JP2013525972A - Novel metal-organic structures as electrode materials for lithium ion batteries - Google Patents

Novel metal-organic structures as electrode materials for lithium ion batteries Download PDF

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Abstract

本発明は、リチウムイオン蓄電池に用いるに好適な、多孔質金属有機構造体を含む電極材料であって、
上記構造体が、リチウムイオン及び任意に少なくとも一種の他の金属イオン、及び少なくとも一種の二座以上の有機化合物を含み、
上記少なくとも一種の二座以上の有機化合物が、キノイド構造に可逆的に酸化可能なジヒドロキシジカルボン酸に基づくものであることを特徴とする電極材料に関するものである。
【選択図】図1
The present invention is an electrode material containing a porous metal organic structure suitable for use in a lithium ion storage battery,
The structure comprises lithium ions and optionally at least one other metal ion, and at least one bidentate organic compound;
The electrode material is characterized in that the at least one bidentate or higher organic compound is based on dihydroxydicarboxylic acid that can be reversibly oxidized to a quinoid structure.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン蓄電池用に適切で多孔質金属有機構造体を含む電極材料、このような金属有機構造体、その使用方法、及び電極材料を含む蓄電池に関する。   The present invention relates to an electrode material suitable for a lithium ion storage battery and including a porous metal organic structure, such a metal organic structure, a method for using the same, and a storage battery including the electrode material.

リチウムイオンバッテリー又はリチウムイオン蓄電池は、高いエネルギー密度及び熱安定性を有する。ここで、リチウムは負の標準電位の絶対値が大きいことから、リチウムを使用する場合には高いセル電圧が得られる。   Lithium ion batteries or lithium ion batteries have high energy density and thermal stability. Here, since lithium has a large absolute value of a negative standard potential, a high cell voltage can be obtained when lithium is used.

しかし、リチウム元素の反応性が高いことにより、特殊なリチウムソース及び電解質が必要となる。   However, due to the high reactivity of the lithium element, a special lithium source and electrolyte are required.

比較的近年においては、リチウムイオンバッテリー又は蓄電池に原則的に適した、リチウムイオンを含有する多孔質金属有機構造体が記載されている。   In relatively recent years, porous metal organic structures containing lithium ions have been described that are in principle suitable for lithium ion batteries or accumulators.

従って、例えば、「G. de Combarieu et al., Chem. Mater. 21 (2009), 1602−1611」には、リチウムイオンバッテリーにおいて、鉄テレフタル酸エステルをベースとする多孔質金属有機構造体が、電気化学的に適切であることが記載されている。   Thus, for example, “G. de Combarieu et al., Chem. Mater. 21 (2009), 1602-1611” describes a porous metal organic structure based on iron terephthalate in a lithium ion battery, It is described as being electrochemically suitable.

更に、可逆的な還元特性及び吸着特性を有するLi/Feベースの金属有機構造体が、「G. Ferey et al., Angewandte Chemie 119 (2007)」に記載されている。ここでも、テレフタル酸は、金属有機構造体において有機配位子として機能する。   Further, Li / Fe-based metal organic structures having reversible reduction and adsorption properties are described in “G. Ferey et al., Angelwandte Chemie 119 (2007)”. Again, terephthalic acid functions as an organic ligand in the metal organic structure.

リチウムイオンバッテリー用として知られている金属有機構造体に基づく電極材料であっても、電極材料としての適正、特にその電気化学容量であって、より好適には質量に対する容量に関して改良されたシステムが必要である。   Even an electrode material based on a metal organic structure known for use in lithium ion batteries is suitable as an electrode material, in particular its electrochemical capacity, and more preferably an improved system with respect to capacity relative to mass. is necessary.

従って、本発明の目的は、上述のような電極材料を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode material as described above.

上記目的は、リチウムイオン蓄電池に好適で多孔質金属有機構造体を含む電極材料であって、上記構造体が、リチウムイオン及び任意に少なくとも一種の他の金属イオン及び少なくとも一種の二座以上の有機化合物を含み、上記少なくとも一種の二座以上の有機化合物が、キノイド構造に可逆的に酸化可能なジヒドロキシジカルボン酸をベースとすることを特徴とする電極材料により実現される。   The object is an electrode material suitable for a lithium ion storage battery and comprising a porous metal organic structure, wherein the structure comprises lithium ions and optionally at least one other metal ion and at least one bidentate organic. The electrode material is characterized in that the at least one bidentate or more organic compound containing a compound is based on dihydroxydicarboxylic acid that can be reversibly oxidized to a quinoid structure.

本発明の他の側面は、ここで提示された多孔質金属有機構造体である。   Another aspect of the present invention is the porous metal organic structure presented herein.

キノイド構造又はその誘導体に可逆的に酸化可能なジヒドロキシジカルボン酸を用いることで、特にリチウムイオン蓄電池に適しており良好な容量/質量値を有する構造体を提供することが可能となる。   By using a reversibly oxidizable dihydroxydicarboxylic acid for the quinoid structure or a derivative thereof, it is possible to provide a structure that is particularly suitable for a lithium ion storage battery and has a good capacity / mass value.

本発明の多孔質金属有機構造体は、第1に、リチウムイオンを含む。ここで、リチウムイオンは部分的に、特にイオン結合により、脱プロトン化されたヒドロキシ官能基に拘束され得る。また、リチウムイオンは、構造体の骨格を構成するように機能する。この場合、構造体中に存在するリチウムイオンだけで十分である。   The porous metal organic structure of the present invention first contains lithium ions. Here, the lithium ions can be partly bound to the deprotonated hydroxy function, in particular by ionic bonds. Further, lithium ions function so as to constitute a skeleton of the structure. In this case, only lithium ions present in the structure are sufficient.

更に、リチウム以外の一種以上の金属イオンが、任意に存在しても良い。そして、この金属イオンは金属有機構造体の形成に寄与する。従って、例えば、他の金属イオンは、リチウムイオンに加えて存在していても良い。同様に、2、3、4、又は5種以上の金属イオンが存在していても良い。ここで、金属イオンは、一種の金属又は種々の金属から得ても良い。少なくとも2種の金属イオンを、一種及び同一の金属から得る場合、これら金属イオンは種々の酸価状態で存在する必要がある。   Furthermore, one or more metal ions other than lithium may optionally be present. And this metal ion contributes to formation of a metal organic structure. Thus, for example, other metal ions may be present in addition to lithium ions. Similarly, 2, 3, 4, or 5 or more metal ions may be present. Here, the metal ions may be obtained from a kind of metal or various metals. When at least two metal ions are obtained from one and the same metal, these metal ions need to exist in various acid value states.

好ましい実施の形態において、本発明の多孔質金属有機構造体は、リチウムイオン以外の他の金属イオンを含まない。   In a preferred embodiment, the porous metal organic structure of the present invention does not contain other metal ions other than lithium ions.

他の実施の形態において、本発明の多孔質金属有機構造体は、リチウムイオンに加えて少なくとも一種の他の金属イオンを含む。少なくとも一種の他の金属イオンは、好ましくは、コバルト、鉄、ニッケル、銅、マンガン、クロム、バナジウム、及びチタンから成る群から選択される金属イオンである。より好ましくは、コバルト、鉄、ニッケル、及び銅である。コバルト及び銅が、なお好ましい。   In another embodiment, the porous metal organic structure of the present invention includes at least one other metal ion in addition to lithium ions. The at least one other metal ion is preferably a metal ion selected from the group consisting of cobalt, iron, nickel, copper, manganese, chromium, vanadium, and titanium. More preferably, they are cobalt, iron, nickel, and copper. Cobalt and copper are still preferred.

少なくとも一種の二座以上の有機化合物が、本発明の多孔質金属有機構造体を構成するために必要である。従って、一種の二座以上の有機化合物又は複数種の二座以上の有機化合物類が存在していても良い。従って、2、3、4、又は4種以上の二座以上の有機化合物が、多孔質金属有機構造体中に存在していても良い。   At least one kind of bidentate or higher organic compound is necessary for constituting the porous metal organic structure of the present invention. Therefore, one kind of bidentate or more organic compounds or plural kinds of bidentate or more organic compounds may be present. Accordingly, 2, 3, 4, or 4 or more types of bidentate or higher organic compounds may be present in the porous metal organic structure.

少なくとも一種の二座以上の有機化合物は、キノイド構造に可逆的に酸化可能なジヒドロキシジカルボン酸をベースとする。   At least one bidentate or higher organic compound is based on a dihydroxydicarboxylic acid that can be reversibly oxidized to a quinoid structure.

本明細書において、「キノイド」とは、特に、2つのヒドロキシル基がオキソ基に酸化され得ることを意味する。「可逆的に」とは、特に、還元の後に、酸化を再び実行可能であることを意味する。   As used herein, “quinoid” means in particular that two hydroxyl groups can be oxidized to oxo groups. “Reversibly” means that the oxidation can be carried out again, in particular after the reduction.

本発明の目的において、「派生された」という用語は、少なくとも一種の二座以上の有機化合物が、カルボキシル官能基に関して部分的に又は完全に脱プロトン化された形態で存在することを意味する。更に、少なくとも一種の二座以上の有機化合物は、還元状態においても、カルボキシル官能基に関して少なくとも部分的に脱プロトン化されており、リチウムイオンを拘束していることが好ましい。更に、「派生された」という用語は、少なくとも一種の二座以上の有機化合物が他の置換基を含むことを意味していても良い。従って、一種以上の独立した置換基、例えば、アミノ基、メトキシ基、ハロゲン基、又はメチル基等が、カルボキシル基に加えて存在していても良い。他の置換基が存在しないか、或いはF置換基のみが存在することが好ましい。本発明の目的のために、「派生された」という用語は、カルボキシル基が硫黄類似体類として存在していることも意味する。硫黄類似体類は、−C(=O)SH、及びその互変異性体、及び−C(S)SHである。硫黄類似体類は、存在しないことが好ましい。   For the purposes of the present invention, the term “derived” means that at least one bidentate or higher organic compound is present in a partially or fully deprotonated form with respect to the carboxyl functionality. Furthermore, at least one bidentate or higher organic compound is preferably at least partially deprotonated with respect to the carboxyl functional group even in the reduced state, and preferably binds lithium ions. Furthermore, the term “derived” may mean that at least one bidentate or higher organic compound contains other substituents. Accordingly, one or more independent substituents such as amino group, methoxy group, halogen group, or methyl group may be present in addition to the carboxyl group. Preferably no other substituents are present or only F substituents are present. For the purposes of the present invention, the term “derived” also means that the carboxyl group is present as a sulfur analogue. Sulfur analogues are -C (= O) SH, and its tautomers, and -C (S) SH. Preferably sulfur analogues are not present.

これらの二座以上の有機化合物に加えて、金属有機構造体が一種以上の単座配位子を含んでいても良い。   In addition to these bidentate or more organic compounds, the metal organic structure may contain one or more monodentate ligands.

少なくとも一種の二座以上の有機化合物は、キノイド構造を形成することが可能な親分子を有する必要がある。これは、特に、親分子がオキソ基と結合する2重結合構造を有することにより実現される。特にC−Cの2重結合が存在する。このような親分子類は当業者により知られている。例えば、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、又は類似の親分子である。これらは、少なくとも複数のヒドロキシ/ヒドロキシド基、及び複数のカルボキシ/カルボキシレート基を有する。   At least one organic compound of bidentate or higher needs to have a parent molecule capable of forming a quinoid structure. This is achieved in particular by having a double bond structure in which the parent molecule is bonded to an oxo group. In particular, there is a C—C double bond. Such parent molecules are known by those skilled in the art. For example, benzene, naphthalene, phenanthrene, or similar parent molecule. These have at least a plurality of hydroxy / hydroxide groups and a plurality of carboxy / carboxylate groups.

好ましい実施の形態において、ジヒドロキシジカルボン酸は、ジヒドロキシベンゼンジカルボン酸であり、特に2,5−ジヒドロキシテレフタル酸である。   In a preferred embodiment, the dihydroxydicarboxylic acid is dihydroxybenzenedicarboxylic acid, in particular 2,5-dihydroxyterephthalic acid.

本発明の多孔質金属有機構造体は、原則として、従来技術において知られている対応する金属有機構造体と同様の方法で製造される。特に、ここで、このような金属有機構造体の例として、リチウムベースの金属有機構造体が、WO−A2010/012715に記載されている。   The porous metal organic structures of the present invention are in principle produced in the same way as the corresponding metal organic structures known in the prior art. In particular, here, lithium-based metal organic structures are described in WO-A 2010/012715 as examples of such metal organic structures.

リチウムイオンがドープされた又は初めから含まれた構造体が、例えば、EP−B1785428、及びEP−A1070538に記載されている。多孔質金属有機構造体(MOFs)を製造する上述の従来の方法とは別に、例えば、US5648508において、電気化学的手段により多孔質金属有機構造体を製造することが可能であることが記載されている。これに関して、DE−A10355087及びWO−A2005/049892にも記載されている。このような手段により製造される有機構造体は、特に良好な特性を有する。   Structures doped with lithium ions or originally contained are described, for example, in EP-B 1785428 and EP-A 1070538. Apart from the above-mentioned conventional methods for producing porous metal organic structures (MOFs), for example, US Pat. No. 5,648,508 describes that it is possible to produce porous metal organic structures by electrochemical means. Yes. In this regard, DE-A 10355087 and WO-A 2005/049892 are also described. Organic structures produced by such means have particularly good properties.

本発明の他の側面は、本発明に係る電極材料を含む蓄電池である。   Another aspect of the present invention is a storage battery including the electrode material according to the present invention.

本発明にしたがう蓄電池の製造については、原則として、リチウムイオン蓄電池又はリチウムイオンバッテリーの製造に係る従来技術から理解される。ここで、この従来技術は、例えば、DE−A19916043に記載されている。蓄電池とバッテリーの構造的原理は、この部分において同一であるので、簡素化のために、リチウムイオンバッテリー又はバッテリーの何れかについて後述する。   The production of the storage battery according to the invention is in principle understood from the prior art relating to the production of lithium ion storage batteries or lithium ion batteries. Here, this prior art is described in DE-A 19916043, for example. Since the structural principles of the accumulator and the battery are the same in this part, either a lithium ion battery or a battery will be described later for simplicity.

リチウムイオンの可逆貯蔵部として適切な電極材料は、通常、電源出力部に対して所定のバインダを用いて固定される。   An electrode material suitable as a reversible storage part for lithium ions is usually fixed to a power supply output part using a predetermined binder.

セルの充電中は、電子が外部電源を通ってながれ、リチウムイオンは電解質を通ってアノード材料に向かって流れる。セルが利用されている最中には、電子がアノードからカソードへの抵抗を通って流れる一方で、リチウムイオンは、電解質を通って流れる。   During cell charging, electrons flow through the external power source and lithium ions flow through the electrolyte toward the anode material. While the cell is in use, electrons flow through the resistance from the anode to the cathode, while lithium ions flow through the electrolyte.

電気化学セル内における短絡を防止するために、リチウムイオンが通過するにもかかわらず電気的に絶縁されている層は、2つの電極の間に存在する。これは、固体電解質であっても良いし、又は公知のセパレータであっても良い。   In order to prevent short circuits in the electrochemical cell, a layer that is electrically isolated despite the passage of lithium ions is present between the two electrodes. This may be a solid electrolyte or a known separator.

多数種類の電気化学セルを製造する場合、例えば円形セルの形態のリチウムイオンバッテリーの場合において、要求されるバッテリーフォイル/フィルム(すなわち、カソードフィルム、アノードフォイル、及びセパレータフォイル)は、バッテリーロールを生成するロール装置を用いて結合される。従来のリチウムイオンバッテリーにおいては、カソード及びアノードフォイルは、電源出力電極に結合される。なお、電源出力電極は、例えば、アルミニウム又は銅フォイルである。このような金属フォイルにより、十分な機械的安定性が確保される。   When manufacturing many types of electrochemical cells, for example in the case of lithium ion batteries in the form of circular cells, the required battery foil / film (ie cathode film, anode foil, and separator foil) produces a battery roll. Are combined using a roll device. In conventional lithium ion batteries, the cathode and anode foil are coupled to a power output electrode. The power output electrode is, for example, aluminum or copper foil. Such a metal foil ensures sufficient mechanical stability.

一方で、セパレータフィルムは、それ自身で機械的負荷に耐える必要があるが、例えば、ポリオレフィン等をベースとする従来のセパレータの場合、使用される際の厚さにおいて上記問題は生じない。   On the other hand, the separator film itself needs to withstand a mechanical load. However, for example, in the case of a conventional separator based on polyolefin or the like, the above problem does not occur in the thickness when used.

更に、本発明は、リチウムイオン蓄電池用の電極材料における本発明に係る多孔質金属有機構造体の使用方法を提供する。   Furthermore, this invention provides the usage method of the porous metal organic structure which concerns on this invention in the electrode material for lithium ion storage batteries.

本発明の電極材料は、特に、蓄電池の使用に適している。電極材料は、基本的に電気化学セルにおいて使用することができる。   The electrode material of the present invention is particularly suitable for use in storage batteries. The electrode material can basically be used in an electrochemical cell.

従って、更に、本発明は、本発明の電極材料を含む電気化学セルを提供し、また、電気化学セル用の電極材料内の、本発明に係る多孔質有機構造体の使用方法を提供する。   Accordingly, the present invention further provides an electrochemical cell comprising the electrode material of the present invention, and also provides a method for using the porous organic structure according to the present invention in an electrode material for an electrochemical cell.

Li−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのXRD解析を示す。ここで、図3〜5において、強度I(Lin(Counts))は、2シータスケール(2Θ)の関数として示している。The XRD analysis of Li-2,5-dihydroxy terephthalic acid MOF is shown. Here, in FIGS. 3 to 5, the intensity I (Lin (Counts)) is shown as a function of the 2-theta scale (2Θ). Li−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのSEM解析を示す。The SEM analysis of Li-2,5-dihydroxy terephthalic acid MOF is shown. Li−Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのXRD解析を示す。The XRD analysis of Li-Co-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF is shown. Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのXRD解析を示す。The XRD analysis of Co-2,5-dihydroxy terephthalic acid MOF is shown. Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのXRD解析を示す。The XRD analysis of Co-2,5-dihydroxy terephthalic acid MOF is shown. Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFのSEM解析を示す。The SEM analysis of Co-2,5-dihydroxy terephthalic acid MOF is shown.

(実施例1)
Li−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFの合成
実験方法:
Example 1
Synthesis of Li-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF
experimental method:

Figure 2013525972
Figure 2013525972

ガラスビーカー内において、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸をDMFに溶解した。2番目のガラスビーカー内において、水酸化リチウムを水に溶解させた。この溶液を、ゆっくりと第1の黄色の溶液に滴下して添加した。該添加が終了する直前に、溶液は懸濁し、緑色の懸濁液に変化した。この懸濁液を一時間濾過して、得られた固体を100mlのDMFで4回洗浄した。濾過物を、RTにおいて減圧下で一晩中乾燥させた。   2,5-Dihydroxyterephthalic acid was dissolved in DMF in a glass beaker. In the second glass beaker, lithium hydroxide was dissolved in water. This solution was slowly added dropwise to the first yellow solution. Just before the addition was complete, the solution was suspended and turned into a green suspension. The suspension was filtered for 1 hour and the resulting solid was washed 4 times with 100 ml DMF. The filtrate was dried overnight under reduced pressure at RT.

生成物の質量は、35.9g、色は黄色がかった緑であり、固体濃度は4.2%であり、Liベースの収率は77.9%であった。   The mass of the product was 35.9 g, the color was yellowish green, the solid concentration was 4.2%, and the Li-based yield was 77.9%.

分析:
Langmuir SA(130℃で予備活性されている):13m2/g(BET:9m2/g)
analysis:
Langmuir SA (preactivated at 130 ° C.): 13 m 2 / g (BET: 9 m 2 / g)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

(実施例2)
Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOF(Co−DHBDC MOF)のLiドープ
実験方法:
(Example 2)
Li doping of Co-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF (Co-DHBDC MOF)
experimental method:

Figure 2013525972
Figure 2013525972

ガラスビーカー内において、Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOF(2a参照)をDMF中に懸濁させた。2番目のガラスビーカー内において、水酸化リチウムを水に溶解させた。この溶液を、ゆっくりと第1の赤色の溶液に滴下して添加した。懸濁液は徐々に暗い赤色になった。2時間後、懸濁液を濾過し、得られた固体を100mlのDMFで4回洗浄した。濾過物を、RTにおいて減圧下で一晩中乾燥させ、その後、減圧下で130℃で16時間の間乾燥させた。   Co-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF (see 2a) was suspended in DMF in a glass beaker. In the second glass beaker, lithium hydroxide was dissolved in water. This solution was slowly added dropwise to the first red solution. The suspension gradually turned dark red. After 2 hours, the suspension was filtered and the resulting solid was washed 4 times with 100 ml DMF. The filtrate was dried at RT under reduced pressure overnight and then dried at 130 ° C. under reduced pressure for 16 hours.

生成物の質量は、5.5g、色は茶色がかった緑であり、固体濃度は5.8%であり、Liベースの収率は88%であった。   The mass of the product was 5.5 g, the color was brownish green, the solid concentration was 5.8%, and the Li-based yield was 88%.

分析:
Langmuir SA(130℃で予備活性されている):169m2/g(BET:125m2/g)
analysis:
Langmuir SA (pre-activated at 130 ° C.): 169 m 2 / g (BET: 125 m 2 / g)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

(実施例2a)
Co−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFの合成
Example 2a
Synthesis of Co-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF

Figure 2013525972
Figure 2013525972

実験方法:
a)合成工程:2,5−ジヒドロキシテレフタル酸及び硝酸銅を4リットルフラスコ内において、100℃で1.5時間以上加熱しつつ、100℃の窒素雰囲気下で8時間の間撹拌した。
b)仕上げ工程:窒素雰囲気下で、RTにおいて濾過を行い、(1000mlのDMF)/(2000mlのMeOH)溶液を用いて洗浄を行い、濾過物の半分を、600mlのMeOHで16時間抽出した。
c)乾燥工程:週末に亘って、RTにおいて減圧下で行った。
experimental method:
a) Synthesis step: 2,5-dihydroxyterephthalic acid and copper nitrate were stirred in a 4-liter flask at 100 ° C. for 1.5 hours or more and stirred for 8 hours in a nitrogen atmosphere at 100 ° C.
b) Finishing step: Filtration at RT under a nitrogen atmosphere, washing with (1000 ml DMF) / (2000 ml MeOH) solution and extracting half of the filtrate with 600 ml MeOH for 16 hours.
c) Drying step: carried out under reduced pressure at RT over the weekend.

色は、オレンジ色であり、収率は47.2gであり、固体濃度は1.31%であり、Coベースの収率は92.0%であった。   The color was orange, the yield was 47.2 g, the solid concentration was 1.31%, and the Co-based yield was 92.0%.

分析:
Langmuir SA(130℃で予備活性されている):1311m2/g(BET:961m2/g)
analysis:
Langmuir SA (which is pre-activated at 130 ℃): 1311m 2 / g (BET: 961m 2 / g)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

(実施例3)
Cu−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOF(Cu−DHBDC MOF)のLiドープ
(Example 3)
Li doping of Cu-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF (Cu-DHBDC MOF)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

ガラスビーカー内において、Cu−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOF(3a参照)をDMF中に懸濁させた。2番目のガラスビーカー内において、水酸化リチウムを水に溶解させた。この溶液を、第1の懸濁液に滴下して添加した。懸濁液は徐々に暗い赤色になった。2時間後、懸濁液を濾過し、得られた固体を100mlのDMFで4回洗浄した。濾過物を、RTにおいて減圧下で一晩中乾燥させ、その後、減圧下で130℃で16時間の間乾燥させた。   Cu-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF (see 3a) was suspended in DMF in a glass beaker. In the second glass beaker, lithium hydroxide was dissolved in water. This solution was added dropwise to the first suspension. The suspension gradually turned dark red. After 2 hours, the suspension was filtered and the resulting solid was washed 4 times with 100 ml DMF. The filtrate was dried at RT under reduced pressure overnight and then dried at 130 ° C. under reduced pressure for 16 hours.

生成物の質量は、5.5g、色は茶色であり、固体濃度は5.8%であった。   The mass of the product was 5.5 g, the color was brown, and the solid concentration was 5.8%.

分析:
Langmuir SA(200℃で予備活性されている):577m2/g(BET:430m2/g)
analysis:
Langmuir SA (pre-activated at 200 ° C.): 577 m 2 / g (BET: 430 m 2 / g)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

(実施例3a)
Cu−2,5−ジヒドロキシテレフタル酸MOFの合成
Example 3a
Synthesis of Cu-2,5-dihydroxyterephthalic acid MOF

Figure 2013525972
Figure 2013525972

実験方法:2×2リットルバッチ
合成工程:2,5−ジヒドロキシテレフタル酸及び硝酸銅を2×2リットルフラスコ内において、100℃で1.5時間以上加熱しつつ、100℃で8時間の間撹拌した。
仕上げ工程:窒素雰囲気下で、RTにおいて濾過を行い、(DMFの2×250ml溶液)/(MeOHの4×250ml溶液)を用いて洗浄を行い、330mlのMeOHで残留物の抽出を一晩中(16時間)行った。
乾燥工程:RTにおいて減圧下で48時間行った。
活性工程:減圧下、130℃で16時間行った。
色は、赤みかかった茶色であり、収率は40.7gであり、固体濃度は2.8%であり、Cuに基づく収率は39%であった。
Experimental method: 2 × 2 liter batch Synthesis process: 2,5-dihydroxyterephthalic acid and copper nitrate are heated in a 2 × 2 liter flask at 100 ° C. for 1.5 hours or more and stirred at 100 ° C. for 8 hours. did.
Finishing step: Filtration at RT under nitrogen atmosphere, washing with (2 × 250 ml solution of DMF) / (4 × 250 ml solution of MeOH) and extraction of the residue with 330 ml MeOH overnight (16 hours).
Drying step: 48 hours under reduced pressure at RT.
Active process: It carried out at 130 degreeC under pressure reduction for 16 hours.
The color was reddish brown, the yield was 40.7 g, the solid concentration was 2.8%, and the yield based on Cu was 39%.

分析:
Langmuir SA(130℃で予備活性されている):1183m2/g(BET:879m2/g)
analysis:
Langmuir SA (which is pre-activated at 130 ℃): 1183m 2 / g (BET: 879m 2 / g)

Figure 2013525972
Figure 2013525972

・電気化学特性
1.5gのMOF、0.75gのSuper P(導電性カーボンブラック添加剤:Timcal社製)、0.12gのKS 6(導電性グラファイト添加剤:Timcal社製)、0.75gのPVDF(ポリビニルジエンフロリド)を、50mlのNMP(N−メチル−2−ピロリドン)内で混合し、10時間撹拌した。
Electrochemical properties 1.5 g MOF, 0.75 g Super P (conductive carbon black additive: manufactured by Timcal), 0.12 g KS 6 (conductive graphite additive: manufactured by Timcal), 0.75 g Of PVDF (polyvinyldiene fluoride) was mixed in 50 ml of NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) and stirred for 10 hours.

得られた分散液を、ドクターブレードを用いてAlフォイルに塗布し、減圧下において120℃で10時間の間混合した。   The resulting dispersion was applied to an Al foil using a doctor blade and mixed under reduced pressure at 120 ° C. for 10 hours.

・本発明に係る電気化学セルの試験
複合素子の電気化学的特性を明らかにするために、電気化学セルを構成した。アノード:50μmのLiフォイル、セパレータ:Freundenberg 2190(Freundenberg社製)、上述のMOFを備えるAlフォイル上のカソード、電解液:EC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)3:7質量%のリチウムヘキサフルオロフォスフェイト(LIPF6)1mol/l
Test of electrochemical cell according to the present invention In order to clarify the electrochemical characteristics of the composite element, an electrochemical cell was constructed. Anode: 50 μm Li foil, separator: Freundenberg 2190 (manufactured by Freundenberg), cathode on Al foil with MOF as described above, electrolyte: EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) 3: 7 wt% lithium hexa Fluorophosphate (LIPF 6 ) 1 mol / l

セルの充電及び放電を、0.02mAの電流で実行した。結果を表11に示す。   The cell was charged and discharged with a current of 0.02 mA. The results are shown in Table 11.

Figure 2013525972
Figure 2013525972

Claims (10)

リチウムイオン蓄電池に用いるに好適な、多孔質金属有機構造体を含む電極材料であって、
上記構造体が、リチウムイオン及び任意に少なくとも一種の他の金属イオン、及び少なくとも一種の二座以上の有機化合物を含み、
上記少なくとも一種の二座以上の有機化合物が、キノイド構造に可逆的に酸化可能なジヒドロキシジカルボン酸に基づくものであることを特徴とする電極材料。
An electrode material including a porous metal organic structure suitable for use in a lithium ion storage battery,
The structure comprises lithium ions and optionally at least one other metal ion, and at least one bidentate organic compound;
The electrode material, wherein the at least one bidentate or higher organic compound is based on dihydroxydicarboxylic acid that can be reversibly oxidized to a quinoid structure.
一種以上の他の金属イオンを含む請求項1に記載の電極材料。   The electrode material according to claim 1, comprising one or more other metal ions. 少なくとも一種の他の金属イオンが、
コバルト、鉄、ニッケル、銅、マンガン、クロム、バナジウム、及びチタンから成る群から選択される金属イオンである請求項2に記載の電極材料。
At least one other metal ion,
The electrode material according to claim 2, which is a metal ion selected from the group consisting of cobalt, iron, nickel, copper, manganese, chromium, vanadium, and titanium.
上記ジヒドロキシジカルボン酸が、ジヒドロキシベンゼンジカルボン酸である請求項1〜3の何れか1項に記載の電極材料。   The electrode material according to claim 1, wherein the dihydroxydicarboxylic acid is dihydroxybenzenedicarboxylic acid. 上記ジヒドロキシジカルボン酸が、2,5−ジヒドロキシテレフタル酸である請求項1〜4の何れか1項に記載の電極材料。   The electrode material according to any one of claims 1 to 4, wherein the dihydroxydicarboxylic acid is 2,5-dihydroxyterephthalic acid. 請求項1〜5の何れか1項において記載された多孔質金属有機構造体。   The porous metal organic structure described in any one of Claims 1-5. 請求項6に記載の多孔質金属有機構造体を、リチウムイオン蓄電池用の電極材料として使用する方法。   A method of using the porous metal organic structure according to claim 6 as an electrode material for a lithium ion storage battery. 請求項1〜5の何れか1項に記載の電極材料を含む蓄電池。   A storage battery comprising the electrode material according to claim 1. 請求項1〜5の何れか1項に記載の電極材料を含む電気化学セル。   The electrochemical cell containing the electrode material of any one of Claims 1-5. 電気化学セル用の電極材料に、請求項6に記載の多孔質金属有機構造体を使用する方法。   The method of using the porous metal organic structure of Claim 6 for the electrode material for electrochemical cells.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7354740B2 (en) 2019-10-01 2023-10-03 株式会社豊田中央研究所 Method for manufacturing electricity storage device and method for activating electrode for electricity storage device

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9340884B2 (en) 2010-12-15 2016-05-17 Basf Se Process for the electrochemical fluorination of organic compounds
US9527751B2 (en) 2011-11-11 2016-12-27 Basf Se Organotemplate-free synthetic process for the production of a zeolitic material of the CHA-type structure
CN103165912A (en) * 2013-02-28 2013-06-19 北京化工大学常州先进材料研究院 Catalytic agent for lithium-air battery cathode and preparation method
CN103706401B (en) * 2014-01-14 2016-04-13 东北师范大学 A kind of preparation method of cobalt metal organic frame/macropore carbon complex
CN104393300B (en) * 2014-10-14 2017-09-29 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 The electrode material of lithium ion battery and its application in lithium ion battery
CN105390696B (en) * 2015-12-04 2018-01-23 华南师范大学 A kind of preparation method of height ratio capacity lithium cell cathode material
FR3063180A1 (en) * 2017-02-21 2018-08-24 Commissariat Energie Atomique USE OF A MIXED ORGANIC-INORGANIC MATRIX COMPOUND, SAID MOF, AS AN ELECTRODE ACTIVE MATERIAL.
CN106981661B (en) * 2017-06-05 2019-08-23 南京工业大学 A kind of preparation method of lithium ion battery electrode material
CN107887599A (en) * 2017-11-01 2018-04-06 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 Preparation method of MOF surface-modified nano chip architecture tertiary cathode materials and products thereof and application
KR102488917B1 (en) * 2017-11-24 2023-01-17 한국재료연구원 Method of manufacturing fast chargeable electrode with 3D printed metal organic framework
FR3082513B1 (en) * 2018-06-18 2020-09-25 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR THE PREPARATION OF A LITHIA METAL OXIDE THAT CAN BE USED AS AN ACTIVE MATERIAL FOR A POSITIVE ELECTRODE
CN109054035B (en) * 2018-06-29 2020-11-10 中国科学院合肥物质科学研究院 Nanometer flower-shaped Ti-MOF fluorescent probe material and preparation method and application thereof
CN110491686A (en) * 2019-08-28 2019-11-22 齐鲁工业大学 A kind of preparation method and application of bimetallic organic coordination compounds electrode material
CN112490412B (en) * 2019-09-11 2022-10-04 肇庆市华师大光电产业研究院 Novel sodium-ion battery negative electrode material and preparation method thereof
CN115947325A (en) * 2022-12-14 2023-04-11 湖北亿纬动力有限公司 Composite lithium manganese iron phosphate cathode material and preparation method and application thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3942063B2 (en) * 1999-06-28 2007-07-11 株式会社カネカ Novel polyimide composition and novel acid dianhydride used in the same
DE10355087A1 (en) * 2003-11-24 2005-06-09 Basf Ag Process for the electrochemical preparation of a crystalline porous organometallic framework
WO2006052827A2 (en) * 2004-11-04 2006-05-18 Viz Enterprises, Llc Multi-chamber container and cap therefor
US20090005243A1 (en) * 2007-04-23 2009-01-01 Goddard William A Doped metal organic frameworks for reversible H2 storage at ambient temperature
CN101434612B (en) * 2007-11-14 2011-06-22 中国科学院大连化学物理研究所 Metal organic framework compound material, as well as preparation and application thereof
GB0807862D0 (en) * 2008-04-29 2008-06-04 Uni I Oslo Compounds

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7354740B2 (en) 2019-10-01 2023-10-03 株式会社豊田中央研究所 Method for manufacturing electricity storage device and method for activating electrode for electricity storage device

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CN102893434A (en) 2013-01-23

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