JP3444463B2 - Electrode containing organic disulfide compound and method for producing the same - Google Patents

Electrode containing organic disulfide compound and method for producing the same

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JP3444463B2 JP06492596A JP6492596A JP3444463B2 JP 3444463 B2 JP3444463 B2 JP 3444463B2 JP 06492596 A JP06492596 A JP 06492596A JP 6492596 A JP6492596 A JP 6492596A JP 3444463 B2 JP3444463 B2 JP 3444463B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電池、エレクトロ
クロミック表示素子、センサー、メモリー等の電気化学
素子に用いられる有機ジスルフィド化合物を含む複合電
極、およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite electrode containing an organic disulfide compound used for electrochemical devices such as batteries, electrochromic display devices, sensors, and memories, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】1971年に導電性のポリアセチレンが
発見されて以来、導電性高分子を電極材料に用いると、
軽量で高エネルギー密度の電池や、大面積のエレクトロ
クロミック素子、微小電極を用いた生物化学センサー等
の電気化学素子が期待できることから、導電性高分子電
極が盛んに検討されている。ポリアセチレンは、不安定
で電極としては実用性に乏しいことから、他のπ電子共
役系導電性高分子が検討され、ポリアニリン、ポリピロ
ール、ポリアセン、ポリチオフェンといった比較的安定
な高分子が開発され、これらを正極に用いたリチウム二
次電池が開発されるに及んでいる。これらの電池のエネ
ルギー密度は40〜80Wh/kgと言われている。
2. Description of the Related Art Since conductive polyacetylene was discovered in 1971, when a conductive polymer was used as an electrode material,
Conductive polymer electrodes are being actively studied because electrochemical devices such as lightweight, high-energy density batteries, large-area electrochromic devices, and biochemical sensors using microelectrodes can be expected. Since polyacetylene is unstable and impractical as an electrode, other π-electron conjugated conductive polymers have been studied, and relatively stable polymers such as polyaniline, polypyrrole, polyacene, and polythiophene have been developed. Lithium secondary batteries used for the positive electrode have been developed. The energy density of these batteries is said to be 40-80 Wh / kg.

【0003】最近では、さらに高エネルギー密度が期待
できる有機材料として、米国特許第4,833,048号に有機
ジスルフィド系化合物が提案されている。この化合物
は、最も簡単には M+S−R−S−M+ と表される
(Rは脂肪族あるいは芳香族の有機基、Sは硫黄、M+
はプロトンあるいは金属カチオン)。この化合物は、電
解酸化によりS−S結合を介してお互いに結合し、 M+S−R−S−S−R−S−S−R−S−M+ のような形でポリマー化する。こうして生成したポリマ
ーは、電解還元により元のモノマーに戻る。カチオン
(M+)を供給、捕捉する金属Mと有機ジスルフィド系
化合物を組み合わせた金属ーイオウ二次電池が前述の米
国特許に提案されている。150Wh/kg以上と、通
常の二次電池に匹敵あるいはそれ以上のエネルギー密度
が期待できる。
Recently, an organic disulfide compound has been proposed in US Pat. No. 4,833,048 as an organic material which can be expected to have a higher energy density. The compound is most easily is M + - over S-R-S chromatography -M + and represented (R is an aliphatic or aromatic organic group, S is sulfur, M +
Is a proton or metal cation). The compounds bind to each other via an S-S bond by the electrolytic oxidation, M + - over S-R-S-S- R-S-S-R-S chromatography -M + polymer shaped like a Become The polymer thus formed returns to the original monomer by electrolytic reduction. A metal-sulfur secondary battery combining a metal M for supplying and trapping cations (M + ) and an organic disulfide compound has been proposed in the aforementioned U.S. Patent. At 150 Wh / kg or more, an energy density comparable to or higher than that of a normal secondary battery can be expected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような有機ジスル
フィド化合物は、酸化還元(充放電)を繰り返すと、電
極容量が徐々に減少してくる問題がある。有機ジスルフ
ィド化合物を酸化(充電)すると、電気絶縁性でかつイ
オン伝導性に乏しいポリジスルフィド化合物が生成す
る。ポリジスルフィド化合物は、電解質に対する溶解性
が乏しい。一方、このポリジスルフィド化合物が還元
(放電)によりモノマー化した際に生成する有機ジスル
フィドモノマーは、電解質に対する溶解性が高い。従っ
て、酸化還元を繰り返すと、モノマー化したジスルフィ
ドが一部電解質に溶解し、溶解したモノマーは、電極中
にもともと位置していた場所と異なる場所でポリマー化
する。そして、カーボン等の導電剤から離れてポリマー
化して析出したポリジスルフィド化合物は、電極内の電
子・イオン伝導のネットワークから孤立し、電極反応に
関与しなくなる。
Such an organic disulfide compound has a problem that the electrode capacity gradually decreases when oxidation-reduction (charge / discharge) is repeated. When the organic disulfide compound is oxidized (charged), a polydisulfide compound having electrical insulation and poor ion conductivity is generated. Polydisulfide compounds have poor solubility in electrolytes. On the other hand, an organic disulfide monomer generated when the polydisulfide compound is monomerized by reduction (discharge) has high solubility in an electrolyte. Therefore, when oxidation and reduction are repeated, a part of the monomerized disulfide is dissolved in the electrolyte, and the dissolved monomer is polymerized in a place different from the place originally located in the electrode. The polydisulfide compound polymerized and separated from the conductive agent such as carbon is isolated from the electron / ion conduction network in the electrode and does not participate in the electrode reaction.

【0005】酸化還元を繰り返すと、孤立するポリジス
ルフィド化合物が増加して、電池の容量が徐々に低下す
る。また、溶解性の高い有機ジスルフィドモノマーは、
動きやすく、正極からセパレータあるいは電解質内、さ
らには負極側に散逸する。このため、有機ジスルフィド
化合物を含む電極を正極に用いた電池では、充放電効率
が下がったり、充放電サイクル寿命が短くなったりする
という欠点を有していた。本発明は、この様な問題を解
決し、有機ジスルフィド化合物の高エネルギー密度とい
う特徴を損なわず、かつ充放電効率が高く保持され、良
好な充放電サイクル特性が得られる電極を提供すること
を目的とする。
[0005] When oxidation and reduction are repeated, the number of isolated polydisulfide compounds increases, and the capacity of the battery gradually decreases. In addition, highly soluble organic disulfide monomers are
It is easy to move and dissipates from the positive electrode into the separator or electrolyte, and further to the negative electrode side. For this reason, a battery using an electrode containing an organic disulfide compound as a positive electrode has a drawback that the charge / discharge efficiency is reduced or the charge / discharge cycle life is shortened. An object of the present invention is to solve such a problem and to provide an electrode that does not impair the feature of the high energy density of the organic disulfide compound, and that maintains high charge-discharge efficiency and obtains good charge-discharge cycle characteristics. And

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の電極は、電解還
元により硫黄ー硫黄結合が開裂して硫黄ー金属イオン
(プロトンを含む)結合を生成し、電解酸化により硫黄
ー金属イオン結合が元の硫黄ー硫黄結合を再生する有機
ジスルフィド化合物とニッケルイオンとの錯体を含有す
ることを特徴とする。本発明の有機ジスルフィド化合物
を含有する電極の製造方法は、有機ジスルフィド化合物
をNーRー2ーピロリドン(Rは水素原子またはアルキ
ル基)に溶解する工程、得られた溶液にポリアニリンを
添加して溶液Aを得る工程、ニッケル塩をN−Rー2ー
ピロリドンに溶解して溶液Bを得る工程、前記の溶液A
と溶液Bを混合する工程、および得られた混合物を不活
性ガス雰囲気中あるいは真空中で加熱する工程を含む。
本発明によるリチウム二次電池は、上記の電極を正極と
し、非水電解質および負極を具備する。負極には、金属
リチウム、リチウムを含む合金、リチウムが可逆的に出
入りできるリチウム含有複合酸化物など、リチウムを活
物質とする電極が用いられる。
In the electrode of the present invention, a sulfur-sulfur bond is cleaved by electrolytic reduction to form a sulfur-metal ion (including proton) bond, and a sulfur-metal ion bond is formed by electrolytic oxidation. Characterized by containing a complex of an organic disulfide compound that regenerates a sulfur-sulfur bond and a nickel ion. The method for producing an electrode containing an organic disulfide compound according to the present invention comprises a step of dissolving the organic disulfide compound in NR-2-pyrrolidone (R is a hydrogen atom or an alkyl group), and adding polyaniline to the obtained solution to form a solution. A, a step of dissolving a nickel salt in NR-2-pyrrolidone to obtain a solution B,
And a solution B, and a step of heating the obtained mixture in an inert gas atmosphere or in a vacuum.
A lithium secondary battery according to the present invention includes the above electrode as a positive electrode, a nonaqueous electrolyte, and a negative electrode. As the negative electrode, an electrode using lithium as an active material, such as lithium metal, an alloy containing lithium, and a lithium-containing composite oxide through which lithium can enter and exit reversibly, is used.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の電極は、少なくとも有機
ジスルフィド化合物とニッケルイオンとの錯体を含むも
のである。この錯体は、有機ジスルフィド化合物が配位
子としてニッケルイオンに配位したものである。錯体を
形成する有機ジスルフィド化合物としては、一般式(R
(S)ynで表される化合物を用いることができる。R
は脂肪族基または芳香族基、Sは硫黄であり、yは1以
上の整数、nは2以上の整数である。HSCH2CH2
Hで表されるジチオグリコール(以下、DTGと呼
ぶ)、C22S(SH)2で表される2,5−ジメルカ
プト−1,3,4−チアジアゾール(以下、DMcTと
呼ぶ)、C3333で表されるs−トリアジンー2,
4,6ートリチオール(以下、TTAと呼ぶ)、C66
43で表される7ーメチルー2,6,8ートリメルカ
プトプリン(以下、MTMPと呼ぶ)、あるいはC46
42で表される4,5ージアミノー2,6ージメルカ
プトピリミジン(以下、DDPyと呼ぶ)等が用いられ
る。何れも市販品をそのまま用いることができる。ま
た、これらの有機ジスルフィド化合物を、沃素、フェリ
シアン化カリウム、過酸化水素等の酸化剤を用いて化学
重合法により、あるいは電解酸化法により重合した有機
ジスルフィド化合物のダイマー、テトラマーを含む重合
物を用いることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The electrode of the present invention contains at least a complex of an organic disulfide compound and a nickel ion. In this complex, an organic disulfide compound is coordinated to a nickel ion as a ligand. The organic disulfide compound forming a complex includes a compound represented by the general formula (R
(S) y ) The compound represented by n can be used. R
Is an aliphatic group or an aromatic group, S is sulfur, y is an integer of 1 or more, and n is an integer of 2 or more. HSCH 2 CH 2 S
H, dithioglycol (hereinafter referred to as DTG), C 2 N 2 S (SH) 2 , 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (hereinafter referred to as DMcT), C S-Triazine-2 represented by 3 H 3 N 3 S 3
4,6-trithiol (hereinafter referred to as TTA), C 6 H 6
7-methyl-2,6,8-trimercaptopurine (hereinafter referred to as MTMP) represented by N 4 S 3 or C 4 H 6
For example, 4,5 diamino-2,6-dimercaptopyrimidine (hereinafter, referred to as DDPy) represented by N 4 S 2 is used. In each case, commercially available products can be used as they are. Further, a polymer containing a dimer or a tetramer of an organic disulfide compound obtained by polymerizing these organic disulfide compounds by a chemical polymerization method using an oxidizing agent such as iodine, potassium ferricyanide, or hydrogen peroxide, or by an electrolytic oxidation method is used. Can be.

【0008】錯体を形成するニッケルイオンとしては、
2価のニッケルイオンを用いることができる 有機ジスルフィド化合物とニッケルイオンとの錯体(以
下、SSNiと呼ぶ)は、例えば次のようにして合成す
ることができる。有機ジスルフィド化合物としてDMc
Tを用いる場合について述べるが、DMcT以外の有機
ジスルフィド化合物であっても、同様の方法で合成でき
ることは言うまでもない。
[0008] Nickel ions forming a complex include:
A complex (hereinafter, referred to as SSNi) of an organic disulfide compound and a nickel ion that can use a divalent nickel ion can be synthesized, for example, as follows. DMc as an organic disulfide compound
Although the case where T is used will be described, it goes without saying that an organic disulfide compound other than DMcT can be synthesized by the same method.

【0009】沃素を0.76g(6ミリモル)を50m
lのエタノールに溶解して得た溶液を、塩化ニッケル6
水塩(NiCl2・6H2O)1.43g(6ミリモル)
を25mlのエタノールに溶解して得た溶液に加える。
得られた混合溶液を、DMcT1.8g(12ミリモ
ル)を50mlのエタノールに溶解して得た溶液に加え
る。すぐに、赤橙色の錯体が固形物として生成する。生
成した錯体の固形物を遠心分離により分離し、濾過して
得られる固形物を熱アルコールにより数度洗浄後、最後
にエチルエーテルにより洗浄し、真空乾燥することでニ
ッケルイオンにDMcTが2分子配位した錯体、Ni
(C2HN232が得られる。有機ジスルフィド化合物
がDTGの場合は、Ni(C2222、TTAの場合
は、Ni3(C3332、MTMPの場合は、Ni
(C64432、DDPyの場合は、Ni(C44
422が得られる。
0.76 g (6 mmol) of iodine in 50 m
The solution obtained by dissolving in 1
1.43 g (6 mmol) of water salt (NiCl 2 .6H 2 O)
Is added to a solution obtained by dissolving in 25 ml of ethanol.
The obtained mixed solution is added to a solution obtained by dissolving 1.8 g (12 mmol) of DMcT in 50 ml of ethanol. Immediately, a red-orange complex is formed as a solid. The solid matter of the formed complex is separated by centrifugation, and the solid matter obtained by filtration is washed several times with hot alcohol, finally washed with ethyl ether, and dried under vacuum to distribute two molecules of DMcT to nickel ions. Complex, Ni
(C 2 HN 2 S 3 ) 2 is obtained. Ni (C 2 H 2 S 2 ) 2 when the organic disulfide compound is DTG, Ni 3 (C 3 N 3 S 3 ) 2 when TTA, and Ni when MTMP
(C 6 H 4 N 4 S 3 ) 2 , Ni (C 4 H 4
N 4 S 2 ) 2 is obtained.

【0010】有機ジスルフィド化合物と一価のニッケル
イオンとのSSNiは、SO2で還元した塩化ニッケル
のエタノール溶液と有機ジスルフィド化合物のエタノー
ル溶液を混合することで合成することができる。
[0010] SSNi of an organic disulfide compound and monovalent nickel ions can be synthesized by mixing an ethanol solution of nickel chloride reduced with SO 2 and an ethanol solution of an organic disulfide compound.

【0011】SSNiは、そのまま粉末を加圧成形して
電極として用いることができる。ポリアニリン等の導電
性高分子粉末、アセチレンブラック、金属ニッケル粉末
等の導電材を前記錯体に混合し電極として用いることが
できる。特に、錯体とポリアニリンを含む正極では、ポ
リアニリンは導電材として作用するだけでなく、ニッケ
ルイオンの配位子として作用し、さらに、有機ジスルフ
ィド化合物がポリアニリンのドーパントとして作用し複
合体を形成するので、有機ジスルフィド化合物分子とポ
リアニリン分子とニッケルイオンとが三次元的に相互作
用しあう高次の金属高分子錯体(以下、SSNiPAn
と呼ぶ)が形成される。この金属高分子錯体は、有機ジ
スルフィド化合物とニッケルイオンとの錯体よりも、よ
り強固に有機ジスルフィド化合物を電極内に保持するた
め、高い可逆性が得られる。SSNiとポリアニリンと
の配合割合は、有機ジスルフィド化合物1分子に対しポ
リアニリン分子0.1〜10分子が好ましい。
[0011] SSNi can be used as an electrode by pressing powder as it is. A conductive material such as a conductive polymer powder such as polyaniline, acetylene black, metal nickel powder or the like can be mixed with the complex and used as an electrode. In particular, in a positive electrode containing a complex and polyaniline, polyaniline not only acts as a conductive material, but also acts as a ligand for nickel ions, and furthermore, an organic disulfide compound acts as a dopant for polyaniline to form a complex, Higher-order metal-polymer complexes (hereinafter, SSNiPAn) in which organic disulfide compound molecules, polyaniline molecules, and nickel ions interact three-dimensionally.
) Is formed. The metal polymer complex holds the organic disulfide compound in the electrode more strongly than the complex of the organic disulfide compound and the nickel ion, so that high reversibility is obtained. The compounding ratio of SSNi to polyaniline is preferably 0.1 to 10 polyaniline molecules per 1 molecule of the organic disulfide compound.

【0012】SSNiPAnに用いるポリアニリンとし
ては、アニリンあるいはその誘導体を化学重合法あるい
は電解重合法により重合して得られるものが用いられ
る。特に、脱ドープ状態の還元性ポリアニリンは、有機
ジスルフィドモノマーを有効に捕捉するので好ましい。
ポリアニリンの還元度(RDI)は、ポリアニリンをN
−メチル−2−ピロリドンに微量溶解した溶液の電子吸
収スペクトルで、340nm付近の短波長側に現れるパ
ラ置換ベンゼン構造に起因する吸収ピークの強度(I
340)と、640nm付近の長波長側に現れるキノンジ
イミン構造に起因する吸収ピークの強度(I640)との
比、RDI=I640/I340で表される。RDIが0.5
以下のポリアニリンが好適に用いられる。ポリアニリン
の脱ドープの程度は、伝導度により表される。伝導度
が、10ー5S/cm以下のポリアニリンが好適に用いら
れる。
As the polyaniline used for SSNiPAN, those obtained by polymerizing aniline or a derivative thereof by a chemical polymerization method or an electrolytic polymerization method are used. In particular, undoped reducible polyaniline is preferred because it effectively captures organic disulfide monomers.
The degree of reduction (RDI) of polyaniline is determined by converting polyaniline to N
In the electronic absorption spectrum of a solution in which a trace amount is dissolved in -methyl-2-pyrrolidone, the intensity of the absorption peak due to the para-substituted benzene structure appearing on the short wavelength side near 340 nm (I
340 ) and the intensity (I 640 ) of the absorption peak due to the quinone diimine structure appearing on the long wavelength side near 640 nm, which is represented by RDI = I 640 / I 340 . RDI is 0.5
The following polyaniline is preferably used. The degree of undoping of polyaniline is represented by conductivity. Conductivity, 10 @ 5 S / cm or less of the polyaniline is preferably used.

【0013】SSNiPAnを含む電極は、SSNi粉
末とポリアニリン粉末を混合することで得ることができ
る。特に、N−R−2−ピロリドン(以下、NAPと呼
ぶ)を溶媒として用いると、有機ジスルフィド化合物、
ニッケルイオン、およびポリアニリンが分子レベルで均
一に配合した電極を得ることができる。先ず、有機ジス
ルフィド化合物をNーRー2ーピロリドンに溶解し溶液
を得る。この溶液にポリアニリン粉末を添加し溶液Aを
得る。一方、ニッケル塩をN−Rー2ーピロリドンに溶
解して溶液Bを得る。これら溶液Aと溶液Bを混合し、
その混合物を、好ましくは適当な導電性支持体に塗工
し、不活性ガス雰囲気中あるいは真空中で加熱すること
により、SSNiPAnを含む電極が得られる。
An electrode containing SSNiPAn can be obtained by mixing SSNi powder and polyaniline powder. In particular, when NR-2-pyrrolidone (hereinafter, referred to as NAP) is used as a solvent, an organic disulfide compound,
An electrode in which nickel ions and polyaniline are uniformly blended at the molecular level can be obtained. First, an organic disulfide compound is dissolved in NR-2-pyrrolidone to obtain a solution. A polyaniline powder is added to this solution to obtain a solution A. On the other hand, a nickel salt is dissolved in NR-2-pyrrolidone to obtain a solution B. These solution A and solution B are mixed,
The mixture is preferably applied to a suitable conductive support, and heated in an inert gas atmosphere or in vacuum to obtain an electrode containing SSNiPAn.

【0014】SSNiPAnを含む電極の製造に用いる
NAPとしては、市販の試薬をそのまま、あるいはゼオ
ライト吸着剤により水分を20ppm以下に低減したも
のを用いることができる。Rが水素原子、メチル基、エ
チル基、ブチル基である2ーピロリドン、N−メチルー
2ーピロリドン、N−エチルー2ーピロリドン、Nーブ
チルー2ーピロリドン等を用いることができる。
As the NAP used for the production of an electrode containing SSNiPAn, a commercially available reagent can be used as it is, or a NAP having a water content reduced to 20 ppm or less by a zeolite adsorbent can be used. For example, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-ethyl-2-pyrrolidone, N-butyl-2-pyrrolidone, and the like in which R is a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a butyl group can be used.

【0015】本発明の電極には、ポリビニルピロリド
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピリジン等の有
機高分子バインダーを添加してもよい。さらに、プロピ
レンカーボネートやエチレンカーボネートなどの非プロ
トン性溶媒に、LiBF4、LiPF6、LiAsF6
LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2
のリチウム塩を溶解し、この有機電解液をポリアクリロ
ニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリ
デン、ポリアクリル酸などの高分子化合物でゲル化して
得られるゲル電解質を電極材料に添加混合して用いるこ
とができる。
An organic polymer binder such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyvinylpyridine may be added to the electrode of the present invention. Further, LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 ,
Lithium salts such as LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 are dissolved, and this organic electrolyte is gelled with a polymer compound such as polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, or polyacrylic acid. The gel electrolyte obtained by the above can be added to and mixed with the electrode material.

【0016】[0016]

【実施例】【Example】

《実施例1》塩化ニッケル6水塩とDMcTから合成し
た錯体、Ni(C2HN232の粉末1gと、アセチレ
ンブラック粉末0.05gを混合した。一方、プロピレ
ンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒にL
iBF4を溶解した電解液をポリアクリロニトリルでゲ
ル化し、このゲル電解質をアセトニトリルで希釈した。
この希釈したゲル電解質溶液1gを前記の混合物に加
え、得られたスラリーをフッ素樹脂とアセチレンブラッ
クよりなる厚さ50μm、大きさ5×10cmの多孔質
カーボンシート上に塗布した後、60℃で真空加熱する
ことにより、カーボンシートを含めた厚みが75μmの
電極Aを得た。なお、ゲル電解質溶液は、プロピレンカ
ーボネート10.5gとエチレンカーボネート7.9g
を混合した混合溶媒にLiBF4を2.3g溶解し、得
られた有機電解液にポリアクリロニトリル粉末3gを添
加し、100℃に加熱してポリアクリロニトリル粉末を
溶解させた後、アセトニトリル20gを加えて希釈した
ものである。
Example 1 1 g of Ni (C 2 HN 2 S 3 ) 2 powder, a complex synthesized from nickel chloride hexahydrate and DMcT, and 0.05 g of acetylene black powder were mixed. On the other hand, a mixed solvent of propylene carbonate and ethylene carbonate is L
The electrolyte solution in which iBF 4 was dissolved was gelled with polyacrylonitrile, and the gel electrolyte was diluted with acetonitrile.
1 g of this diluted gel electrolyte solution was added to the above mixture, and the resulting slurry was applied on a porous carbon sheet having a thickness of 5 μm and a size of 5 × 10 cm made of fluororesin and acetylene black. By heating, an electrode A having a thickness of 75 μm including the carbon sheet was obtained. The gel electrolyte solution was composed of 10.5 g of propylene carbonate and 7.9 g of ethylene carbonate.
2.3 g of LiBF 4 was dissolved in a mixed solvent obtained by mixing the above, 3 g of polyacrylonitrile powder was added to the obtained organic electrolyte, and the mixture was heated to 100 ° C. to dissolve the polyacrylonitrile powder, and then 20 g of acetonitrile was added. It is diluted.

【0017】《比較例1》DMcT粉末1g、アセチレ
ンブラック粉末0.05g、およびゲル電解質溶液1g
を混合し、得られたスラリーを多孔質カーボンフィルム
上に塗布し、60℃で真空加熱することにより、カーボ
ンシートを含めた厚みが82μmの電極A’を得た。
Comparative Example 1 1 g of DMcT powder, 0.05 g of acetylene black powder, and 1 g of gel electrolyte solution
Was mixed, and the resulting slurry was applied on a porous carbon film and heated at 60 ° C. in vacuum to obtain an electrode A ′ having a thickness of 82 μm including a carbon sheet.

【0018】《実施例2》塩化ニッケル6水塩とTTA
から合成した錯体、Ni3(C3332の粉末1g、
アセチレンブラック粉末0.05g、および実施例1で
用いたゲル電解質溶液1gを混合した。得られたスラリ
ーをフッ素樹脂とアセチレンブラックよりなる厚さ50
μm、大きさ5×10cmの多孔質カーボンシート上に
塗布した後、60℃で真空加熱することにより、カーボ
ンシートを含めた厚みが80μmの電極Bを得た。
Example 2 Nickel chloride hexahydrate and TTA
1 g of Ni 3 (C 3 N 3 S 3 ) 2 powder synthesized from
0.05 g of acetylene black powder and 1 g of the gel electrolyte solution used in Example 1 were mixed. The obtained slurry is made of a fluororesin and acetylene black having a thickness of 50.
After coating on a porous carbon sheet having a size of 5 μm and a size of 5 × 10 cm, an electrode B having a thickness of 80 μm including the carbon sheet was obtained by vacuum heating at 60 ° C.

【0019】《比較例2》DMcT粉末1g、アセチレ
ンブラック粉末0.05g、およびゲル電解質溶液1g
を混合し、得られたスラリーを多孔質カーボンフィルム
上に塗布し、60℃で真空加熱することにより、カーボ
ンシートを含めた厚みが88μmの電極B’を得た。
Comparative Example 2 1 g of DMcT powder, 0.05 g of acetylene black powder, and 1 g of gel electrolyte solution
Was mixed, and the obtained slurry was applied on a porous carbon film and heated at 60 ° C. in vacuum to obtain an electrode B ′ having a thickness of 88 μm including a carbon sheet.

【0020】《実施例3》DMcT1.5gをNーメチ
ルー2ーピロリドン(以下NMPと呼ぶ)10gに溶解
した。日東電工製のポリアニリン(商品名アニリード)
をアルカリ溶液中で脱ドープし、ヒドラジンで還元して
得た伝導度が10ー8S/cm、RDI値が0.26の脱
ドープ還元ポリアニリン粉末1.0gを前記の溶液に添
加し、青緑色の粘ちょうなDMcT−PAn−NMP溶
液を得た。つぎに、無水塩化ニッケル0.57gをNM
P5gに溶解した。この溶液をDMcT−PAn−NM
P溶液に加え、粘ちょうなインクを得た。このインクを
厚さ30μm、大きさ5×8cmのチタン箔集電体上に
塗布し、80℃で2時間真空乾燥して、チタン箔を含め
た厚みが52μmの電極Cを得た。
Example 3 1.5 g of DMcT was dissolved in 10 g of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP). Nitto Denko polyaniline (trade name Anilead)
Is dedoped in an alkaline solution and reduced by hydrazine, and 1.0 g of undoped reduced polyaniline powder having a conductivity of 10 −8 S / cm and an RDI value of 0.26 is added to the above solution, and blue is added. A green viscous DMcT-PAn-NMP solution was obtained. Next, 0.57 g of anhydrous nickel chloride was added to NM.
Dissolved in 5 g of P. This solution was added to DMcT-PAn-NM.
In addition to the P solution, a viscous ink was obtained. This ink was applied on a titanium foil current collector having a thickness of 30 μm and a size of 5 × 8 cm, and vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain an electrode C having a thickness of 52 μm including the titanium foil.

【0021】《比較例3》DMcTーPAnーNMP溶
液をチタン箔集電体上に塗布し、80℃で2時間真空乾
燥して、チタン箔を含めた厚みが50μmの電極C’を
得た。
Comparative Example 3 A DMcT-PAn-NMP solution was applied on a titanium foil current collector and vacuum-dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain an electrode C ′ having a thickness of 50 μm including the titanium foil. .

【0022】《実施例4》TTA1.8gをNMP10
gに溶解した。日東電工製のポリアニリン(商品名アニ
リード)をアルカリ溶液中で脱ドープし、ヒドラジンで
還元して得た伝導度が10ー8S/cm、RDI値が0.
28の脱ドープ還元ポリアニリン粉末1.0gを前記溶
液に添加し、青緑色の粘ちょうなTTA−PAn−NM
P溶液を得た。つぎに、無水塩化ニッケル0.87gを
NMP5gに溶解した。この溶液をTTA−PAn−N
MP溶液に加え、粘ちょうなインクを得た。このインク
を厚さ30μm、大きさ5×8cmのチタン箔集電体上
に塗布し、80℃で2時間真空乾燥して、チタン箔を含
めた厚みが56μmの電極Dを得た。
Example 4 1.8 g of TTA was added to NMP10
g. Nitto Denko polyaniline (trade name Anirido) dedoped in an alkaline solution, the conductivity obtained by reduction with hydrazine is 10 @ 8 S / cm, RDI value 0.
28 g of the undoped reduced polyaniline powder of No. 28 was added to the solution, and a blue-green viscous TTA-PAn-NM was added.
A P solution was obtained. Next, 0.87 g of anhydrous nickel chloride was dissolved in 5 g of NMP. This solution was added to TTA-PAn-N
In addition to the MP solution, a viscous ink was obtained. This ink was applied on a titanium foil current collector having a thickness of 30 μm and a size of 5 × 8 cm, and vacuum dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain an electrode D having a thickness of 56 μm including the titanium foil.

【0023】《比較例4》TTAーPAnーNMP溶液
をチタン箔集電体上に塗布し、80℃で2時間真空乾燥
して、チタン箔を含めた厚みが58μmの電極D’を得
た。
Comparative Example 4 A TTA-PAn-NMP solution was applied on a titanium foil current collector and vacuum dried at 80 ° C. for 2 hours to obtain an electrode D ′ having a thickness of 58 μm including the titanium foil. .

【0024】電極性能評価 実施例1、2、3、4および比較例1、2、3、4で得
た電極A、B、C、D、およびA’、B’、C’、D’
を正極、厚み0.3mmの金属リチウムを負極、厚み
0.6mmのゲル電解質をセパレータ層として、2×2
cm角の電池A、B、C、D、およびA’、B’、
C’、D’を構成した。なお、ゲル電解質は、LiBF
4を1M溶解したプロピレンカーボネート/エチレンカ
ーボネート(1:1容積比)溶液20.7gでポリアク
リロニトリル3.0gをゲル化したものである。電池A
〜D、およびA’〜D’を20℃において、0.2mA
の一定電流で、4.65〜2.0Vの範囲で繰り返し充
放電し、各充放電サイクルでの放電容量(単位:mA
h)を測定し、充放電サイクル特性を評価した。結果を
表1に示す。また、電池Aと電池A’、電池Bと電池
B’、電池Cと電池C’、および電池Dと電池D’につ
いて充放電第5サイクル目の放電電圧を図1、図2、図
3、および図4にそれぞれ示す。
Electrode Performance Evaluation Electrodes A, B, C, D and A ', B', C ', D' obtained in Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Examples 1, 2, 3, 4
A positive electrode, a 0.3 mm thick metal lithium as a negative electrode, and a 0.6 mm thick gel electrolyte as a separator layer, 2 × 2
cm square batteries A, B, C, D and A ', B',
C 'and D' were constructed. The gel electrolyte is LiBF
This was obtained by gelling 3.0 g of polyacrylonitrile with 20.7 g of a propylene carbonate / ethylene carbonate (1: 1 volume ratio) solution in which 4M was dissolved in 1M. Battery A
~ D and A '~ D' at 20 ° C at 0.2 mA
At a constant current of 4.65 to 2.0 V, and discharge capacity (unit: mA) in each charge / discharge cycle
h) was measured to evaluate the charge / discharge cycle characteristics. Table 1 shows the results. The discharge voltage of the fifth cycle of charge and discharge for the batteries A and A ', the batteries B and B', the batteries C and C ', and the batteries D and D' is shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4 and FIG.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】以上の結果から明らかなように、本発明に
従う実施例1〜4の電極を用いた電池は、それぞれ対応
する比較例の電極を用いた電池に較べ、充放電サイクル
中の放電容量の低下が小さい。また、実施例の電極を用
いた電池は、放電電圧は比較例の電極を用いた電池に較
べ、3.5〜2.5Vの間で比較的平坦な電圧を与え
る。
As is clear from the above results, the batteries using the electrodes of Examples 1 to 4 according to the present invention have lower discharge capacities during the charge / discharge cycle than the batteries using the corresponding electrodes of Comparative Examples. The drop is small. Further, the battery using the electrode of the example gives a relatively flat voltage of 3.5 to 2.5 V as compared with the battery using the electrode of the comparative example.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、充放電中
において活物質の電極内からの散逸が軽減され、充放電
中の放電容量の低下の少ない高エネルギー密度二次電池
を与える電極を提供することができる。また、平坦な放
電電圧を与える電極を得ることができる。なお、実施例
では電池のみを示したが、電池の他に、本発明の電極を
対極に用いることで発色・退色速度の速いエレクトロク
ロミック素子、応答速度の早いグルコースセンサー等の
生物化学センサーを得ることができる。また、書き込み
・読み出し速度の速い電気化学アナログメモリーを構成
することもできる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the dissipation of the active material from the inside of the electrode during charge and discharge, and to provide a high energy density secondary battery with a small decrease in discharge capacity during charge and discharge. Can be provided. In addition, an electrode that gives a flat discharge voltage can be obtained. Although only the battery is shown in the embodiment, in addition to the battery, a biochemical sensor such as an electrochromic device having a high color development / fading speed and a glucose sensor having a fast response speed can be obtained by using the electrode of the present invention as a counter electrode. be able to. Further, an electrochemical analog memory having a high writing / reading speed can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1の電極Aおよび比較例の電極A’をそ
れぞれ正極に用いたリチウム二次電池の放電電圧を示す
図である。
FIG. 1 is a view showing a discharge voltage of a lithium secondary battery using an electrode A of Example 1 and an electrode A ′ of a comparative example as positive electrodes.

【図2】実施例2の電極Bおよび比較例の電極B’をそ
れぞれ正極に用いたリチウム二次電池の放電電圧を示す
図である。
FIG. 2 is a view showing a discharge voltage of a lithium secondary battery using an electrode B of Example 2 and an electrode B ′ of Comparative Example as positive electrodes.

【図3】実施例3の電極Cおよび比較例の電極C’をそ
れぞれ正極に用いたリチウム二次電池の放電電圧を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a discharge voltage of a lithium secondary battery using an electrode C of Example 3 and an electrode C ′ of a comparative example as positive electrodes.

【図4】実施例4の電極Dおよび比較例の電極D’をそ
れぞれ正極に用いたリチウム二次電池の放電電圧を示す
図である。
FIG. 4 is a view showing a discharge voltage of a lithium secondary battery using an electrode D of Example 4 and an electrode D ′ of Comparative Example as positive electrodes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/36 - 4/62 H01M 10/36 - 10/40 G01N 27/333 G02F 1/155 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/02-4/04 H01M 4/36-4/62 H01M 10/36-10/40 G01N 27 / 333 G02F 1/155

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電解還元により硫黄ー硫黄結合が開裂し
て硫黄ー金属イオン(プロトンを含む)結合を生成し、
電解酸化により硫黄ー金属イオン結合が元の硫黄ー硫黄
結合を再生する有機ジスルフィド化合物とニッケルイオ
ンとの錯体を含有することを特徴とする有機ジスルフィ
ド化合物を含有する電極。
1. A sulfur-sulfur bond is cleaved by electrolytic reduction to produce a sulfur-metal ion (including proton) bond,
An electrode containing an organic disulfide compound, comprising a complex of nickel ion and an organic disulfide compound in which a sulfur-metal ion bond regenerates the original sulfur-sulfur bond by electrolytic oxidation.
【請求項2】 電解還元により硫黄ー硫黄結合が開裂し
て硫黄ー金属イオン(プロトンを含む)結合を生成し、
電解酸化により硫黄ー金属イオン結合が元の硫黄ー硫黄
結合を再生する有機ジスルフィド化合物とニッケルイオ
ンとの錯体、およびポリアニリンを含有することを特徴
とする有機ジスルフィド化合物を含有する電極。
2. A sulfur-sulfur bond is cleaved by electrolytic reduction to produce a sulfur-metal ion (including proton) bond,
An electrode containing a complex of an organic disulfide compound in which a sulfur-metal ion bond regenerates the original sulfur-sulfur bond by electrolytic oxidation and a nickel ion, and an organic disulfide compound containing polyaniline.
【請求項3】 電解還元により硫黄ー硫黄結合が開裂し
て硫黄ー金属イオン(プロトンを含む)結合を生成し、
電解酸化により硫黄ー金属イオン結合が元の硫黄ー硫黄
結合を再生する有機ジスルフィド化合物をNーRー2ー
ピロリドン(Rは水素原子またはアルキル基)に溶解す
る工程、得られた溶液にポリアニリンを添加して溶液A
を得る工程、ニッケル塩をN−Rー2ーピロリドンに溶
解して溶液Bを得る工程、前記の溶液Aと溶液Bを混合
する工程、得られた混合物を不活性ガス雰囲気中あるい
は真空中で加熱する工程を含むことを特徴とする有機ジ
スルフィド化合物を含有する電極の製造方法。
3. A sulfur-sulfur bond is cleaved by electrolytic reduction to form a sulfur-metal ion (including proton) bond,
A step of dissolving an organic disulfide compound in which a sulfur-metal ion bond regenerates the original sulfur-sulfur bond by electrolytic oxidation in NR-2-pyrrolidone (R is a hydrogen atom or an alkyl group), and adding polyaniline to the obtained solution Solution A
, A step of dissolving a nickel salt in NR-2-pyrrolidone to obtain a solution B, a step of mixing the solution A and the solution B, and heating the resulting mixture in an inert gas atmosphere or vacuum. A method for producing an electrode containing an organic disulfide compound, comprising the step of:
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