JP2017079201A - 二次電池 - Google Patents

二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2017079201A
JP2017079201A JP2016036065A JP2016036065A JP2017079201A JP 2017079201 A JP2017079201 A JP 2017079201A JP 2016036065 A JP2016036065 A JP 2016036065A JP 2016036065 A JP2016036065 A JP 2016036065A JP 2017079201 A JP2017079201 A JP 2017079201A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
general formula
group
active material
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016036065A
Other languages
English (en)
Inventor
正宜 野村
Masanobu Nomura
正宜 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to US15/289,502 priority Critical patent/US10320001B2/en
Publication of JP2017079201A publication Critical patent/JP2017079201A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

【課題】エネルギー密度が大きく、サイクル特性の良好な二次電池の提供。【解決手段】式(1)で表される化合物を電極活物質として含む二次電池。(nは4〜8の整数;aは1〜4の整数;R1及びR2は各々独立にH、アルキル基又は置換/非置換の芳香族炭化水素基;Yは置換基;bは0〜3の整数;a+b<4)【選択図】なし

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に関する。
二次電池は、正極及び負極で起きる酸化還元反応を利用して化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出したり、又はその逆の過程を行って電気エネルギーを貯蔵するものであり、各種の装置に電源として利用されている。
近年、ノート型パソコン、スマートフォン等の急速な市場拡大により、これらに用いられる二次電池のエネルギー密度、出力密度の飛躍的な向上への要求が高まっている。また、東日本大震災以降の電力事情の緩和のため、大規模大容量二次電池開発への期待が高まっている。これらの要求に応えるために、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンを荷電担体として、その電荷授受に伴う電気化学反応を利用したリチウムイオン二次電池が精力的に開発されている。
前記リチウムイオン二次電池の正極側の電極材料(正極活物質)は、負極側の電極材料(負極活物質)と比較して放電容量(Ah/kg)の少ないものがほとんどであり、これがリチウムイオン二次電池の高容量化を妨げている大きな要因となっている。また、現在市場に出回っているリチウムイオン二次電池は、正極活物質として比重の大きな金属酸化物を用いているため、単位質量当たりの電池容量が充分でないという問題がある。そこで、より軽量の電極材料、即ち、有機化合物を用いて大容量の二次電池を開発する試みが数多く検討され、報告されている(例えば、特許文献1〜5及び非特許文献1〜2参照)。
しかしながら、前記先行技術文献に記載の技術は、いずれも、十分満足できる性能を有するものではなかった。
また最近、キノン骨格を有する機能部位を側鎖として高分子主鎖に導入し、キノンの酸化還元を利用して充放電を行う機構について提案されている(例えば、特許文献6参照)。
本発明は、エネルギー密度が大きく、サイクル特性の良好な二次電池を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としての本発明の二次電池は、下記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として含む。
ただし、前記一般式(1)中、nは4〜8の自然数を表す。aは1〜4の自然数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基のいずれかを表す。Yは置換基を表す。bは0〜3の整数を表し、a+bが4以下である。
本発明によると、エネルギー密度が大きく、サイクル特性の良好な二次電池を提供することができる。
図1は、本発明の二次電池の一例を示す概略断面図である。 図2は、実施例1から3における1C充放電100サイクル時点での電圧−放電容量をプロットした図である。
(二次電池)
本発明の二次電池は、下記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として含み、更に必要に応じてその他の部材を有してなる。
ただし、前記一般式(1)中、nは4〜8の自然数を表す。aは1〜4の自然数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基のいずれかを表す。Yは置換基を表す。bは0〜3の整数を表し、a+bが4以下である。
本発明の二次電池は、前記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として含むことにより、エネルギー密度が大きく、サイクル特性の良好な二次電池を提供することができる。
これに対して、前記特許文献6に記載の技術は、キノン部位はアニオン安定であるためLiイオンのみが移動するロッキングチェア機構で充放電が進行するため、充放電過程において電解液濃度の変動が無く、安定した充放電を行うことができるが、前記キノン部位を高分子に導入するため、単位質量あたりの放電容量が低下してしまい、キノン本来の放電容量を発揮しきれないという知見に基づくものである。
前記一般式(1)において、前記R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び芳香族炭化水素基のいずれかを表し、前記芳香族炭化水素基は、更に置換基により置換されていてもよい。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられる。
前記芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、ピレンなどが挙げられる。前記芳香族炭化水素基の置換基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、水酸基などが挙げられる。
前記一般式(1)において、前記Yは、置換基を表し、例えば、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−SOX(ただし、Xは水素原子又はアルカリ金属を表す)、スルホン酸エステル基、カルバモイル基、ホルミル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基などが挙げられる。これらの中でも、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又は−SOX(ただし、Xは水素原子又はアルカリ金属を表す)、ホルミル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基が好ましく、−SOH又は−SONa、ホルミル基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基がより好ましい。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基などが挙げられる。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
前記−SOXにおけるXは、水素原子又はアルカリ金属を表し、前記アルカリ金属としては、ナトリウム、カリウムなどが挙げられる。
前記カルボン酸エステル基としては、例えば、カルボン酸メチルエステル基、カルボン酸エチルエステル基などが挙げられる。
前記一般式(1)において、前記nは、4〜8の自然数を表し、4、6、8が好ましく、6、8がより好ましい。
前記aは、1〜4の自然数を表し、1、2が好ましい。
前記bは、0〜3の整数を表し、0が好ましい。
a+bは4以下であり、1、2が好ましい。
前記電極活物質としては、正極の電極活物質(正極活物質)と、負極の電極活物質(負極活物質)とがあり、前記一般式(1)で表される化合物は、前記正極活物質及び前記負極活物質の少なくともいずれかに含まれていることが好ましく、これらの中でも、前記正極活物質に含まれていることが特に好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物は、水酸基を有する環状低分子芳香族化合物であり、安定化された酸化還元化合物である。そのため、前記一般式(1)で表される化合物は、充電反応及び放電反応の少なくともいずれかの過程で酸化還元反応を伴う化合物を電極活物質として用いる二次電池に有効に使用し得る。
前記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として用いることにより、エネルギー密度が大きく、サイクル特性の良好な二次電池を得ることができる。前記二次電池は、電極活物質として用いる前記一般式(1)で表される化合物が安定化されているので、充放電サイクルが安定化し、寿命が長くなる。
ここで、前記一般式(1)で表される化合物の具体的な例示化合物を以下に示すが、これらに限定されるものではない。ただし、Meはメチル基、Etはエチル基を表す。
前記一般式(1)で表される化合物の例示化合物中でも、精製の容易さ、及び容量の大きさという点から、化合物2、3、4、6、9、14、23、24、25、26が特に好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物は、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
前記合成方法としては、下記反応式1に示すように、フェノール誘導体とアルデヒド類を、酸を触媒とした縮合反応を行う手法が挙げられる。なお、前記反応式1中、nは4〜8の自然数を表す。aは1〜4の自然数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基のいずれかを表す。Yは置換基を表す。bは0〜3の整数を表し、a+bが4以下である。
<反応式1>
前記市販品としては、例えば、前記化合物1、2、3、7、8、9などが挙げられる。
前記一般式(1)で表される化合物の酸化還元反応を用いた二次電池の充放電機構について、化合物3を例にして説明する。
下記反応式2−1に示すように、水酸基を有する環状低分子芳香族化合物は、二次電池内での酸化反応により、キノンへと変化する。次に、下記反応式2−2に示すように、キノンはリチウムイオンと反応し、二次電池用正極活物質として機能する。即ち、16個のリチウムイオンと外部回路を通った16電子がキノンと反応することで二次電池として電子を放出し(放電)、逆の反応が進行することで二次電池として電子を蓄える(充電)。この充放電機構を繰り返すことで二次電池の充放電が成立する。
<反応式2−1>
<反応式2−2>
本発明の二次電池は、前記一般式(1)で表される有機化合物を電極活物質として含有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、正極と、負極と、電解質とを有してなり、セパレータ、更に必要に応じてその他の部材を有することが好ましい。
<正極、負極>
前記正極は、正極集電体と正極活物質を含有する正極層とからなり、前記負極は、負極集電体と負極活物質を含有する負極層とからなる。
<<正極層、負極層>>
前記電極層は、正極の電極層と負極の電極層とからなり、それぞれの電極層は、電極活物質を含有しており、好ましくは、電極活物質と、結着剤と、導電助剤とを含有し、更に必要に応じて、その他の成分金属酸化物や酸化還元化合物などの添加剤を含有してなる。
−電極活物質−
前記電極活物質としては、正極活物質及び負極活物質の少なくともいずれかである。
前記電極活物質は、前記一般式(1)で表される化合物を含む。
前記一般式(1)で表される化合物は、正極及び負極のいずれの電極活物質としても使用できるが、一般的に負極に用いられる材料のエネルギー密度の観点から、正極活物質として使用することが好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物を正極活物質として用いる場合には、負極活物質として、例えば、グラファイト、非晶質カーボン、リチウム金属、リチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、導電性ポリマーなどが用いられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記負極活物質の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リチウム金属では薄膜状のもの以外に、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のものなどが挙げられる。
一方、前記一般式(1)で表される化合物を負極活物質として用いる場合には、正極活物質としては、例えば、金属酸化物、ジスルフィド化合物、ニトロキシラジカル化合物、導電性ポリマーなどが挙げられる。更に、従来公知の活物質とこれらの材料とを混合して複合活物質として用いてもよい。
前記金属酸化物としては、例えば、LiMnO、LiNi0.5Mn1.5、LixMn(0<x<2)等のマンガン酸リチウムもしくはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、LiCoO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の層状化合物、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO等のリン酸塩系化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ジスルフィド化合物としては、例えば、ジチオグリコール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、S−トリアジン−2,4,6−トリチオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記導電性ポリマーとしては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記一般式(1)で表される化合物を用いて正極及び負極を作製する場合、前記電極層には、前記水酸基を有した低分子芳香族化合物以外の物質、例えば、金属酸化物、酸化還元化合物を含有させてもよい。
前記金属酸化物としては、例えば、LiMnO、LiNi0.5Mn1.5、LixMn(0<x<2)等のマンガン酸リチウムもしくはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、LiCoO、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の層状化合物、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO等のリン酸塩系化合物などが挙げられる。
前記酸化還元化合物としては、オキシ酸化還元化合物、ニトロキシル酸化還元化合物、窒素酸化還元化合物、炭素酸化還元化合物、ホウ素酸化還元化合物等の有機化合物などが挙げられる。
前記酸化還元化合物の具体例としては、例えば、下記式(R−1)〜(R−12)で示される化合物が挙げられる。なお、式中のnは、繰り返し単位数を表す自然数である。
−結着剤−
前記結着剤は、各構成材料間の結びつきを強めるために含有されている。
前記結着剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記結着剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5質量%以上20質量%以下が好ましい。
−導電助剤−
前記導電助剤は、集電体と電極活物質間の電子のやり取りを助けるために含有されている。
前記導電助剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、C60、C70等のフラーレン;単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、グラフェン等のナノカーボン類;ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック類;比表面積の大きい活性炭、メソポーラスカーボン、気相成長させた炭素繊維などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 前記導電助剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記結着剤100質量部に対して、100質量部以上800質量部以下が好ましい。
<正極集電体、負極集電体>
前記集電体は、導電体で形成され電池の電極から発生する電荷を集めることができる部材であり、正極集電体と負極集電体がある。
前記集電体の形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記集電体の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス等の金属箔、金属平板、メッシュ状電極、炭素電極などが挙げられる。なお、前記電極活物質と前記集電体とを化学結合させてもよい。
<電解質>
前記電解質は、負極と正極との両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般に室温(25℃)で10−5S/cm以上10−1S/cm以下のイオン伝導性を有している。
前記電解質としては、例えば、電解質塩を溶剤に溶解した電解液を用いることができる。
−電解質塩−
前記電解質塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSOCなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記電解質塩の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.5mol/L以上3.0mol/L以下が好ましく、0.5mol/L以上2.0mol/L以下がより好ましい。
−溶剤−
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤;トリメチルプロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート、1−メチル−1−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のアンモニウム系、イミダゾリウム系、ピリジニウム系、ピペリジニウム系、ピロリジニウム系イオン液体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
−固体電解質−
前記電解質として固体電解質を用いることもできる。
前記固体電解質に用いられるポリマーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体;アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体;ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、又はこれらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。
なお、前記固体電解質は、これらのポリマーに電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、前記ポリマーのみでそのまま用いてもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<セパレータ>
前記セパレータは、正極と負極の短絡を防ぐために前記正極と前記負極の間に設けられる。
前記セパレータの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紙、セロハン、ポリオレフィン不織布、ポリアミド不織布、ガラス繊維不織布などが挙げられる。前記紙としては、例えば、クラフト紙、ビニロン混抄紙、合成パルプ混抄紙などが挙げられる。
前記セパレータの形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シート状などが挙げられる。
前記セパレータの構造は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
前記セパレータの大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記セパレータは、電解質を含ませて構成することも好ましい。なお、前記電解質として、イオン伝導性ポリマー等の固体電解質を用いる場合には、前記セパレータそのものを省略することもできる。
<外装容器>
前記外装容器の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銅、ステンレス鋼、ステンレス鋼又は鉄にニッケルなどのめっきを施した金属などが挙げられる。
前記封止容器の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、周囲が反り上がった底の浅い皿状、有底円筒形、有底角柱状などが挙げられる。 前記外装容器の構造は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。前記積層構造としては、例えば、ニッケル、ステンレス鋼、及び銅の三層構造などが挙げられる。 前記外装容器の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明の二次電池の製造方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記正極、前記負極、及び前記電解質と、必要に応じて用いられるセパレータとを、適切な形状に積層することにより製造される。更に、必要に応じて外装缶等の他の構成部材を用いることも可能である。前記正極及び前記負極の積層方法としては、特に制限はなく、通常採用されている方法の中から適宜選択することができ、多層積層したもの、集電体の両面に積層したものを組み合わせたもの、巻回したものなどが挙げられる。
前記二次電池の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コイン型、円筒状、角形、シート型、ボタン型などが挙げられる。
ここで、図1は、本発明の二次電池の一例を示す概略断面図である。この二次電池は、負極10として負極集電体3と負極活物質を含有する負極層1とを有している。正極11として正極集電体4と負極活物質を含有する正極層2とを有している。前記正極11と前記負極10との間に電解質を含有するセパレータ5を有している。
本発明の二次電池は、図1に示したように、外装容器6の中には、負極集電体3、負極層1、電解質を含んだセパレータ5、正極層2、及び正極集電体4がこの順に積層されている。
<用途>
本発明の二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池が好適である。
前記二次電池の用途としては、特に制限はなく、各種用途に用いることができ、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、スマートフォン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の電源、バックアップ電源などが挙げられる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
<二次電池の作製>
−正極の作製−
正極活物質としての前記化合物1と、導電助剤としてのアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、デンカブラック)と、結着剤としてのポリ(フッ化ビニリデン)(株式会社クレハ製、KFポリマーL#1120)とを混合した。そこに、N−メチルピロリドン(関東化学株式会社製、脱水溶剤)を17mL加え、全体が均一になるまで混練して黒色のペーストを得た。なお、混合質量比は、前記化合物1:前記導電助剤:前記結着剤=2:6:2とした。
次に、得られたペーストを、ブレードコート治具を用いてアルミニウム箔(住軽アルミ箔株式会社製、厚み20μm)上に均一に塗工した。得られた塗工膜を、予め100℃に設定しておいた温風乾燥器内に入れて、20分間乾燥させ、正極層を作製した。得られた電極層を直径16mmの円形状に打ち抜き、円形状正極とした。
次に、露点温度−75℃以下のグローブボックス中において、ステンレス鋼製の外装容器内に、前記円形状正極、直径16mmのポリプロピレン多孔質フィルムセパレータ、直径16mmの円形状のLi金属箔からなる負極の順に積層した。
次に、電解質として1.0mol/LのLiPFを含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(体積比1:2)を400μL充填した。
最後に、ステンレス鋼製の外装容器の蓋を被せ、密閉した。以上により、実施例1の二次電池を作製した。
(実施例2〜21)
<二次電池の作製>
実施例1において、前記化合物1を、表1の実施例2〜21の化合物No.の欄の化合物に代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜21の二次電池を作製した。
(比較例1)
<二次電池の作製>
実施例1において、前記化合物1を、下記一般式で表される比較化合物1に代えた以外は、実施例1と同様にして、比較例1の二次電池を作製した。
前記式中のnは、繰り返し単位数を表す自然数である。
(比較例2)
実施例1において、前記化合物1を、下記構造式で表される比較化合物2に代えた以外は、実施例1と同様にして、比較例2の二次電池を作製した。
次に、作製した実施例1〜21及び比較例1〜2の二次電池について、以下のようにして、放電容量を評価した。結果を表1に示した。
<放電容量の測定>
実施例及び比較例の各二次電池について、定電流(1Cレート;1Cレートとは二次電池の全容量を1時間かけて充電又は放電する電流値)下で、カットオフ電圧を充電4.5V、放電1.4Vとして充放電を行った。その結果、表1に示す正極活物質あたりの放電容量を確認した。なお、正極活物質あたりの放電容量は自動電池評価装置(1024B―7V0.1A−4:エレクトロフィールド社製)により測定した。図2に、実施例1〜3の二次電池の1C充放電100サイクル目の電圧−放電容量をプロットした図を示した。
表1の結果から、前記一般式(1)で表される化合物を正極活物質として用いた実施例1〜21の二次電池は、充放電100サイクル後においても大きな放電容量を示し、二次電池として良好に動作することが確認できた。
これに対して、比較例1の二次電池は、容量劣化が小さいものの、理論的に蓄えられる容量が小さいため、放電容量は小さいことがわかった。
また、比較例2の二次電池は、理論容量は大きいものの、正極活物質の母核となるベンゼン環が実施例で使用した前記一般式(1)で表される化合物と比較して小さいため、電解液への正極活物質の溶出が生じ、放電容量は小さいことがわかった。
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> 下記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として含むことを特徴とする二次電池である。
ただし、前記一般式(1)中、nは4〜8の自然数を表す。aは1〜4の自然数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基のいずれかを表す。Yは置換基を表す。bは0〜3の整数を表し、a+bが4以下である。
<2> 前記一般式(1)のR及びRが、水素原子である前記<1>に記載の二次電池である。
<3> 前記一般式(1)のYが、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、−SOX(ただし、Xは水素原子又はアルカリ金属を表す)、ホルミル基、カルボキシル基、及びカルボン酸エステル基のいずれかである前記<1>から<2>のいずれかに記載の二次電池である。
<4> 前記一般式(1)のYが、−SOH、−SONa、ホルミル基、カルボキシル基、及びカルボン酸エステル基のいずれかである前記<1>から<3>のいずれかに記載の二次電池である。
<5> 前記一般式(1)のYが、−SOH、ホルミル基、及びカルボキシル基のいずれかである前記<1>から<4>のいずれかに記載の二次電池である。
<6> 前記一般式(1)のbが、0である前記<1>から<5>のいずれかに記載の二次電池である。
<7> 前記一般式(1)のnが、6及び8のいずれかである前記<1>から<6>のいずれかに記載の二次電池である。
<8> 前記一般式(1)で表される化合物が、下記構造式で表される化合物から選択される少なくとも1種である前記<1>から<7>のいずれかに記載の二次電池である。
<9> 前記一般式(1)で表される化合物が、下記構造式で表される化合物から選択される少なくとも1種である前記<1>から<8>のいずれかに記載の二次電池である。
<10> 前記一般式(1)で表される化合物が、正極活物質として用いられる前記<1>から<9>のいずれかに記載の二次電池である。
<11> 前記一般式(1)で表される化合物が、充電及び放電の少なくとも一方の過程で酸化還元反応を伴う化合物である前記<1>から<10>のいずれかに記載の二次電池である。
<12> 正極と、負極と、電解質とを有する前記<1>から<11>のいずれかに記載の二次電池である。
<13> リチウムイオン二次電池である前記<1>から<12>のいずれかに記載の二次電池である。
前記<1>から<13>のいずれかに記載の二次電池によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
1 負極層
2 正極層
3 負極集電体
4 正極集電体
5 セパレータ
6 外装容器
10 負極
11 正極
米国特許第4833048号明細書 特許第2715778号公報 特公平7−85420号公報 特許第4687848号公報 特開2010−80343号公報 特開2013−20760号公報
Chemical Physics Letters,359,(2002)351−354 Nature Materials,10,(2011)947−951

Claims (11)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物を電極活物質として含むことを特徴とする二次電池。
    ただし、前記一般式(1)中、nは4〜8の自然数を表す。aは1〜4の自然数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子、アルキル基、及び置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基のいずれかを表す。Yは置換基を表す。bは0〜3の整数を表し、a+bが4以下である。
  2. 前記一般式(1)のR及びRが、水素原子である請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記一般式(1)のYが、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、−SOX(ただし、Xは水素原子又はアルカリ金属を表す)、ホルミル基、カルボキシル基、及びカルボン酸エステル基のいずれかである請求項1から2のいずれかに記載の二次電池。
  4. 前記一般式(1)のYが、水素原子、−SOX(ただし、Xは水素原子又はアルカリ金属を表す)、ホルミル基、カルボキシル基、及びカルボン酸エステル基のいずれかである請求項1から2のいずれかに記載の二次電池。
  5. 前記一般式(1)のbが、0である請求項1から4のいずれかに記載の二次電池。
  6. 前記一般式(1)のnが、6及び8のいずれかである請求項1から5のいずれかに記載の二次電池。
  7. 前記一般式(1)で表される化合物が、下記構造式で表される化合物から選択される少なくとも1種である請求項1から6のいずれかに記載の二次電池。
  8. 前記一般式(1)で表される化合物が、正極活物質として用いられる請求項1から7のいずれかに記載の二次電池。
  9. 前記一般式(1)で表される化合物が、充電及び放電の少なくとも一方の過程で酸化還元反応を伴う化合物である請求項1から8のいずれかに記載の二次電池。
  10. 正極と、負極と、電解質とを有する請求項1から9のいずれかに記載の二次電池。
  11. リチウムイオン二次電池である請求項1から10のいずれかに記載の二次電池。

JP2016036065A 2015-10-20 2016-02-26 二次電池 Pending JP2017079201A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/289,502 US10320001B2 (en) 2015-10-20 2016-10-10 Secondary cell

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015206410 2015-10-20
JP2015206410 2015-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017079201A true JP2017079201A (ja) 2017-04-27

Family

ID=58666954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016036065A Pending JP2017079201A (ja) 2015-10-20 2016-02-26 二次電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017079201A (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09508487A (ja) * 1993-09-07 1997-08-26 イーシーアール エレクトロ−ケミカル リサーチ リミテッド ソリッドステート電気化学バッテリ
JP2002507310A (ja) * 1996-09-24 2002-03-05 イーシーアール エレクトロ―ケミカルリサーチリミテッド 非液体電解質を持つ電気化学的電池
JP2002367672A (ja) * 2001-06-05 2002-12-20 Sony Corp 非水電解質及び非水電解質電池
JP2003303617A (ja) * 2002-04-08 2003-10-24 Hitachi Chem Co Ltd 電解塩と錯体を形成可能な分子を添加した電解質及びこれを用いたリチウム二次電池
JP2007035577A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Sony Corp 電解質および電池
JP2007534949A (ja) * 2004-04-27 2007-11-29 ユニバーシタット アントウェルペン 電位差電極および該電極の製造法
JP2009129742A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Kyushu Univ ナトリウムイオン二次電池およびナトリウムイオン二次電池用負極活物質
JP2012113841A (ja) * 2010-11-19 2012-06-14 Panasonic Corp 非水電解質二次電池及びそれを用いた電源装置
US20140141322A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material composition for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09508487A (ja) * 1993-09-07 1997-08-26 イーシーアール エレクトロ−ケミカル リサーチ リミテッド ソリッドステート電気化学バッテリ
JP2002507310A (ja) * 1996-09-24 2002-03-05 イーシーアール エレクトロ―ケミカルリサーチリミテッド 非液体電解質を持つ電気化学的電池
JP2002367672A (ja) * 2001-06-05 2002-12-20 Sony Corp 非水電解質及び非水電解質電池
JP2003303617A (ja) * 2002-04-08 2003-10-24 Hitachi Chem Co Ltd 電解塩と錯体を形成可能な分子を添加した電解質及びこれを用いたリチウム二次電池
JP2007534949A (ja) * 2004-04-27 2007-11-29 ユニバーシタット アントウェルペン 電位差電極および該電極の製造法
JP2007035577A (ja) * 2005-07-29 2007-02-08 Sony Corp 電解質および電池
JP2009129742A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Kyushu Univ ナトリウムイオン二次電池およびナトリウムイオン二次電池用負極活物質
JP2012113841A (ja) * 2010-11-19 2012-06-14 Panasonic Corp 非水電解質二次電池及びそれを用いた電源装置
US20140141322A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material composition for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
荒木孝司: "カリックスアレーン誘導体による金属イオンの抽出", GOOブログ, JPN6020017855, 22 May 2009 (2009-05-22), JP, ISSN: 0004273312 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5163065B2 (ja) 非水電解液二次電池および非水電解液組成物
CN113892201B (zh) 负极活性物质、负极以及二次电池
JPWO2019049826A1 (ja) リチウム硫黄電池
JP6582455B2 (ja) 二次電池
WO2012161184A1 (ja) 非水二次電池用電解液及び二次電池
JP2005183632A (ja) 電気化学デバイス及びこれを用いた電気二重層コンデンサ又は電池
JP5818689B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP6776933B2 (ja) 二次電池用電極及び二次電池
US10320001B2 (en) Secondary cell
JP6835164B2 (ja) 電極材料及び電極
JP2016008227A (ja) ポリキノン誘導体、及びそれを用いた二次電池用電極活物質
US10497978B2 (en) Power storage device
JP5282259B2 (ja) 分子クラスター二次電池
JP6849046B2 (ja) 電極材料及び電極
JP2018081830A (ja) 電極活物質、蓄電素子用電極、および蓄電素子
WO2016027704A1 (ja) ポリチオフェン誘導体、二次電池用正極活物質、及び二次電池
JP6578877B2 (ja) 二次電池
JP6638559B2 (ja) 二次電池
JP6760454B2 (ja) 電極材料及び電極
JP6582454B2 (ja) リチウムイオン二次電池
JP2017079201A (ja) 二次電池
JP2020007319A (ja) 化合物、電極材料、及び電極
JP6447050B2 (ja) 蓄電デバイスの製造方法
JP2018077946A (ja) 二次電池用電極及び二次電池
WO2022071317A1 (ja) 非水電解質二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191223

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200602