素数4〜14のアルキル基であることがより好ましい。また、R5は、ゲル化能とハンドリング性との観点から、直鎖のアルキル基であることが好ましい。 In the general formula (3), R 5 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and may be saturated or unsaturated. R 5 may be an aliphatic hydrocarbon group and may further have an aromatic hydrocarbon group. A part or all of the hydrocarbon groups in the aliphatic hydrocarbon group and aromatic hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom. When the monovalent hydrocarbon group is a monovalent aliphatic hydrocarbon group, it may be branched or unbranched, and part or all of the branched chain may be substituted with a halogen atom. Moreover, this hydrocarbon group may have an oxygen atom and / or a sulfur atom in its chain. Furthermore, when the monovalent hydrocarbon group has an aromatic hydrocarbon group, the aromatic hydrocarbon group may further have a substituent. However, the monovalent hydrocarbon group is obtained by dissolving the compound represented by the general formula (3) (hereinafter also referred to as “compound (3)”) in a solvent, Therefore, it is preferably a hydrocarbon group that makes the compound (3) easily soluble in a solvent, such as an aralkyl group typified by a benzyl group. Moreover, when the carbon number of the monovalent hydrocarbon group is 21 or more, it tends to be difficult to obtain raw materials. The monovalent hydrocarbon group represented by R 5 is preferably an alkyl group having 4 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 4 to 14 carbon atoms, from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. More preferably. R 5 is preferably a linear alkyl group from the viewpoints of gelling ability and handling properties.

上記一般式(3)において、X3は下記式(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)及び(3g)(以下、(3a)〜(3g)と表記する。)で表される基からなる群より選ばれる2価の基、又は、下記式(3a)〜(3g)で表される基のうち2種以上が結合した2価の基を示す。これらの中でも、ゲル化能と電池の充放電特性及び長期安定性の観点から、下記式(3a)、(3e)及び(3g)で表される基からなる群より選ばれるいずれかの基であることが好ましい。 In the general formula (3), X 3 represents the following formulas (3a), (3b), (3c), (3d), (3e), (3f) and (3g) (hereinafter, (3a) to (3g) Or a divalent group in which two or more of the groups represented by the following formulas (3a) to (3g) are bonded to each other. Show. Among these, from the viewpoint of gelling ability, charge / discharge characteristics of the battery, and long-term stability, any group selected from the group consisting of groups represented by the following formulas (3a), (3e) and (3g) Preferably there is.

上記一般式(3)において、X3は、化合物(3)を電池に含まれるゲル化剤として用いた際の長期にわたる安定性とゲル化能の観点から選択することが好ましい。X3が上記式(3a)で表される基である場合、そのゲル化剤を含む組成物は、非常に安定性の高いゲルとなる傾向にある。また、X3が上記式(3e)で表される基である場合、そのゲル化剤を含む組成物は、ゲル−ゾルの転移を温度調整だけではなく、光照射によっても誘起できる点で用途拡大に繋がる。 In the general formula (3), X 3 is preferably selected from the viewpoint of long-term stability and gelling ability when the compound (3) is used as a gelling agent contained in a battery. When X 3 is a group represented by the above formula (3a), the composition containing the gelling agent tends to be a very stable gel. When X 3 is a group represented by the above formula (3e), the composition containing the gelling agent can be used in that the gel-sol transition can be induced not only by temperature adjustment but also by light irradiation. It leads to expansion.

上記一般式(3)において、Cmは下記一般式(3z)で表される1価の基(クマリン部位)を示し、下記式(3z)中、複数のRaは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。Raがアルキル基である場合、その炭素数は1〜6であることが好ましく、アルコキシ基である場合、その炭素数は1〜8であることが好ましい。 In the general formula (3), Cm represents a monovalent group (coumarin moiety) represented by the following general formula (3z). In the following formula (3z), a plurality of R a are each independently a hydrogen atom. Represents an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom. When R a is an alkyl group, the carbon number is preferably 1 to 6, and when it is an alkoxy group, the carbon number is preferably 1 to 8.

上述した低分子ゲル化剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   The low molecular gelling agent mentioned above is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

本実施形態における低分子ゲル化剤は、常法により合成されてもよく、市販品を入手してもよい。パーフルオロアルキル基を有する低分子ゲル化剤は、例えば、国際公開第2007/083843号、特開2007−191626号公報、特開2007−191627号公報、特開2007−191661号公報及び国際公開第2009/78268号に記載の方法を参照して製造することができる。   The low molecular weight gelling agent in this embodiment may be synthesized by a conventional method, or a commercially available product may be obtained. Examples of the low-molecular gelling agent having a perfluoroalkyl group include International Publication No. 2007/083843, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-191626, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-191627, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-191661, and International Publication No. It can manufacture with reference to the method of 2009/78268.

また、パーフルオロアルキル基を有する低分子ゲル化剤は、例えば、次のスキームによって合成することができる。まず、下記一般式(11a)で表されるチオール化合物を、乾燥THFなどの溶媒中、トリエチルアミンなどの塩基の存在下、下記一般式(11b)で表される化合物でスルフィド化して、下記一般式(11c)で表される化合物を得る。
HS−Ar−OH (11a)
m2m+1p2p1 (11b)
m2m+1p2p−S−Ar−OH (11c)
Moreover, the low molecular gelling agent which has a perfluoroalkyl group is compoundable with the following scheme, for example. First, a thiol compound represented by the following general formula (11a) is sulfided with a compound represented by the following general formula (11b) in the presence of a base such as triethylamine in a solvent such as dry THF. The compound represented by (11c) is obtained.
HS-Ar-OH (11a)
C m F 2m + 1 C p H 2p X 1 (11b)
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar-OH (11c)

次いで、上記一般式(11c)で表される化合物を3−ペンタノンなどの溶媒中、K2CO3などのアルカリ金属化合物の存在下、下記一般式(11d)で表される化合物でエーテル化して、下記一般式(11e)で表される化合物を得る。
12 (11d)
m2m+1p2p−S−Ar−O−R1 (11e)
Next, the compound represented by the general formula (11c) is etherified with a compound represented by the following general formula (11d) in the presence of an alkali metal compound such as K 2 CO 3 in a solvent such as 3-pentanone. To obtain a compound represented by the following general formula (11e).
R 1 X 2 (11d)
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar-O-R 1 (11e)

そして、上記一般式(11e)で表される化合物を、酢酸などの触媒の存在下で、過酸化水素などの酸化剤により酸化することで、下記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物が得られる。
m2m+1p2p−SO2−Ar−O−R1 (11j)
ここで、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物の製造スキームにおける限り、Arは置換又は無置換の核原子数8〜30の2価の芳香族基を示し、R1は飽和又は不飽和の炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示し、mは2〜16の自然数を示し、pは0〜6の整数を示し、X1は、例えばヨウ素原子などのハロゲン原子を示し、X2は、例えば臭素原子などのハロゲン原子を示す。
Then, the perfluoro compound represented by the following general formula (11j) is obtained by oxidizing the compound represented by the general formula (11e) with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide in the presence of a catalyst such as acetic acid. Is obtained.
C m F 2m + 1 C p H 2p -SO 2 -Ar-O-R 1 (11j)
Here, as long as in the production scheme of the perfluoro compound represented by the general formula (11j), Ar represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 8 to 30 nuclear atoms, and R 1 is saturated or Represents an unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, m represents a natural number of 2 to 16, p represents an integer of 0 to 6, and X 1 represents a halogen atom such as an iodine atom, for example. X 2 represents a halogen atom such as a bromine atom.

かかる合成法としては、例えば、国際公開第2009/78268号パンフレットに記載の合成法を参照することができる。   As such a synthesis method, for example, the synthesis method described in International Publication No. 2009/78268 pamphlet can be referred to.

また、Arがビフェニレン基やターフェニレン基などの複数の芳香環を単結合により結合した基である場合は、例えば下記合成法により、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物を得ることができる。まず、下記一般式(11f)で表されるチオール化合物を、乾燥THFなどの溶媒中、トリエチルアミンなどの塩基の存在下、上記一般式(11b)で表される化合物でスルフィド化して、下記一般式(11g)で表される化合物を得る。ここで、式(11f)及び(11g)中、m及びpは式(11j)におけるものと同義であり、X3は、例えば臭素原子などのハロゲン原子を示し、Ar2は、上記式(11j)におけるArを構成する2価の芳香族炭化水素基の一部を示す。
HS−Ar2−X3 (11f)
m2m+1p2p−S−Ar2−X3 (11g)
Further, when Ar is a group in which a plurality of aromatic rings such as a biphenylene group or a terphenylene group are bonded by a single bond, a perfluoro compound represented by the above general formula (11j) is obtained by the following synthesis method, for example. Can do. First, a thiol compound represented by the following general formula (11f) is sulfided with a compound represented by the above general formula (11b) in the presence of a base such as triethylamine in a solvent such as dry THF. A compound represented by (11 g) is obtained. Here, in the formulas (11f) and (11g), m and p are as defined in the formula (11j), X 3 represents a halogen atom such as a bromine atom, and Ar 2 represents the above formula (11j). ) Represents a part of the divalent aromatic hydrocarbon group constituting Ar.
HS-Ar 2 -X 3 (11f )
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar 2 -X 3 (11g)

次いで、上記一般式(11g)で表される化合物を、酢酸などの触媒の存在下で、過酸化水素などの酸化剤により酸化することで、下記化合物(11h)が得られる。ここで、式(11h)中、Ar2、X3、m及びpは、式(11g)におけるものと同義である。
m2m+1p2p−SO2−Ar2−X3 (11h)
Next, the following compound (11h) is obtained by oxidizing the compound represented by the general formula (11g) with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide in the presence of a catalyst such as acetic acid. Here, in the formula (11h), Ar 2 , X 3 , m and p are as defined in the formula (11g).
C m F 2m + 1 C p H 2p -SO 2 -Ar 2 -X 3 (11h)

そして、上記一般式(11h)で表される化合物と下記一般式(11i)で表される化合物とから、K2CO3などの塩基水溶液中、パラジウム触媒の存在下で、鈴木・宮浦カップリングにより、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物を得る。ここで、式(11i)中、R1は、上記式(11j)におけるものと同義であり、Ar3は、上記式(11j)におけるArを構成する2価の芳香族炭化水素基のAr2とは別の一部を示し、Ar2とAr3が単結合により結合したものがArとなる。
1−O−Ar3−B(OH)2 (11i)
Then, from the compound represented by the above general formula (11h) and the compound represented by the following general formula (11i), in the presence of a palladium catalyst in a basic aqueous solution such as K 2 CO 3 , Suzuki-Miyaura coupling To obtain the perfluoro compound represented by the general formula (11j). Here, in the formula (11i), R 1 has the same meaning as in the formula (11j), Ar 3 is Ar 2 a divalent aromatic hydrocarbon group constituting Ar in the formula (11j) A part different from is shown, and Ar 2 and Ar 3 bonded by a single bond is Ar.
R 1 —O—Ar 3 —B (OH) 2 (11i)

また、本実施形態におけるパーフルオロアルキル基を有するゲル化剤は、例えば、次のスキームによって合成することができる。すなわち、下記一般式(Ia)で表される化合物と下記一般式(IIa)で表される化合物とから、光延反応などの脱水縮合により、パーフルオロアルキル基を有するゲル化剤の一種である下記一般式(IIIa)で表される化合物を合成することができる。ここで、式中、Y1及びY2はそれぞれ独立に、硫黄原子又は酸素原子を示す。
Rf1−R1−Y1−Z−Y2H (Ia)
Rf22OH (IIa)
Rf1−R1−Y1−Z−Y2−R2−Rf2 (IIIa)
Moreover, the gelling agent which has a perfluoroalkyl group in this embodiment is compoundable with the following scheme, for example. That is, from the compound represented by the following general formula (Ia) and the compound represented by the following general formula (IIa), dehydration condensation such as Mitsunobu reaction is a kind of gelling agent having a perfluoroalkyl group. A compound represented by the general formula (IIIa) can be synthesized. Here, in the formula, Y 1 and Y 2 each independently represent a sulfur atom or an oxygen atom.
Rf 1 -R 1 -Y 1 -Z- Y 2 H (Ia)
Rf 2 R 2 OH (IIa)
Rf 1 -R 1 -Y 1 -Z- Y 2 -R 2 -Rf 2 (IIIa)

また、上記一般式(IIIa)で表される化合物において、Y1及び/又はY2が硫黄原子である場合に、その硫黄原子を更にスルホニル化又はスルホキシド化することにより、パーフルオロアルキル基を有するゲル化剤の別の一種である下記一般式(IVa)で表される化合物を合成することができる。ここで、Y3及びY4の少なくとも一方は、SO基又はSO2基であり、Y3及びY4の一方がSO基又はSO2基である場合の他方は硫黄原子又は酸素原子である。
Rf1−R1−Y3−Z−Y4−R2−Rf2 (IVa)
Further, in the compound represented by the above general formula (IIIa), when Y 1 and / or Y 2 is a sulfur atom, the sulfur atom is further sulfonylated or sulfoxidized to have a perfluoroalkyl group. A compound represented by the following general formula (IVa), which is another kind of gelling agent, can be synthesized. Here, at least one of Y 3 and Y 4 is an SO group or SO 2 group, and when one of Y 3 and Y 4 is an SO group or SO 2 group, the other is a sulfur atom or an oxygen atom.
Rf 1 -R 1 -Y 3 -Z- Y 4 -R 2 -Rf 2 (IVa)

上記一般式(Ia)で表される化合物は、例えば、下記式(Va)で表される化合物の活性水素(チオール基又は水酸基の水素原子)を、アルカリ条件下で、パーフルオロアルカンハロゲン化物(例えばヨウ化物)のパーフルオロアルキル基で置換することにより合成することができる。
HY1−Z−Y2H (Va)
The compound represented by the general formula (Ia) is, for example, a perfluoroalkane halide (thiol group or a hydrogen atom of a hydroxyl group) of a compound represented by the following formula (Va) under alkaline conditions ( For example, it can be synthesized by substitution with a perfluoroalkyl group of iodide.
HY 1 -ZY 2 H (Va)

また、上記式(IIa)で表される化合物は、パーフルオロアルカンハロゲン化物(例えばヨウ化物)のアルケノールへの付加反応により得られるアルカノールのハロゲン化物を、更に還元することにより合成することができる。   The compound represented by the above formula (IIa) can be synthesized by further reducing the halide of alkanol obtained by the addition reaction of perfluoroalkane halide (for example, iodide) to alkenol.

ここで、上記一般式(IIIa)又は(IVa)で表されるパーフルオロ化合物(ゲル化剤)の製造スキームにおける限り、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、主鎖の炭素数2〜18の置換又は無置換のパーフルオロアルキル基を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に、単結合又は主鎖の炭素数1〜8の置換若しくは無置換の2価の炭化水素基を示し、Zは置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示す。 Here, as long as in the production scheme of the perfluoro compound (gelator) represented by the above general formula (IIIa) or (IVa), Rf 1 and Rf 2 are each independently of 2 to 18 carbon atoms in the main chain. A substituted or unsubstituted perfluoroalkyl group, R 1 and R 2 each independently represents a single bond or a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms in the main chain; A substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nuclear atoms is shown.

ただし、本実施形態におけるパーフルオロアルキル基を有するゲル化剤の合成方法は上記の方法に限定されない。   However, the synthesis method of the gelling agent having a perfluoroalkyl group in the present embodiment is not limited to the above method.

また、本実施形態における化合物(3)はクマリン型のゲル化剤であり、化合物(3)として、例えば、液晶討論会講演予稿集p44(2007)に記載の化合物を用いることができる。   In addition, the compound (3) in the present embodiment is a coumarin-type gelling agent, and for example, the compound described in the liquid crystal discussion conference proceedings collection p44 (2007) can be used as the compound (3).

また、アゾ基を有する化合物(3)、すなわち、X3が上記式(3e)で表される化合物(3)は、例えば、下記のような反応経路で合成することができる。 The compound (3) having an azo group, that is, the compound (3) in which X 3 is represented by the above formula (3e) can be synthesized, for example, by the following reaction pathway.

このように合成されるアゾ基を有する化合物(3)としては、例えば、下記式(3I)で表される化合物(以下、「化合物(3I)」とも表記する。)及び下記式(3II)で表される化合物(以下、「化合物(3II)」とも表記する。)が挙げられる。   Examples of the compound (3) having an azo group synthesized in this way include a compound represented by the following formula (3I) (hereinafter also referred to as “compound (3I)”) and the following formula (3II). And a compound represented by the following (hereinafter also referred to as “compound (3II)”).

以下、化合物(3I)及び(3II)の合成方法について詳細に説明する。
〔化合物(3I)の合成方法〕
(工程1:化合物(a)の合成)
Hereinafter, a method for synthesizing the compounds (3I) and (3II) will be described in detail.
[Method for Synthesizing Compound (3I)]
(Step 1: Synthesis of Compound (a))

ナスフラスコに濃硝酸及び濃硫酸の混合溶液を加える。当該ナスフラスコを氷浴で冷却しながら、クマリンを、混合溶液の温度が20℃を超えないように徐々に加える。クマリンを全量加え終えたら氷浴を外し、室温で1時間攪拌して反応させる。当該反応液を水中に注ぎ、析出した固体を濾取する。濾取した固体を、トルエンで再結晶を行い、淡黄色の固体の化合物(a)を得る。   Add a mixed solution of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid to the eggplant flask. While cooling the eggplant flask in an ice bath, coumarin is gradually added so that the temperature of the mixed solution does not exceed 20 ° C. When all the coumarin has been added, remove the ice bath and stir at room temperature for 1 hour to react. The reaction solution is poured into water, and the precipitated solid is collected by filtration. The solid collected by filtration is recrystallized from toluene to obtain a light yellow solid compound (a).

(工程2:化合物(b)の合成) (Step 2: Synthesis of Compound (b))

ナスフラスコ中で、化合物(a)をエタノール及びトルエンの混合溶液に溶かして、Pd/Cの存在下、水素添加反応を行う。水素添加反応後、Pd/Cを濾取し、濾液をエバポレーターで濃縮する。析出した固体をトルエンで再結晶することにより、黄色固体の化合物(b)を得る。   In an eggplant flask, the compound (a) is dissolved in a mixed solution of ethanol and toluene, and a hydrogenation reaction is performed in the presence of Pd / C. After the hydrogenation reaction, Pd / C is collected by filtration, and the filtrate is concentrated by an evaporator. The precipitated solid is recrystallized from toluene to obtain a yellow solid compound (b).

(工程3:化合物(c)の合成) (Step 3: Synthesis of Compound (c))

ナスフラスコ中で、5℃の氷冷下、12Nの塩酸水溶液を調製する。当該水溶液中に、化合物(b)及び亜硝酸ナトリウム(NaNO2)を加えて、20分間攪拌する。さらに、フェノール、水酸化ナトリウム及び水の混合溶液を加えて攪拌する。析出した固体をトルエンで再結晶を行い、化合物(c)を得る。 A 12N aqueous hydrochloric acid solution is prepared in an eggplant flask under ice cooling at 5 ° C. Compound (b) and sodium nitrite (NaNO 2 ) are added to the aqueous solution and stirred for 20 minutes. Further, a mixed solution of phenol, sodium hydroxide and water is added and stirred. The precipitated solid is recrystallized from toluene to obtain compound (c).

(工程4:化合物(3I)の合成) (Step 4: Synthesis of Compound (3I))

ナスフラスコ中で、化合物(c)を3−ペンタノンに溶解する。得られた溶液中に、1−ブロモオクタン及び炭酸カリウムを加えて15時間還流を行う。得られた固体をトルエンで再結晶させ、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(4I)を得る。なお、上記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いる。   In an eggplant flask, compound (c) is dissolved in 3-pentanone. 1-Bromooctane and potassium carbonate are added to the obtained solution and refluxed for 15 hours. The obtained solid is recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain compound (4I). In the column chromatography, silica gel is used as a filler and chloroform is used as a developing solvent.

〔化合物(3II)の合成方法〕   [Method for Synthesizing Compound (3II)]

ナスフラスコ中で、化合物(c)を3−ペンタノンに溶解する。得られた溶液中に、1−ブロモヘキサン及び炭酸カリウムを加えて15時間還流を行う。得られた固体をトルエンで再結晶を行い、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(3II)を得る。なお、上記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いる。   In an eggplant flask, compound (c) is dissolved in 3-pentanone. 1-Bromohexane and potassium carbonate are added to the obtained solution and refluxed for 15 hours. The obtained solid is recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain compound (3II). In the column chromatography, silica gel is used as a filler and chloroform is used as a developing solvent.

ただし、化合物(3)の製造方法は、上記方法に限定されるものではない。   However, the manufacturing method of a compound (3) is not limited to the said method.

本実施形態における低分子ゲル化剤のイオン伝導体中の含有量は、溶媒と電解質との総量100質量部に対して、0.01〜20質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部であることがより好ましい。低分子ゲル化剤の含有量は、溶媒と電解質との総量100質量部に対して、0.0005〜18質量部であることが好ましく、0.005〜8質量部であることがより好ましい。   The content of the low molecular gelling agent in the ion conductor in the present embodiment is preferably 0.01 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the solvent and the electrolyte. More preferably, it is part by mass. The content of the low molecular gelling agent is preferably 0.0005 to 18 parts by mass, and more preferably 0.005 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the solvent and the electrolyte.

本実施形態におけるイオン伝導体が2相以上存在する場合には、低分子ゲル化剤を含む相が少なくとも1相以上あればよい。特に負極に近接したイオン伝導体相が低分子ゲル化剤を含むと安全性向上の効果がより顕著となる傾向にあるため好ましい。   When there are two or more ionic conductors in the present embodiment, there may be at least one phase containing a low molecular gelling agent. In particular, it is preferable that the ionic conductor phase in the vicinity of the negative electrode contains a low molecular gelling agent because the effect of improving safety tends to become more remarkable.

本実施形態におけるイオン伝導体には、必要に応じて更に添加剤を含有させることができる。添加剤としては、例えば、熱安定剤、難燃剤、熱暴走抑制剤、過充電抑制添加剤、増粘剤、乳化剤、強化剤、電極保護皮膜形成用の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、固体(塊状)、粉末状、液体状のいずれでもよく、また、電解液に溶解するものであっても、溶解しないものであってもよい。   The ion conductor in this embodiment can further contain an additive as necessary. Examples of the additive include a heat stabilizer, a flame retardant, a thermal runaway inhibitor, an overcharge suppression additive, a thickener, an emulsifier, a reinforcing agent, and an additive for forming an electrode protective film. These additives may be solid (bulk), powder, or liquid, and may be dissolved or not dissolved in the electrolytic solution.

添加剤の含有量は、本発明の目的の達成を阻害せず、かつ、添加剤の使用目的を達成できる範囲において選択されるものであるが、良好な電池特性と添加剤による効果との両立の観点から、添加剤の含有量は、溶媒と電解質との総量100質量部に対して、0.5質量部〜20質量部であることが好ましく、1質量部〜10質量部であることがより好ましい。   The content of the additive is selected within a range that does not hinder the achievement of the object of the present invention and can achieve the purpose of use of the additive, but achieves both good battery characteristics and the effect of the additive. From this viewpoint, the content of the additive is preferably 0.5 part by mass to 20 parts by mass, and preferably 1 part by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the solvent and the electrolyte. More preferred.

溶媒と電解質と低分子ゲル化剤との混合比は目的に応じて選択できるが、電解質の濃度及びゲル化剤の含有量のいずれもが、上述の好ましい範囲、さらにはより好ましい範囲にあると望ましい。このような組成で電解液を作製することで、電池特性、取扱い性及び安全性の全てを更に良好なものとすることができる。   The mixing ratio of the solvent, the electrolyte, and the low-molecular gelling agent can be selected according to the purpose, but both the concentration of the electrolyte and the content of the gelling agent are within the above-mentioned preferable range, and further more preferable range. desirable. By preparing the electrolytic solution with such a composition, all of battery characteristics, handleability and safety can be further improved.

電池に注入するイオン伝導体は、溶媒に電解質と低分子ゲル化剤とが溶解した液体状であっても、溶媒と電解質と低分子ゲル化剤とを含むゲル状のものであっても、さらに、溶媒に電解質が溶解し、かつ、低分子ゲル化剤が分散したスラリー状のものであっても、固体状であってもよい。イオン伝導体が液体状又はスラリー状である場合は、電池への注入、及び電池構造体への含浸が容易となる傾向にあるため好ましい。一方、ゲル状又は固体状である場合は、安全性がより向上する傾向にあるため好ましい。なお、「スラリー状」とは、液体(電解液)の中に固体(低分子ゲル化剤)が分散して存在する泥状の態様を示し、つまり、液体に溶解しない固体が存在する固−液の2相系にある状態(ただし固体が沈殿していない状態)であって、固体がある程度多く存在するために泥状になっている流動体を指す。また、イオン伝導体が2相以上の場合は、その1相以上がゲル状であることが好ましい。   The ionic conductor injected into the battery may be in a liquid form in which an electrolyte and a low molecular gelling agent are dissolved in a solvent, or in a gel form containing a solvent, an electrolyte and a low molecular gelling agent, Furthermore, it may be in the form of a slurry in which an electrolyte is dissolved in a solvent and a low molecular gelling agent is dispersed, or may be in a solid form. It is preferable that the ionic conductor is in the form of a liquid or a slurry because it tends to be easily injected into the battery and impregnated into the battery structure. On the other hand, the gel or solid form is preferable because safety tends to be further improved. The “slurry” refers to a muddy state in which a solid (low molecular gelling agent) is dispersed in a liquid (electrolytic solution), that is, a solid in which a solid that does not dissolve in the liquid exists. This refers to a fluid that is in a two-phase system of liquid (a state in which no solid is precipitated) and is in a muddy state due to the presence of some solids. Moreover, when an ionic conductor is two or more phases, it is preferable that the one or more phases are gelatinous.

本実施形態におけるイオン伝導体の調製方法は、そこに含まれる各成分を混合する方法であれば特に限定されず、それぞれの成分を混合する順は問わない。具体的には、所定量の電解質と溶媒とを混合して予備的な電解液含有液を調製した後、低分子ゲル化剤をその予備的な電解液含有液に混合することによりイオン伝導体を得ることができる。あるいは、全ての成分を所定量で同時に混合することによりイオン伝導体を得ることも可能である。なお、イオン伝導体の調製方法において、低分子ゲル化剤を含む混合物を一度加熱して、混合物中の各成分が均一になった状態で室温に冷却することもできる。
また、予め調製されたイオン伝導体を電池構造体に注液することもできるし、電池構造体内でイオン伝導体成分を混合して調製することもできる。
The preparation method of the ion conductor in this embodiment will not be specifically limited if it is the method of mixing each component contained there, The order which mixes each component is not ask | required. Specifically, an ion conductor is prepared by mixing a predetermined amount of electrolyte and a solvent to prepare a preliminary electrolyte solution-containing liquid, and then mixing a low-molecular gelling agent with the preliminary electrolyte solution-containing solution. Can be obtained. Alternatively, it is possible to obtain an ionic conductor by mixing all the components in a predetermined amount simultaneously. In addition, in the preparation method of an ion conductor, the mixture containing a low molecular weight gelatinizer can be once heated, and it can cool to room temperature in the state in which each component in a mixture became uniform.
In addition, an ion conductor prepared in advance can be injected into the battery structure, or an ion conductor component can be mixed and prepared in the battery structure.

<負極>
本発明における負極は、負極活物質としてリチウム化合物を含む。リチウム化合物としては、具体的には、リチウム金属、リチウム元素を有する合金、又はリチウム元素を有する金属酸化物若しくは金属窒化物等が挙げられる。リチウム化合物としては、電池特性の観点からリチウム金属を用いることが好ましい。
<Negative electrode>
The negative electrode in the present invention contains a lithium compound as a negative electrode active material. Specific examples of the lithium compound include lithium metal, an alloy having a lithium element, or a metal oxide or metal nitride having a lithium element. As the lithium compound, lithium metal is preferably used from the viewpoint of battery characteristics.

リチウム元素を有する合金としては、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウム錫合金、リチウム鉛合金、リチウムケイ素合金などを挙げることができる。また、リチウム元素を有する金属酸化物としては、例えば、リチウムチタン酸化物等を挙げることができる。また、リチウム元素を有する金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。   Examples of the alloy having a lithium element include a lithium aluminum alloy, a lithium tin alloy, a lithium lead alloy, and a lithium silicon alloy. Moreover, as a metal oxide which has a lithium element, lithium titanium oxide etc. can be mentioned, for example. Examples of the metal nitride having a lithium element include lithium cobalt nitride, lithium iron nitride, and lithium manganese nitride.

負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

本実施形態における負極は負極活物質のみを有するものであってもよく、負極活物質のほかに、導電性材料、結着剤及び触媒の少なくとも一種を含有するものであってもよい。例えば、負極活物質が箔状である場合は、負極活物質のみを含む負極とすることができる。一方、負極活物質が粉末状である場合は、負極活物質と結着剤を含む負極とすることができる。このとき用いられる結着剤としては、活物質粒子及び導電性粒子を繋ぎ止める働きをするものを用いることができ、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、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;合成ゴム;ラテックス;セルロース等を使用することができる。触媒としては、例えば、無機セラミックスや有機錯体などを使用することができる。   The negative electrode in this embodiment may have only a negative electrode active material, and may contain at least one of a conductive material, a binder, and a catalyst in addition to the negative electrode active material. For example, when the negative electrode active material is in the form of a foil, a negative electrode containing only the negative electrode active material can be obtained. On the other hand, when the negative electrode active material is in a powder form, a negative electrode containing a negative electrode active material and a binder can be obtained. As the binder used at this time, one that functions to bind the active material particles and the conductive particles can be used. For example, fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and fluororubber; polyethylene Polyolefin such as polypropylene, synthetic rubber, latex, cellulose and the like can be used. As the catalyst, for example, inorganic ceramics or organic complexes can be used.

負極活物質、導電性材料、結着剤、及び触媒を分散させる溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、2−ブタノール、シクロヘキサノン、炭酸エステル、アクリル酸エステルなどの有機溶媒を用いることができる。また、スチレンブタジエンゴム、セルロースなどの結着剤は水に分散させたスラリーで使用することができる。その際にはセルロース系の増粘剤(例えばカルボキシメチルセルロースなど)や分散剤を用いることが好ましい。   Examples of the solvent in which the negative electrode active material, the conductive material, the binder, and the catalyst are dispersed include, for example, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 2-butanol, cyclohexanone, carbonate ester Organic solvents such as acrylic acid esters can be used. A binder such as styrene butadiene rubber and cellulose can be used in a slurry dispersed in water. In that case, it is preferable to use a cellulose-based thickener (such as carboxymethyl cellulose) or a dispersant.

負極集電体としては導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、銅、ステンレス、ニッケル、カーボンなどを挙げることができる。上記集電体の形状としては箔状、板状、グリッド等を挙げることができる。あるいは電池外装体が負極集電体の機能を兼ね備えていてもよい。   The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include copper, stainless steel, nickel, and carbon. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a plate shape, and a grid. Or the battery exterior body may have the function of a negative electrode electrical power collector.

<正極>
正極は、電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。正極に含まれる正極活物質としては、例えば、下記一般式(6a)及び(6b)で表される複合酸化物、トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物及び金属酸化物、オリビン型リン酸化合物が挙げられる。
LixMO2 (6a)
Liy24 (6b)
ここで、式中、Mは遷移金属から選ばれる1種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。
<Positive electrode>
A positive electrode will not be specifically limited if it acts as a positive electrode of a battery, A well-known thing may be used. Examples of the positive electrode active material included in the positive electrode include composite oxides represented by the following general formulas (6a) and (6b), metal chalcogenides and metal oxides having a tunnel structure and a layered structure, and olivine-type phosphate compounds. Can be mentioned.
Li x MO 2 (6a)
Li y M 2 O 4 (6b)
Here, in the formula, M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number from 0 to 1, and y represents a number from 0 to 2.

正極活物質としては、より具体的には、例えば、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn24、Li2Mn24に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(MはNi、Mn、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる2種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す。)で表されるリチウム含有複合金属酸化物;LiFePO4で表されるリン酸鉄オリビンが挙げられる。また、正極活物質として、例えば、S、MnO2、FeO2、FeS2、V25、V613、TiO2、TiS2、MoS2及びNbSe2に代表されるリチウム以外の金属の酸化物も挙げられる。さらには、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリピロールに代表される導電性高分子も正極活物質として挙げられる。 More specifically, as the positive electrode active material, for example, lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ; LiNiO 2 Li z MO 2 (M represents two or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z is more than 0.9 and less than 1.2. And a lithium-containing composite metal oxide represented by LiFePO 4 and an iron phosphate olivine represented by LiFePO 4 . Further, as the positive electrode active material, for example, a metal other than lithium represented by S, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 and NbSe 2 is used. Oxides are also included. Furthermore, conductive polymers typified by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole are also exemplified as the positive electrode active material.

また、正極活物質としてリチウム含有化合物を用いると、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであればよく、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLituSiO4、Mは上記式(6a)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、特に、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物並びにリン酸化合物が好ましい。 Further, it is preferable to use a lithium-containing compound as the positive electrode active material because a high voltage and a high energy density tend to be obtained. As such a lithium-containing compound, any compound containing lithium may be used. For example, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element (For example, Li t Mu SiO 4 , where M is as defined in the above formula (6a), t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2). . From the viewpoint of obtaining a higher voltage, lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium ( V) and composite oxides containing at least one transition metal element selected from the group consisting of titanium (Ti) and phosphate compounds are preferred.

正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   A positive electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

本実施形態における電池は、正極活物質として酸素を用いたリチウム−空気電池であってもよい。リチウム−空気電池は、正極として空気極を備える。空気極は少なくとも導電性材料を含有するものであり、必要に応じて、触媒及び結着剤の少なくとも一方を含有していてもよい。   The battery in this embodiment may be a lithium-air battery using oxygen as the positive electrode active material. A lithium-air battery includes an air electrode as a positive electrode. The air electrode contains at least a conductive material, and may contain at least one of a catalyst and a binder as necessary.

空気極に用いられる導電性材料としては導電性を示すものであれば特に限定されるものではなく、例えば、負極で例示した材料を用いることができる。   The conductive material used for the air electrode is not particularly limited as long as it shows conductivity. For example, the material exemplified for the negative electrode can be used.

空気極に用いられる触媒としては、例えば、二酸化マンガン及び二酸化セリウム等の無機セラミックスや金属フタロシアニンなどの有機錯体、並びにこれらの複合材料を挙げることができる。導電性材料に触媒が担持されている場合、より速やかに電極反応を進行させることができる傾向にある。空気極における触媒の含有量としては、空気極全体の質量に対して1質量%〜30質量%であることが好ましく、5質量%〜20質量%であることがより好ましい。触媒の含有量が上記範囲であると、触媒機能と電池容量を効率的に両立できる傾向にある。   Examples of the catalyst used for the air electrode include inorganic ceramics such as manganese dioxide and cerium dioxide, organic complexes such as metal phthalocyanine, and composite materials thereof. When a catalyst is supported on the conductive material, the electrode reaction tends to proceed more rapidly. The catalyst content in the air electrode is preferably 1% by mass to 30% by mass and more preferably 5% by mass to 20% by mass with respect to the mass of the entire air electrode. When the content of the catalyst is within the above range, the catalyst function and the battery capacity tend to be efficiently compatible.

空気極には導電性材料を固定化する結着剤を用いることができる。結着剤としては負極で例示したものと同じものを使用することもできるし、異なるものを使用することもできる。   A binder for fixing the conductive material can be used for the air electrode. As a binder, the same thing as what was illustrated by the negative electrode can also be used, and a different thing can also be used.

空気極集電体は導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、カーボン、銅等を挙げることができる。また、集電体の表面は、酸化や腐食の抑制のために、耐酸化性や耐腐食性を有する金属又は合金により被覆されていてもよい。上記集電体の形状としては箔状、板状、グリッド、スポンジ状、パンチドメタル、エクスパンディドメタル等を挙げることができ、集電効率の観点から好ましくは多孔性を有するものであり、特に好ましくはグリッドである。さらに、グリッドで集電された電荷を集電する別の集電体を有していてもよい。あるいは電池外装体が空気極集電体の機能を兼ね備えていてもよい。   The air electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, carbon, and copper. Further, the surface of the current collector may be coated with a metal or alloy having oxidation resistance and corrosion resistance in order to suppress oxidation and corrosion. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a plate shape, a grid, a sponge shape, a punched metal, an expanded metal, and the like, and preferably have porosity from the viewpoint of current collection efficiency. Particularly preferred is a grid. Furthermore, you may have another electrical power collector which collects the electric charge collected by the grid. Or the battery exterior body may have the function of an air electrode current collector.

正極は、例えば、導電性材料と結着剤と必要に応じて触媒を混合し、この混合物をフィルム状に圧延して製膜し、乾燥することで形成することができる。あるいは、導電性材料と結着剤と必要に応じて触媒を溶媒中で混合し、これを集電体に塗布、乾燥して形成することができる。   The positive electrode can be formed, for example, by mixing a conductive material, a binder, and, if necessary, a catalyst, rolling the mixture into a film, forming a film, and drying. Alternatively, it can be formed by mixing a conductive material, a binder and, if necessary, a catalyst in a solvent, applying the mixture to a current collector and drying.

<セパレータ>
本実施形態におけるセパレータは、正負極の短絡防止等の安全性付与ために、正極と負極との間に備えることができる。セパレータとしては、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。
<Separator>
The separator in the present embodiment can be provided between the positive electrode and the negative electrode in order to provide safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable.

本実施形態におけるセパレータの材質は、例えば、セラミック、ガラス、樹脂及びセルロースが挙げられる。樹脂としては、合成樹脂であっても天然樹脂(天然高分子)であってもよく、また、有機樹脂であっても無機樹脂であってもよいが、セパレータとしての性能に優れるという観点から、有機樹脂であることが好ましい。有機樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、並びに、液晶ポリエステル及びアラミドなどの耐熱樹脂が挙げられる。セパレータの低分子ゲル化剤以外の材質は、耐熱性の観点から、セラミック及びガラスが好ましく、ハンドリング性及び耐熱性の観点から、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリエステル、アラミド、及びセルロースが好ましい。また、セパレータの低分子ゲル化剤以外の材質は、コスト及び加工性の観点から、ポリオレフィンが好ましい。これらの材質のうち、樹脂を採用する場合、単独重合体でも共重合体でもよく、また、複数種の樹脂の混合体及びアロイを用いてもよい。   Examples of the material of the separator in the present embodiment include ceramic, glass, resin, and cellulose. The resin may be a synthetic resin or a natural resin (natural polymer), and may be an organic resin or an inorganic resin. From the viewpoint of excellent performance as a separator, An organic resin is preferred. Examples of the organic resin include polyolefin, polyester, polyamide, and heat resistant resins such as liquid crystal polyester and aramid. The material other than the low-molecular gelling agent for the separator is preferably ceramic and glass from the viewpoint of heat resistance, and polyester, polyamide, liquid crystal polyester, aramid, and cellulose are preferable from the viewpoint of handling properties and heat resistance. The material other than the low-molecular gelling agent for the separator is preferably polyolefin from the viewpoint of cost and processability. Among these materials, when a resin is employed, it may be a homopolymer or a copolymer, and a mixture of a plurality of types of resins and an alloy may be used.

また、セパレータは、複数の材質の膜を積層した積層体であってもよい。セパレータが積層体の場合、各層の材質が互いに同じものであっても異なるものであってもよい。積層体のセパレータを作製する場合、ある層を別の層上に形成することを繰り返すことで順に積層して、すなわち逐次多層化して作製してもよく、それぞれ別に作製した複数の膜を張り合わせることで積層体を作製してもよい。   Further, the separator may be a laminated body in which films made of a plurality of materials are laminated. When the separator is a laminate, the material of each layer may be the same or different. In the case of manufacturing a separator of a laminated body, it may be manufactured by sequentially stacking a certain layer on another layer, that is, by sequentially multilayering, and a plurality of separate films may be bonded together. Thus, a laminate may be produced.

本実施形態におけるセパレータの形態としては、例えば、合成樹脂を製膜して製造した合成樹脂性微多孔膜、合成樹脂又は天然高分子を紡糸した繊維、ガラス繊維又はセラミック繊維を加工した織布、不織布、編布、抄紙、並びに、合成樹脂、セラミック粒子及びガラスの微粒子を配列して作製した膜が挙げられる。   As the form of the separator in the present embodiment, for example, a synthetic resin microporous film produced by forming a synthetic resin film, a fiber spun from a synthetic resin or a natural polymer, a woven fabric processed from glass fiber or ceramic fiber, Nonwoven fabrics, knitted fabrics, papermaking, and films prepared by arranging synthetic resin, ceramic particles, and glass fine particles are listed.

セパレータは、複数の製法で作製した複数の膜を重ねることにより作製してもよく、複数の製法で作製した膜を逐次多層化することにより作製してもよい。   The separator may be produced by stacking a plurality of films produced by a plurality of production methods, or may be produced by sequentially multilayering films produced by a plurality of production methods.

本実施形態におけるセパレータは、膜の補強、充放電の補助、耐熱性向上などの観点から、上記以外の成分、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機粒子、無機粒子をセパレータの表面及び/又は内部に含んでもよい。   The separator in the present embodiment is a component other than the above, for example, an organic filler, an inorganic filler, an organic particle, and an inorganic particle on the surface and / or inside of the separator from the viewpoints of membrane reinforcement, charge / discharge assist, heat resistance improvement, and the like. May be included.

本実施形態におけるセパレータは、水蒸気バリア性と酸素透過性に優れるものを使用することが好ましい。   As the separator in the present embodiment, it is preferable to use a separator excellent in water vapor barrier property and oxygen permeability.

<電池> <Battery>

本実施形態における電池の作製方法としては、一般的な方法を用いればよく特に限定されないが、例えば下記の方法を選択することができる。
まず、電池ケース(外装)に、正極、負極及びセパレータを用いて作製された電池構造体を収容する。そして、その中に、その他の部材とイオン伝導体を注入することで作製することができる。
A method for manufacturing the battery in the present embodiment is not particularly limited as long as a general method is used. For example, the following method can be selected.
First, a battery structure manufactured using a positive electrode, a negative electrode, and a separator is accommodated in a battery case (exterior). And it can produce by inject | pouring another member and an ion conductor in it.

電池構造体は、例えば、まず、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらを折り曲げや複数層の積層などによって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりすることで作製できる。   The battery structure is, for example, first formed by winding a positive electrode and a negative electrode in a laminated state with a separator interposed therebetween to form a laminated body of a wound structure, or bending them or laminating a plurality of layers. It can be produced by forming into a laminate in which separators are interposed between a plurality of positive electrodes and negative electrodes alternately stacked.

本実施形態における電池の製造方法においては、電池ケース内部にイオン伝導体を注入する際、溶媒に電解質と低分子ゲル化剤とが溶解した液体状態で注入することができる。また、溶媒と電解質と低分子ゲル化剤とを含むゲル状態で注入することもできる。   In the battery manufacturing method of the present embodiment, when an ion conductor is injected into the battery case, the ion conductor can be injected in a liquid state in which an electrolyte and a low-molecular gelling agent are dissolved in a solvent. Moreover, it can also inject | pour in the gel state containing a solvent, electrolyte, and a low molecular gelatinizer.

また、正極、負極及びセパレータからなる群から選ばれる1種以上の部材に予めイオン伝導体又はイオン伝導体含有液を塗布し、その後、それらを用いて電池構造体を作製し、電池ケースに収容することで製造することもできる。   In addition, an ion conductor or an ion conductor-containing liquid is applied in advance to one or more members selected from the group consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and then a battery structure is produced using them and accommodated in a battery case. It can also be manufactured.

低分子ゲル化剤を含むイオン伝導体と他の部材との親和性を向上させるために、電池作製後に加熱する工程を含むことが好ましい。加熱する工程において、加熱する手段は特に限定されず、例えば、乾燥機(オーブン)、真空乾燥機、不活性ガスフロー乾燥機、乾燥ガスフロー乾燥機、電熱板及びブロックヒーターを用いることができる。加熱温度は、好ましくは40℃以上200℃以下であり、より好ましくは50℃以上150℃以下、更に好ましくは50℃以上120℃以下である。また、加熱時間は15秒以上25時間以下であることが好ましく、当該範囲で加熱することで電池構造体への含浸性が向上する傾向にある。なお、加熱する工程中に、必要に応じて、温度を上下させることも可能である。加熱する工程を経た電池は、常温まで冷却すればよく、その冷却速度は任意に選択できる。   In order to improve the affinity between the ion conductor containing the low-molecular gelling agent and other members, it is preferable to include a step of heating after the battery preparation. In the heating step, the heating means is not particularly limited, and for example, a dryer (oven), a vacuum dryer, an inert gas flow dryer, a dry gas flow dryer, an electric heating plate, and a block heater can be used. The heating temperature is preferably 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and still more preferably 50 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. Further, the heating time is preferably 15 seconds or more and 25 hours or less, and the impregnation property to the battery structure tends to be improved by heating within the range. In addition, it is also possible to raise / lower temperature as needed during the process to heat. The battery that has undergone the heating step may be cooled to room temperature, and the cooling rate can be arbitrarily selected.

本実施形態における電池の製造時においては、電池内部を加圧したり、減圧したりする工程を含むこともできる。加圧や減圧の方法は特に限定されず、また、上記加熱と、減圧や加圧を同時に行っても別に行ってもよい。これらの工程を経ることにより、電池構造体の電極及びセパレータへの電解液の含浸性が向上し得る。   In manufacturing the battery in the present embodiment, a process of pressurizing or depressurizing the inside of the battery can be included. The method of pressurization or decompression is not particularly limited, and the heating and the decompression or pressurization may be performed simultaneously or separately. By passing through these steps, the impregnation property of the electrolytic solution into the electrode and separator of the battery structure can be improved.

上述の各工程を経た後、必要に応じて、電池構造体に残りの部材を組み込んだり、電池ケース(外装)が完全に密閉(シール)されていない場合には密閉したりして、電池を得ることができる。なお、必要に応じて、上述の各工程を経た後に、電池の余剰部を除去するなど形状を整えたり、電池の再締め付けや再シールを行ったりしてもよい。   After passing through the above steps, if necessary, the remaining members are incorporated into the battery structure, and if the battery case (exterior) is not completely sealed (sealed), the battery is sealed. Can be obtained. If necessary, after passing through the above-described steps, the shape may be adjusted, for example, the excess portion of the battery may be removed, or the battery may be retightened or resealed.

本実施形態における電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形及びラミネート形が好適に採用される。その中でも、コイン型、円筒型、角筒型、扁平型及びラミネート型が更に好適に採用され、コイン型及びラミネート型がより好適に採用される。このような形状の電池は、イオン伝導体と電池構造体との親和性をより高めることができ、本実施形態におけるイオン伝導体が有する様々な性能を一層高く発現し、また、電池の製造も比較的容易である。また、電池の大きさについても特に限定されず、複数個の電池を重ねたり並べたりする構造も、多数種の電池を併用することも可能である。また、ラミネート型の電池の中でも、軽量性、耐久性、取扱い性及びコストなどの観点から、電池ケース(外装)が、アルミニウムラミネート材のようにアルミニウムフィルムと樹脂とを積層して構成されるものであることが更に好ましい。   The shape of the battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminate shape are suitably employed. Among them, a coin type, a cylindrical type, a rectangular tube type, a flat type and a laminate type are more preferably used, and a coin type and a laminate type are more preferably used. The battery having such a shape can further enhance the affinity between the ion conductor and the battery structure, expresses various performances possessed by the ion conductor in the present embodiment, and also produces the battery. It is relatively easy. Also, the size of the battery is not particularly limited, and a structure in which a plurality of batteries are stacked or arranged can be used in combination with many kinds of batteries. Also, among laminated batteries, the battery case (exterior) is constructed by laminating an aluminum film and a resin like an aluminum laminate material from the viewpoint of lightness, durability, handleability, and cost. More preferably.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、電池の各種特性は下記のようにして測定及び評価した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary. Various characteristics of the battery were measured and evaluated as follows.

(i)電池の性能試験
測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。まず、25℃の恒温下で0.2Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計8時間充電を行った。その後、0.2Cの定電流で2.75Vまで放電を行った。続いて50℃の恒温化で1Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計8時間充電を行った。その後、1Cの定電流で2.75Vまで放電を行った。この50℃での充放電を1サイクルと数え、引き続き50℃で10サイクルまで充放電を行った。10サイクル充放電できたものを合格電池、途中で不良が起こった電池を不合格電池と判断した。
(I) Battery performance test Measurement was performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku. First, the battery was charged with a constant current of 0.2 C at a constant temperature of 25 ° C., and after reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours. Then, it discharged to 2.75V with the constant current of 0.2C. Subsequently, the battery was charged with a constant current of 1 C at a constant temperature of 50 ° C., and after reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours. Then, it discharged to 2.75V with the constant current of 1C. This charging / discharging at 50 ° C. was counted as one cycle, and subsequently, charging / discharging was performed up to 10 cycles at 50 ° C. A battery that was able to be charged and discharged for 10 cycles was judged as an acceptable battery, and a battery that failed in the middle was judged as an unacceptable battery.

(ii)リチウム電池の過充電試験
測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。0.2Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計8時間充電を行った。その後所定の電流で所定の充電率まで過充電を行った。過充電を行った電池を解体して、負極の断面及び表面をマイクロスコープで観察し、リチウムデンドライト析出形態を評価し、以下のとおりに判断した。
○:リチウムが平滑に析出する。
×:リチウムが樹状に析出する。または、充電不良が起こる。
(Ii) Overcharge test of lithium battery Measurement was performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku. After charging at a constant current of 0.2 C and reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours. Thereafter, overcharging was performed at a predetermined current to a predetermined charging rate. The overcharged battery was disassembled, the cross section and the surface of the negative electrode were observed with a microscope, the lithium dendrite precipitation form was evaluated, and the following determination was made.
○: Lithium is deposited smoothly.
X: Lithium precipitates in a dendritic shape. Or, charging failure occurs.

(調製例1)
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを体積比で1:2になるように混合し、その混合液に、LiPF6を1モル/Lになるよう添加してゲル化されていない母電解液(i)を調製した。ゲル化剤として下記式(A)で表される化合物を母電解液100質量部に対して3質量部添加し、110℃に加熱して均一に混合した。得られた混合液を25℃に降温してゲル状の電解液(a)を得た。
式(A)で表される化合物は、特開2011−184436号公報記載の製法に従って製造した。
(Preparation Example 1)
Ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate are mixed so that the volume ratio is 1: 2, and LiPF 6 is added to the mixed solution so as to have a concentration of 1 mol / L. Was prepared. 3 parts by mass of a compound represented by the following formula (A) as a gelling agent was added to 100 parts by mass of the mother electrolyte, heated to 110 ° C., and mixed uniformly. The obtained mixed solution was cooled to 25 ° C. to obtain a gel electrolyte solution (a).
The compound represented by the formula (A) was produced according to the production method described in JP2011-184436A.

(調製例2)
プロピレンカーボネートに対してLiN(CF3SO22を1モル/Lになるよう添加してゲル化されていない母電解液(ii)を調製した。ゲル化剤として上記式(A)で表される化合物を母電解液100質量部に対して3質量部添加し、110℃に加熱して均一に混合した。得られた混合液を25℃に降温してゲル状の電解液(b)を得た。
(Preparation Example 2)
A non-gelled mother electrolyte (ii) was prepared by adding LiN (CF 3 SO 2 ) 2 at 1 mol / L to propylene carbonate. 3 parts by mass of the compound represented by the above formula (A) as a gelling agent was added to 100 parts by mass of the mother electrolyte, and the mixture was heated to 110 ° C. and uniformly mixed. The obtained mixed solution was cooled to 25 ° C. to obtain a gel electrolyte solution (b).

(調製例3)
アセトニトリルに対してLiBF4を1.5モル/Lになるよう添加してゲル化されていない母電解液(iii)を調製した。ゲル化剤として上記式(A)で表される化合物を母電解液100質量部に対して3質量部添加し、110℃に加熱して均一に混合した。得られた混合液を25℃に降温してゲル状の電解液(c)を得た。
(Preparation Example 3)
A non-gelled mother electrolyte (iii) was prepared by adding LiBF 4 to acetonitrile at 1.5 mol / L. 3 parts by mass of the compound represented by the above formula (A) as a gelling agent was added to 100 parts by mass of the mother electrolyte, and the mixture was heated to 110 ° C. and uniformly mixed. The obtained mixed solution was cooled to 25 ° C. to obtain a gel electrolyte solution (c).

(調製例4)
調製例1で調製した母電解液(i)に対して、ゲル化剤として下記式(B)で表される化合物を母電解液100質量部に対して3質量部添加し、95℃に加熱して均一に混合した。得られた混合液を25℃に降温してゲル状の電解液(d)を得た。
式(B)で表される化合物は、特開2011−184436号公報記載の製法に従って製造した。
(Preparation Example 4)
3 parts by mass of a compound represented by the following formula (B) as a gelling agent is added to 100 parts by mass of the mother electrolyte with respect to the mother electrolyte (i) prepared in Preparation Example 1, and heated to 95 ° C. And mixed uniformly. The obtained mixed solution was cooled to 25 ° C. to obtain a gel electrolyte solution (d).
The compound represented by the formula (B) was produced according to the production method described in JP2011-184436A.

(実施例1)
二酸化マンガンとケッチェンブラックとポリテトラフルオロエチレン粉末とを重量比25:100:5で混合し、その混合物を、めのう乳鉢で混練することで合剤を調製した。調製した合剤をニッケル製のメッシュに圧着することにより正極(空気極)を得た。
負極としてはリチウム金属箔(厚み200μmのシート)を用い、また、セパレータとしてはポリエチレン製微多孔膜(膜厚25μm)(旭化成イーマテリアルズ株式会社製ハイポア)を用いた。
このとき、電池が1C=45.0mAhとなるように調製した。
上記正極、負極、及びセパレータを用いて、正極、セパレータ、負極の順に積層し、セパレータで電極全体を覆うことにより電池構造体を作製した。
続いて、三方シールしたアルミニウムと樹脂を積層した電池外装体に、正極、セパレータ、及び負極からなる電池構造体を設置し、更に、電池外装体内に調製例1で調製したゲル状の電解液(a)を0.5g導入して電池外装体全方向をシールした。
その後、電解液を含む電池構造体を110℃に加熱した2枚のステンレス板に10分間挟むことで、電池構造体内全体に電解液を十分に含浸させた。次いで、電池外装体の余計な箇所を切断し、再シールすることで単層ラミネート型電池(a)を得た。
Example 1
Manganese dioxide, ketjen black and polytetrafluoroethylene powder were mixed at a weight ratio of 25: 100: 5, and the mixture was kneaded in an agate mortar to prepare a mixture. The prepared mixture was pressure-bonded to a nickel mesh to obtain a positive electrode (air electrode).
A lithium metal foil (sheet having a thickness of 200 μm) was used as the negative electrode, and a polyethylene microporous film (film thickness: 25 μm) (Hypore manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) was used as the separator.
At this time, the battery was prepared so that 1C = 45.0 mAh.
Using the positive electrode, the negative electrode, and the separator, a positive electrode, a separator, and a negative electrode were stacked in this order, and the battery was covered with the separator to produce a battery structure.
Subsequently, a battery structure composed of a positive electrode, a separator, and a negative electrode was placed on a battery outer body in which aluminum and resin sealed in three directions were laminated, and the gel electrolyte solution prepared in Preparation Example 1 ( 0.5 g of a) was introduced to seal all directions of the battery outer package.
Thereafter, the battery structure containing the electrolytic solution was sandwiched between two stainless steel plates heated to 110 ° C. for 10 minutes, whereby the entire battery structure was sufficiently impregnated with the electrolytic solution. Next, an extra portion of the battery outer package was cut and resealed to obtain a single-layer laminated battery (a).

得られた電池に対して、「(i)電池の性能試験」と「(ii)リチウム電池の過充電試験」を実施した。結果を表1に示す。   The battery obtained was subjected to “(i) battery performance test” and “(ii) lithium battery overcharge test”. The results are shown in Table 1.

(実施例2〜実施例4、比較例1〜比較例3)
電解液として表1に示すものを用いたこと以外は実施例1と同様の方法により1C=45.0mAhとなる単層ラミネート型電池を作製し、上記(i)及び(ii)の試験を実
施した。結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 3)
A single-layer laminate type battery with 1C = 45.0 mAh was produced by the same method as in Example 1 except that the electrolyte shown in Table 1 was used, and the tests (i) and (ii) were conducted. did. The results are shown in Table 1.

上記試験結果から、本実施形態における電池(実施例1〜4)は、負極活物質としてリチウム化合物を含む負極を用いた電池であるにも関わらず、電池の充放電性能を低下させることなく、異常時のリチウム針状析出を顕著に抑制することが可能であった。   From the above test results, the batteries (Examples 1 to 4) in this embodiment are batteries using a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material, without reducing the charge / discharge performance of the battery, It was possible to remarkably suppress lithium needle-like precipitation at the time of abnormality.

本発明の電池は、例えば、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの自動車用充電池、定置型電源あるいは家庭用電源の電池としての産業上利用可能性を有する。   The battery of the present invention has industrial applicability as, for example, a rechargeable battery for a vehicle such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle, a stationary power source, or a household power source.

Claims (7)

低分子ゲル化剤を含むイオン伝導体と、負極活物質としてリチウム化合物を含む負極と、正極と、を含む電池。   A battery comprising an ionic conductor containing a low-molecular gelling agent, a negative electrode containing a lithium compound as a negative electrode active material, and a positive electrode. 前記リチウム化合物がリチウム金属である、請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the lithium compound is lithium metal. 前記低分子ゲル化剤が、下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を含む、請求項1又は2記載の電池。
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Cy−X3−Cm (3)
(式(1)及び(2)中、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示し、R1及びR4はそれぞれ独立に、単結合若しくは炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、X1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)、(1e)、(1f)及び(1g)で表される基からなる群より選ばれる2価の基を示し、L1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基を示し、R2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基のうちの1種以上とが結合した1価の基を示し、R3は主鎖に酸素及び/又は硫黄原子を1つ以上有してもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。
式(3)中、R5は主鎖の炭素数1〜20の置換又は無置換の1価の炭化水素基を示し、Cyは置換若しくは無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示し、X3は、下記式(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、(3f)及び(3g)で表される基からなる群より選ばれる2価の基、又は、それらの2価の基のうち2種以上が結合した2価の基を示し、Cmは下記一般式(3z)で表される1価の基を示し、下記式(3z)中、複数のRaはそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。
The battery according to claim 1 or 2, wherein the low-molecular gelling agent comprises one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3). .
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 -O-Cy-X 3 -Cm (3)
(In the formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 each independently represents a perfluoroalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, and R 1 and R 4 each independently represent a single bond or 1 carbon atom. To 6 divalent saturated hydrocarbon groups, wherein X 1 and X 2 are each independently the following formulas (1a), (1b), (1c), (1d), (1e), (1f) and ( 1g) represents a divalent group selected from the group consisting of groups represented by 1g), L 1 and L 2 are each independently a single bond, an alkyl group or an oxyalkylene group optionally substituted with a halogen atom, an alkyl An oxycycloalkylene group which may be substituted with a group or a halogen atom, or a divalent oxyaromatic group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom, and R 2 represents an alkyl group or a halogen atom ( However, A fluoroalkyl group, an aryl group or a fluoro group optionally substituted with an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom) which may be substituted with An aryl group, or a monovalent group in which one or more of these groups and one or more of divalent groups corresponding to these groups are bonded, R 3 represents oxygen and And / or a C1-C18 divalent saturated hydrocarbon group which may have one or more sulfur atoms and may be substituted with an alkyl group.
In formula (3), R 5 represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and Cy represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 5 to 30 nucleus atoms. It shows the family hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, X 3 is represented by the following formula (3a), (3b), (3c), (3d), (3e), (3f) and (3 g) A divalent group selected from the group consisting of the following groups, or a divalent group in which two or more of these divalent groups are bonded, and Cm is a monovalent group represented by the following general formula (3z) In the following formula (3z), a plurality of R a each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.
前記X1及びX2が、それぞれ独立に、前記式(1a)又は前記式(1d)で表される2価の官能基である、請求項3記載の電池。 The battery according to claim 3, wherein X 1 and X 2 are each independently a divalent functional group represented by the formula (1a) or the formula (1d). 前記X1及びX2がいずれも、前記式(1d)で表される2価の官能基である、請求項3又は4記載の電池。 5. The battery according to claim 3, wherein both of X 1 and X 2 are a divalent functional group represented by the formula (1d). 前記イオン伝導体の1相以上がゲル状である、請求項1〜5のいずれか1項記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein one or more phases of the ion conductor are in a gel form. 前記電池は、前記正極の正極活物質として酸素を用いたリチウム−空気電池である、請求項1〜6のいずれか1項記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the battery is a lithium-air battery using oxygen as a positive electrode active material of the positive electrode.
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