JP4752218B2 - Electrode active material, battery and polyradical compound - Google Patents

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Description

本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだすことができる電池、並びに前記のような特性を有する電極活物質となりうる重合体に関する。   The present invention provides an electrode active material having a high capacity density and capable of extracting a large current, a battery having a high energy density and a large output, and an electrode active material having the above characteristics. Relates to a polymer.

近年、ノート型パソコン、携帯電話などの携帯電子機器は、通信システムの発展に伴い急激に普及しており、またその性能も年々向上している。しかし、携帯機器は、性能の向上に伴い消費電力も大きくなる傾向にある。そこで、その電源である電池に対して、高エネルギー密度、大出力などの要求が高まっている。   In recent years, portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones are rapidly spreading with the development of communication systems, and their performance is also improving year by year. However, portable devices tend to increase power consumption as performance improves. Therefore, demands for high energy density, high output, etc. are increasing for the battery as the power source.

高エネルギー密度の電池としては、リチウムイオン電池が開発され1990年代以降に広く用いられるようになった。このリチウムイオン電池は活物質として、例えば正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素を用いたものであり、これら活物質へのリチウムイオンの挿入、脱離反応を利用して充放電を行っている。このようなリチウムイオン電池はエネルギー密度が大きく、サイクル特性に優れており、携帯電話をはじめとした種々の電子機器に利用されている。しかしながら、電極反応の反応速度が小さいため、大きな電流を取り出すと電池性能は著しく低下する。そのため、大きな出力をだすことが難しく、また充電のためにも長時間要するという欠点があった。   As a high energy density battery, a lithium ion battery has been developed and widely used since the 1990s. This lithium ion battery uses, for example, a lithium-containing transition metal oxide such as lithium manganate or lithium cobaltate as the positive electrode and carbon as the negative electrode, and insertion and desorption reactions of lithium ions into these active materials. Charging and discharging is performed using Such a lithium ion battery has high energy density and excellent cycle characteristics, and is used in various electronic devices such as mobile phones. However, since the reaction rate of the electrode reaction is small, the battery performance is significantly lowered when a large current is taken out. For this reason, it is difficult to produce a large output, and there is a disadvantage that it takes a long time for charging.

大きな出力をだすことができる蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。大電流を一度に放出できるため大きな出力をだすことが可能であり、サイクル特性にも優れており、バックアップ電源として開発が進められている。しかしながら、エネルギー密度は非常に小さく、小型化が困難であることから、携帯電子機器の電源には適していない。   An electric double layer capacitor is known as an electricity storage device capable of producing a large output. Since a large current can be discharged at one time, it is possible to produce a large output, and it has excellent cycle characteristics, and is being developed as a backup power supply. However, since the energy density is very small and it is difficult to reduce the size, it is not suitable as a power source for portable electronic devices.

軽量でエネルギー密度の大きな電極材料を得る目的で、活物質に硫黄化合物や有機化合物を用いた電池も開発されてきた。例えば、特許文献1(米国特許第4,833,048号明細書)、特許文献2(特許第2715778号公報)にはジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が開示されている。これはジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。しかし、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすいという欠点がある。   In order to obtain an electrode material that is lightweight and has a large energy density, a battery using a sulfur compound or an organic compound as an active material has been developed. For example, Patent Document 1 (US Pat. No. 4,833,048) and Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2715778) disclose batteries using an organic compound having a disulfide bond as a positive electrode. This is an electrochemical redox reaction involving generation and dissociation of disulfide bonds, which is used as a battery principle. Since this battery is composed of an electrode material mainly composed of an element having a small specific gravity such as sulfur or carbon, it has a certain effect in terms of a high-capacity battery having a high energy density. However, due to the low efficiency with which the dissociated bonds are recombined and the diffusion of the active material into the electrolyte, there are drawbacks in that the capacity tends to decrease with repeated charge / discharge cycles.

また、有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極材料に用いた電池が提案されている。これは導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ラジカルを、対イオンによって安定化させる反応のことである。特許文献3(米国特許第4,442,187号明細書)には、このような導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として期待された。しかし、導電性高分子には、酸化還元によって生じる荷電ラジカルがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが静電反発やラジカルの消失をもたらす相互作用をするという特性がある。これは発生する荷電ラジカルすなわちドープ濃度に限界をもたらすものであり、電池の容量を制限するものである。例えば、ポリアニリンを正極に用いた電池のドープ率は50%以下であり、またポリアセチレンの場合は7%であると報告されている。導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、大きなエネルギー密度をもつ電池は得られていない。   In addition, as a battery using an organic compound, a battery using a conductive polymer as an electrode material has been proposed. This is a battery based on the principle of doping and dedoping of electrolyte ions with respect to a conductive polymer. The dope reaction is a reaction in which a charged radical generated by oxidation or reduction of a conductive polymer is stabilized by a counter ion. Patent Document 3 (US Pat. No. 4,442,187) discloses a battery using such a conductive polymer as a positive electrode or negative electrode material. This battery was composed only of elements having a small specific gravity such as carbon and nitrogen, and was expected as a high capacity battery. However, conductive polymers have the property that charged radicals generated by redox are delocalized over a wide range of π-electron conjugated systems and interact with each other, resulting in electrostatic repulsion and radical disappearance. . This limits the generated charged radicals, that is, the doping concentration, and limits the capacity of the battery. For example, it has been reported that the doping rate of a battery using polyaniline as a positive electrode is 50% or less, and 7% in the case of polyacetylene. A battery using a conductive polymer as an electrode material has a certain effect in terms of weight reduction, but a battery having a large energy density has not been obtained.

有機化合物を二次電池の活物質と用いる電池として、ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池が提案されている。たとえば、特許文献4(特開2002−151084公報)には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物および特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などのラジカル化合物が活物質として開示されており、またラジカル化合物を正極もしくは負極の材料として用いる電池が開示されている。
米国特許第4,833,048号明細書 特許第2715778号公報 米国特許第4,442,187号明細書 特開2002−151084公報
As a battery using an organic compound as an active material of a secondary battery, a battery using a redox reaction of a radical compound has been proposed. For example, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-151084) discloses radical compounds such as a nitroxide radical compound, an aryloxy radical compound, and a polymer compound having a specific aminotriazine structure as active materials. A battery using a compound as a positive electrode or negative electrode material is disclosed.
US Pat. No. 4,833,048 Japanese Patent No. 2715778 U.S. Pat. No. 4,442,187 JP 2002-151084 A

上記で述べたように、正極に遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン電池では、重量あたりのエネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだせる電池の製造が困難であった。また、電気二重層キャパシタは大きな出力はもつが、エネルギー密度は低かった。また、硫黄化合物や導電性有機化合物を活物質に利用した電池は、エネルギー密度の高い電池は未だ得られていない。ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池は、その電池の製造方法によっては電極にひび割れが発生してしまう場合があり、またエネルギー密度についてもさらなる向上が望まれている。   As described above, in a lithium ion battery using a transition metal oxide for the positive electrode, it is difficult to manufacture a battery having a high energy density per weight and a large output. The electric double layer capacitor has a large output, but the energy density is low. In addition, a battery using a sulfur compound or a conductive organic compound as an active material has not yet been obtained. A battery using an oxidation-reduction reaction of a radical compound may cause cracks in the electrode depending on the battery manufacturing method, and further improvement in energy density is desired.

本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだすことができる電池、並びに前記のような特性を有する電極活物質となりうる重合体を提供することを目的としている。   The present invention provides an electrode active material having a high capacity density and capable of extracting a large current, a battery having a high energy density and a large output, and an electrode active material having the above characteristics. The object is to provide a polymer which can be obtained.

本発明者らが、鋭意検討した結果、今までに電極活物質として利用されなかった特定の有機化合物、すなわち下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を電極活物質として利用することにより、前記課題を解決できることを見出した。本発明によれば、下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を電極活物質として用い、この部位の酸化還元を利用した新規な電池とすることにより、高エネルギー密度かつ大きな出力(具体的には大電流を放電できる)をだすことができる新規な電池を提供することができる。   As a result of intensive studies by the present inventors, a specific organic compound that has not been used as an electrode active material until now, that is, a polymer (a) having in its molecule a unit represented by the following formula (1) It discovered that the said subject could be solved by utilizing as an active material. According to the present invention, a polymer (a) having a unit represented by the following formula (1) in the molecule is used as an electrode active material, and a novel battery using oxidation / reduction at this site is used. A novel battery capable of producing an energy density and a large output (specifically, a large current can be discharged) can be provided.

すなわち本発明は、下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を含有する電極活物質である。また、正極および負極の少なくとも一方の電極活物質として、下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を含有する電極活物質を用いることを特徴とする新規な電池に関する。   That is, this invention is an electrode active material containing the polymer (a) which has a unit represented by following formula (1) in a molecule | numerator. Also, a novel battery comprising an electrode active material containing a polymer (a) having a unit represented by the following formula (1) in the molecule as at least one of the positive electrode and the negative electrode active material About.

Figure 0004752218
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(式(1)において、Xは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(2)または式(3)を表し、R1〜R3はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基を表す。) In (Equation (1), X is a structure forming a main chain of the polymer, represents the following formula (2) or formula (3), R 1 to R 3 is 1 to 3 carbon atoms each independently Represents an alkyl group.)

Figure 0004752218
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(式(2)において、R4は水素原子またはメチル基を表す。) (In the formula (2), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group.)

Figure 0004752218
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(式(3)において、R4は水素原子またはメチル基、R5は炭素数1〜3のアルキレン基を表す。) (In Formula (3), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 5 represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.)

発明の電池において、重合体(a)は、充放電の過程で下記スキーム(I)もしくは(II)のような酸化還元反応をおこなう。(I)の酸化還元反応では、重合体(a)を正極に用いた場合、充電により(A)から(B)の状態になり、電子が放出される。放電により(B)から(A)の状態になり電子を受け取る。また、(II)の酸化還元反応では、重合体(a)を正極に用いた場合、充電により(C)から(A)の状態になり、電子が放出される。放電により(A)から(C)の状態になり電子を受け取る。重合体(a)の酸化還元反応の安定性から、スキーム(I)の酸化還元を用い充放電を行うことが好ましい。 In the battery of the present invention, the polymer (a) undergoes an oxidation-reduction reaction as shown in the following scheme (I) or (II) during the charge / discharge process. In the oxidation-reduction reaction (I), when the polymer (a) is used for the positive electrode, the state is changed from (A) to (B) by charging, and electrons are released. The state changes from (B) to (A) by discharging, and receives electrons. Further, in the oxidation-reduction reaction (II), when the polymer (a) is used for the positive electrode, the state changes from (C) to (A) by charging, and electrons are released. The state changes from (A) to (C) by discharge, and receives electrons. From the stability of the redox reaction of the polymer (a), it is preferable to perform charge / discharge using the redox of scheme (I).

Figure 0004752218
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電池において電極活物質は充放電により酸化もしくは還元されるため、電極活物質は出発状態と還元状態の二つの状態を取る。本発明において、前記電極活物質は充電または放電された状態の何れかの状態で、重合体(a)となる。   In the battery, the electrode active material is oxidized or reduced by charge / discharge, and therefore the electrode active material takes two states, a starting state and a reduced state. In the present invention, the electrode active material becomes a polymer (a) in either a charged or discharged state.

本発明は、電極活物質の電極反応を利用する電池において、正極および負極の少なくとも一方の電極反応が、上記式(1)で表される構造を分子中に有する重合体(a)を反応物もしくは生成物とする電極反応であることを特徴とする電池に関する。   The present invention relates to a battery using an electrode reaction of an electrode active material, in which at least one of a positive electrode and a negative electrode reacts with a polymer (a) having in its molecule a structure represented by the above formula (1). Or it is related with the battery characterized by being an electrode reaction used as a product.

また本発明は、前記電極活物質が、正極活物質であることを特徴とする前記いずれかの電池に関する。   The present invention also relates to any one of the above batteries, wherein the electrode active material is a positive electrode active material.

また本発明は、前記電池がリチウム電池であることを特徴とする前記いずれかの電池に関する。   The present invention also relates to any one of the above batteries, wherein the battery is a lithium battery.

本発明は、上記の重合体(a)が電極活物質として優れていることを見出したことに基づいてなされたものである。これは、重合体(a)が、副反応をほとんどおこさない、ほぼ100%の割合で可逆に安定した酸化還元反応を起こすことによる。すなわち、重合体(a)を電極活物質として用いた電池は、充放電を安定して行うことができ、サイクル特性に優れた電池となる。また、重合体(a)を電極活物質として用いた電池は、従来のリチウムイオン電池などに比べ優れた高出力特性を有する。これは、重合体(a)が有している式(1)で表される構造が大きな電極反応速度をもつために、大きな電流を一度に放電できるためである。また、重合体(a)は、炭素、窒素、水素、酸素という質量の小さい元素のみから構成することができる。このため、電極活物質の質量を小さくでき、これを用いて製造した電極の単位質量あたりの容量密度は大きくなり、その結果、この電極活物質を用い電池を作製した場合、質量当たりのエネルギー密度が大きな電池となる。   This invention is made | formed based on having discovered that said polymer (a) was excellent as an electrode active material. This is because the polymer (a) causes a reversible and stable oxidation-reduction reaction at a rate of almost 100% with little side reaction. That is, a battery using the polymer (a) as an electrode active material can be stably charged and discharged, and has excellent cycle characteristics. A battery using the polymer (a) as an electrode active material has excellent high output characteristics as compared with a conventional lithium ion battery. This is because a large current can be discharged at a time because the structure represented by the formula (1) of the polymer (a) has a large electrode reaction rate. Moreover, a polymer (a) can be comprised only from elements with small mass called carbon, nitrogen, hydrogen, and oxygen. For this reason, the mass of the electrode active material can be reduced, and the capacity density per unit mass of an electrode manufactured using the same can be increased. As a result, when a battery is produced using this electrode active material, the energy density per mass is Becomes a big battery.

また、本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、重合体(a)が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特に正極の電極活物質としてこの重合体(a)を用いることが好ましい。また、本発明の電池は、高い電圧、大きな容量が得られるという点から負極に金属リチウムあるいはリチウムイオンが挿入・脱着可能な炭素を用いたリチウム電池であることが好ましい。   Moreover, in this invention, the polymer (a) should just contribute directly to the electrode reaction in a positive electrode or a negative electrode, and the electrode used as an electrode active material is not limited to either a positive electrode or a negative electrode. . However, from the viewpoint of energy density, it is particularly preferable to use this polymer (a) as an electrode active material for the positive electrode. In addition, the battery of the present invention is preferably a lithium battery using carbon capable of inserting and removing metallic lithium or lithium ions in the negative electrode from the viewpoint that a high voltage and a large capacity can be obtained.

また、本発明は式(11)で表されるユニットを分子中に有する新規なポリラジカル化合物も提供する。   The present invention also provides a novel polyradical compound having a unit represented by the formula (11) in the molecule.

Figure 0004752218
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(式(11)において、Zは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(12)または式(13)を表し、R1'は水素原子またはメチル基を表す。) (In formula (11), Z is a structure forming the main chain of the polymer, and represents the following formula (12) or formula (13), and R 1 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)

Figure 0004752218
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(式(12)において、R4'は水素原子またはメチル基を表す。) (In Formula (12), R 4 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)

Figure 0004752218
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(式(13)において、R4'は水素原子またはメチル基を表す。) (In Formula (13), R 4 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)

本発明は、式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を含有する電極活物質と、この電極活物質を用いた新しい電池を提案したものである。これにより、電極活物質として重金属を含まない軽くて安全な元素から構成される電池を作製することを可能とするものであり、また、高容量(質量当たり)で充放電サイクルの安定性に優れ、さらに大きな出力をだすことができる電池を実現できる。   The present invention proposes an electrode active material containing a polymer (a) having a unit represented by the formula (1) in the molecule, and a new battery using this electrode active material. This makes it possible to produce a battery composed of light and safe elements that do not contain heavy metals as an electrode active material, and has high capacity (per mass) and excellent charge / discharge cycle stability. In addition, a battery capable of producing a larger output can be realized.

図1に本発明の電池の一実施形態の構成を示す。図1に示された電池は、正極6と負極集電体3に配置した負極4とを電解質を含むセパレータ5を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極6上に正極集電体7を重ね合わせた構成を有している。これらは負極側のアルミ外装1と正極側のアルミ外装1とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン2が配置される。なお、電解質として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、セパレータに代えてこれら電解質を電極間に介在させる形態にすることもできる。
本発明では、このような構成において、負極4もしくは正極6または両電極に用いられる電極活物質が、後述する重合体(a)を含有する電極活物質であることを特徴とする。
FIG. 1 shows the configuration of one embodiment of the battery of the present invention. In the battery shown in FIG. 1, the positive electrode 6 and the negative electrode 4 arranged on the negative electrode current collector 3 are stacked so as to face each other with a separator 5 containing an electrolyte, and a positive electrode current collector 7 is placed on the positive electrode 6. It has a superposed configuration. These are packaged by an aluminum exterior 1 on the negative electrode side and an aluminum exterior 1 on the positive electrode side, and an insulating packing 2 made of an insulating material such as a plastic resin is disposed between them for the purpose of preventing electrical contact therebetween. . In addition, when using solid electrolyte and gel electrolyte as electrolyte, it can replace with a separator and can also be made into the form which interposes these electrolytes between electrodes.
In the present invention, the present invention is characterized in that the electrode active material used for the negative electrode 4 or the positive electrode 6 or both electrodes is an electrode active material containing the polymer (a) described later.

本発明の電池は、電池容量の点から、正極活物質として上記の電極活物質を用いたリチウム電池とすることが好ましい。   The battery of the present invention is preferably a lithium battery using the above electrode active material as a positive electrode active material from the viewpoint of battery capacity.

[1]電極活物質
本発明における電極の電極活物質とは、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことであり、電池システムの中心的役割を果たすものである。
[1] Electrode active material The electrode active material of the electrode in the present invention is a material that directly contributes to electrode reactions such as charge reaction and discharge reaction, and plays a central role in the battery system.

本発明では、電極活物質として、下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を含有する電極活物質を用いることができる。   In this invention, the electrode active material containing the polymer (a) which has a unit represented by following formula (1) in a molecule | numerator can be used as an electrode active material.

Figure 0004752218
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式(1)において、Xは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(2)〜式(5)のいずれかを表し、R1〜R3はそれぞれ独立してメチル基、エチル基、n−プロピル基、及びイソプロピル基のいずれかを表す。合成のし易さという観点から、R1〜R3はメチル基が好ましい。 In the formula (1), X is a structure forming the main chain of the polymer, and represents any one of the following formulas (2) to (5), and R 1 to R 3 are each independently a methyl group, ethyl Represents any of a group, an n-propyl group, and an isopropyl group. From the viewpoint of ease of synthesis, R 1 to R 3 are preferably methyl groups.

Figure 0004752218
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式(2)において、R4は水素原子またはメチル基を表す。 In the formula (2), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group.

Figure 0004752218
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式(3)において、R4は水素原子またはメチル基、R5はメチレン基、エチレン基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、及びプロパン−2,2−ジイル基のいずれかを表す。合成のし易さという観点から、R5はメチレン基が好ましい。 In the formula (3), R 4 is a hydrogen atom or a methyl group, R 5 is a methylene group, an ethylene group, an ethane-1,1-diyl group, a propane-1,1-diyl group, a propane-1,2-diyl group. Propane-1,3-diyl group and propane-2,2-diyl group. From the viewpoint of ease of synthesis, R 5 is preferably a methylene group.

Figure 0004752218
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式(4)において、R6〜R8はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表す。 In the formula (4), R 6 to R 8 each independently represents a hydrogen atom or a methyl group.

Figure 0004752218
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式(5)において、R6〜R8はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基、R9はメチレン基、エチレン基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、及びプロパン−2,2−ジイル基のいずれかを表す。合成のし易さという観点から、R9はメチレン基が好ましい。 In the formula (5), R 6 to R 8 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, R 9 is a methylene group, ethylene group, ethane-1,1-diyl group, propane-1,1-diyl group, propane It represents any of a -1,2-diyl group, a propane-1,3-diyl group, and a propane-2,2-diyl group. From the viewpoint of ease of synthesis, R 9 is preferably a methylene group.

本発明の電池において電極活物質は電極に固定された状態であっても、また、電解質へ溶解または分散した状態であってもよい。ただし、電極に固定された状態で用いる場合、電解液への溶解による容量低下を抑制するために、固体状態でさらに電解液に対し不溶性または低溶解性であることが好ましい。電解液への溶解性が高い場合、電極から電解液中に電極活物質が溶出することで、充放電サイクルに伴い容量が低下するためである。このため、重合体(a)は、数平均分子量が500以上であることが好ましく、さらには数平均分子量が5000以上であることがより好ましい。これは、数平均分子量が500以上であると電池用電解液に溶解しづらくなり、さらに数平均分子量が5000以上になるとほぼ不溶となるからである。重合体の形状としては鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。また、数平均分子量の上限には特に制限はないが、合成の都合上、数平均分子量が5000000以下、より好ましくは数平均分子量が1000000以下の高分子化合物を好適に使用できる。また、架橋剤で架橋したような構造でもよい。   In the battery of the present invention, the electrode active material may be fixed to the electrode, or may be dissolved or dispersed in the electrolyte. However, when used in a state of being fixed to the electrode, in order to suppress a decrease in capacity due to dissolution in the electrolytic solution, it is preferably insoluble or low-soluble in the electrolytic solution in the solid state. This is because, when the solubility in the electrolytic solution is high, the electrode active material is eluted from the electrode into the electrolytic solution, so that the capacity decreases with the charge / discharge cycle. Therefore, the polymer (a) preferably has a number average molecular weight of 500 or more, and more preferably a number average molecular weight of 5000 or more. This is because when the number average molecular weight is 500 or more, it is difficult to dissolve in the battery electrolyte, and when the number average molecular weight is 5000 or more, it is almost insoluble. The polymer may be in the form of a chain, a branch, or a network. The upper limit of the number average molecular weight is not particularly limited, but a polymer compound having a number average molecular weight of 5000000 or less, more preferably a number average molecular weight of 1000000 or less can be suitably used for the convenience of synthesis. Moreover, the structure which bridge | crosslinked with the crosslinking agent may be sufficient.

上記の重合体としては、式(1)で表されるユニットのみを有する単独重合体を用いることも、他のユニットを有する共重合体を用いることもできる。合成の都合上、単独重合体が好ましい。共重合体の場合、式(1)で表されるユニットが、高分子化合物の全ユニットに対して、70〜99ユニット%であることが好ましく、80〜95ユニット%であることがより好ましい。   As said polymer, the homopolymer which has only the unit represented by Formula (1) can be used, and the copolymer which has another unit can also be used. For the convenience of synthesis, a homopolymer is preferred. In the case of a copolymer, the unit represented by the formula (1) is preferably 70 to 99 unit%, and more preferably 80 to 95 unit%, based on all units of the polymer compound.

重合体(a)の例として下記式(14)から(21)で表されるユニットを有する重合体が挙げられる。   Examples of the polymer (a) include polymers having units represented by the following formulas (14) to (21).

Figure 0004752218
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Figure 0004752218
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上記式(14)で表されるユニットを有する重合体は、たとえば下記の合成スキームに示すルートで合成することができる。テトラメチルアニジンを触媒として用い2−ニトロプロパンにメチルビニルケトンをマイケル付加させ、5−ニトロ−2−ヘキサノンとする。得られた5−ニトロ−2−ヘキサノンを水中で、塩化アンモニウム、亜鉛を用い環化し、環状ニトロン化合物とする。得られたニトロン化合物にエーテル中でエチニルマグネシウムブロミドを用いたグリニャール反応により、エチニル基を導入し、さらに銅触媒を用いた空気酸化によりニトロキシドラジカルとする。これを、ロジウム触媒により重合することにより、式(14)で表されるユニットを有する重合体が得られる。   The polymer having a unit represented by the above formula (14) can be synthesized, for example, by the route shown in the following synthesis scheme. Methyl vinyl ketone is Michael-added to 2-nitropropane using tetramethyl anidine as a catalyst to give 5-nitro-2-hexanone. The obtained 5-nitro-2-hexanone is cyclized in water with ammonium chloride and zinc to form a cyclic nitrone compound. The obtained nitrone compound is introduced with an ethynyl group by Grignard reaction using ethynylmagnesium bromide in ether and further converted into a nitroxide radical by air oxidation using a copper catalyst. By polymerizing this with a rhodium catalyst, a polymer having a unit represented by the formula (14) is obtained.

Figure 0004752218
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上記重合体(a)として使用できる重合体についても、上記の合成法と類似の方法で合成することが可能である。すなわち、環状ニトロン化合物に、グリニャール反応によりエチニル基、ビニル基を導入後、酸化反応によりニトロキシドラジカルをもつ重合性モノマーとする。これを適当な重合触媒で重合する。エチニル基の場合、ロジウム触媒のほか、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルの塩化物とアルキルスズ化合物、アルキルアルミニウム化合物などを組み合わせた触媒により重合可能である。ビニル基の場合、四塩化チタン、三塩化チタン、四塩化バナジウム、三塩化酸化バナジウムなどの遷移金属化合物とトリエチルアルミニウムなどの典型金属の有機金属化合物を組み合わせた触媒により重合可能である。合成スキーム、使用する原料、反応条件等を適宜変更し、また公知の合成技術を組合わせることで、目的とする重合体を合成することができる。   The polymer that can be used as the polymer (a) can also be synthesized by a method similar to the above synthesis method. That is, after introducing an ethynyl group and a vinyl group into a cyclic nitrone compound by a Grignard reaction, a polymerizable monomer having a nitroxide radical is obtained by an oxidation reaction. This is polymerized with a suitable polymerization catalyst. In the case of an ethynyl group, it can be polymerized not only by a rhodium catalyst but also by a catalyst in which molybdenum, tungsten, niobium, tantalum chloride and an alkyltin compound, an alkylaluminum compound or the like are combined. In the case of a vinyl group, it can be polymerized by a catalyst in which a transition metal compound such as titanium tetrachloride, titanium trichloride, vanadium tetrachloride, or vanadium trichloride is combined with an organometallic compound of a typical metal such as triethylaluminum. The target polymer can be synthesized by appropriately changing the synthesis scheme, raw materials to be used, reaction conditions and the like, and combining known synthesis techniques.

また、本発明の電池の一つの極の電極活物質において、重合体(a)は、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の電極活物質と組み合わせて用いても良い。このとき、電極活物質中に、重合体(a)が10〜90質量%含まれていることが好ましく、20〜80質量%含まれていることがより好ましい。   In the electrode active material of one electrode of the battery of the present invention, the polymer (a) can be used alone, but two or more kinds may be used in combination. Moreover, you may use in combination with another electrode active material. At this time, it is preferable that 10-90 mass% of polymers (a) are contained in an electrode active material, and it is more preferable that 20-80 mass% is contained.

重合体(a)を正極に用いる場合、他の電極活物質として、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物、および導電性高分子等を組合わせることができる。ここで、金属酸化物としては、例えば、LiMnO2、LiXMn24(0<x<2)等のマンガン酸リチウムあるいはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO2、LiCoO2、LiNiO2、あるいはLiX25(0<x<2)等が、ジスルフィド化合物としては、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−トリチオール等が、他の安定ラジカル化合物としてはポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−4−イル メタクリレート)等が、また、導電性高分子にはポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。特に、マンガン酸リチウムまたはLiCoO2と組合わせることが好ましい。本発明では、これらの他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用することもできる。 When the polymer (a) is used for the positive electrode, a metal oxide, a disulfide compound, another stable radical compound, a conductive polymer, and the like can be combined as another electrode active material. Here, as the metal oxide, for example, lithium manganate such as LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Alternatively, Li X V 2 O 5 (0 <x <2) or the like may be used as disulfide compounds such as dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol. Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate) and the like, and conductive polymers include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. Etc. In particular, it is preferable to combine with lithium manganate or LiCoO 2 . In the present invention, these other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

重合体(a)を負極に用いる場合、他の電極活物質として、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、導電性高分子等を用いることができる。また、他の安定ラジカル化合物を用いてもよい。他の安定ラジカル化合物としてはポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−4−イル メタクリレート)などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されず、例えば金属リチウムでは薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。また、これらの他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用できる。   When the polymer (a) is used for the negative electrode, graphite, amorphous carbon, metallic lithium or lithium alloy, lithium ion storage carbon, metallic sodium, conductive polymer, or the like can be used as another electrode active material. Moreover, you may use another stable radical compound. Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate). These shapes are not particularly limited. For example, metallic lithium is not limited to a thin film shape, and may be a bulk shape, a powdered shape, a fiber shape, a flake shape, or the like. These other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

本発明の電池は、正極もしくは負極の一方の電極反応、または両方の電極反応における電極活物質として、重合体(a)を用いるが、一方の電極反応における電極活物質として用いる場合、もう一方の電極における電極活物質として上記例示のような従来公知の電極活物質が利用できる。これらの電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用することもでき、これらの電極活物質の少なくとも1種と前記重合体(a)とを組み合わせて用いてもよい。また、重合体(a)を単独で用いることもできる。
[2]導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材
前記重合体(a)を用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤(補助導電材)やイオン伝導補助材を混合させることもできる。これらの材料としては、補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられ、イオン伝導補助材としては高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。電極中のこれらの材料の割合としては、10〜80質量%が好ましい。
The battery of the present invention uses the polymer (a) as an electrode active material in one electrode reaction of the positive electrode or the negative electrode, or both electrode reactions. As the electrode active material in the electrode, conventionally known electrode active materials such as those exemplified above can be used. These electrode active materials can be used alone or in combination of two or more thereof, and at least one of these electrode active materials and the polymer (a) may be used in combination. Moreover, a polymer (a) can also be used independently.
[2] Conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material) and ion-conducting auxiliary material When the electrode is formed using the polymer (a), conductivity is imparted for the purpose of reducing impedance and improving energy density and output characteristics. An agent (auxiliary conductive material) or an ion conduction auxiliary material can also be mixed. As these materials, as auxiliary conductive materials, carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black and acetylene black, carbon fibers such as vapor-grown carbon fibers and carbon nanotubes, conductive materials such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene and polyacene are used. A polymer gel electrolyte, a polymer solid electrolyte, and the like. As a ratio of these materials in an electrode, 10-80 mass% is preferable.

[3]結着剤
電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。電極中のこれらの材料の割合としては、5〜30質量%が好ましい。
[3] Binder A binder can also be used to strengthen the connection between the constituent materials of the electrode. Examples of such binders include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene / butadiene copolymer rubber, polypropylene, and polyethylene. Resin binders such as polyimide and various polyurethanes. As a ratio of these materials in an electrode, 5-30 mass% is preferable.

[4]触媒
電極反応をより潤滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を用いることもできる。このような触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。電極中のこれらの材料の割合としては、10質量%以下が好ましい。
[4] Catalyst In order to perform the electrode reaction more smoothly, a catalyst that assists the redox reaction can be used. Examples of such catalysts include conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene, basic compounds such as pyridine derivatives, pyrrolidone derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, and acridine derivatives, metal ion complexes, and the like. Can be mentioned. The ratio of these materials in the electrode is preferably 10% by mass or less.

[5]集電体およびセパレータ
負極集電体、正極集電体としては、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、炭素等からなる箔、金属平板、メッシュ状などの形状のものを用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。一方、上記の正極、および負極が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布などのセパレータを用いることもできる。
[5] Current collector and separator As the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, foils made of nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, carbon, etc., metal flat plates, mesh shapes, etc. Things can be used. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the electrode active material and the current collector may be chemically bonded. On the other hand, a separator such as a porous film or non-woven fabric made of polyethylene, polypropylene, or the like can be used so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other.

[6]電解質
本発明において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には20℃で10-5〜10-1S/cmのイオン伝導性を有していることが好ましい。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利用することができる。電解質塩として、例えばLiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22N、Li(CF3SO23C、Li(C25SO23C等の従来公知の材料を用いることができる。
[6] Electrolyte In the present invention, the electrolyte performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at 20 ° C. Preferably it is. As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used. Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 3 C Conventionally known materials such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be used.

また,電解液に溶剤を用いる場合、溶剤としては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、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媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは2種類以上混合して用いることもできる。   When a solvent is used for the electrolytic solution, examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl- An organic solvent such as 2-pyrrolidone can be used. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、本発明では電解質として固体電解質を用いることもできる。これら固体電解質に用いられる高分子化合物としては、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や、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、さらに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、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。これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま用いても良い。   Furthermore, in the present invention, a solid electrolyte can be used as the electrolyte. Polymer compounds used in these solid electrolytes include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride. -Vinylidene fluoride polymers such as trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, and acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer Polymer, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic Le acid copolymers, acrylonitrile - vinyl acetate copolymer, acrylonitrile-based polymer, further polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates body or methacrylate body thereof. These polymer compounds may be used in the form of a gel containing an electrolytic solution, or only a polymer compound containing an electrolyte salt may be used as it is.

[7]電池形状
本発明において、電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。電池形状としては、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[7] Battery shape In the present invention, the shape of the battery is not particularly limited, and a conventionally known battery can be used. Examples of the battery shape include an electrode laminate or a wound body sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film made of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film, etc. A mold, a coin mold, and a sheet mold are used, but the present invention is not limited to these.

[8]電池の製造方法
電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。例えば、電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させることにより電極を作製し、さらにこの電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒、N−メチルピロリドン等のアミン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒等が挙げられる。また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤などを乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。電極の作製において、特に有機物の電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させる方法の場合、電極にひび割れが発生しやすい。本発明の重合体(a)を用い、好ましくは80μm以上で500μm以下の厚さの電極を作製した場合に、電極にひび割れが発生しにくい、均一な電極が作製できるといった特徴も有している。
[8] Battery Manufacturing Method The battery manufacturing method is not particularly limited, and a method appropriately selected according to the material can be used. For example, a solvent is added to an electrode active material, a conductivity-imparting agent, etc. to form a slurry, which is applied to an electrode current collector, and the electrode is produced by heating or volatilizing the solvent at room temperature, and this electrode is sandwiched between a counter electrode and a separator. And then wrapped or wrapped in an outer package, and an electrolyte solution is injected and sealed. Solvents for slurrying include ether solvents such as tetrahydrofuran and diethyl ether, amine solvents such as N-methylpyrrolidone, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene, and aliphatic solvents such as hexane and heptane. Examples thereof include hydrocarbon solvents and halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform and dichloromethane. In addition, as a method for manufacturing an electrode, there is a method in which an electrode active material, a conductivity-imparting agent, and the like are kneaded in a dry method and then thinned and laminated on an electrode current collector. In the production of electrodes, especially in the case of a method in which a solvent is added to an organic electrode active material, a conductivity imparting agent, etc. and applied to an electrode current collector, and the solvent is volatilized by heating or at room temperature, cracking occurs in the electrode. Cheap. When the polymer (a) of the present invention is used, and an electrode having a thickness of preferably 80 μm or more and 500 μm or less is produced, the electrode is also resistant to cracking, and a uniform electrode can be produced. .

電池を製造する際には、電極活物質として重合体(a)そのものを用いて電池を製造する場合と、電極反応によって前記重合体(a)に変化する重合体を用いて電池を製造する場合とがある。このような電極反応によって前記重合体(a)に変化する重合体の例としては、前記重合体(a)を還元したアニオン体とリチウムイオンやナトリウムイオンといった電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、あるいは、前記重合体(a)を酸化したカチオン体とPF6 -やBF4 -といった電解質アニオンとからなる塩などが挙げられる。 When manufacturing a battery, a battery is manufactured using the polymer (a) itself as an electrode active material, and a battery is manufactured using a polymer that changes to the polymer (a) by an electrode reaction. There is. Examples of the polymer that changes to the polymer (a) by such an electrode reaction include a lithium salt or a sodium salt comprising an anion obtained by reducing the polymer (a) and an electrolyte cation such as lithium ion or sodium ion. , Alternatively, the polymer (a) cation body and PF 6 was oxidized - or BF 4 -, salts consisting of such electrolyte anions.

本発明に於いて、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は電池の製造方法として従来公知の方法を用いることができる。   In the present invention, a conventionally known method can be used as a method for manufacturing a battery for other manufacturing conditions such as taking out leads from electrodes and packaging.

以下、本発明の詳細について合成例、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, although the detail of this invention is concretely demonstrated by a synthesis example and an Example, this invention is not limited to these Examples.

(合成例1)
重合体(14)(下記式(14)で表されるユニットを有する単独重合体)は、2−ニトロプロパンより4段階の反応で合成した。
(Synthesis Example 1)
The polymer (14) (a homopolymer having a unit represented by the following formula (14)) was synthesized from 2-nitropropane by a four-step reaction.

Figure 0004752218
Figure 0004752218

[1]2−メチル−2−ニトロ−5−ヘキサノンの合成   [1] Synthesis of 2-methyl-2-nitro-5-hexanone

Figure 0004752218
Figure 0004752218

500mlナスフラスコ中、メチルビニルケトン35.7g(509mmol)をアセトニトリル130ml(3.95M)に溶解させた。2−ニトロプロパン50.0g(560mmol,1.1eq)を加え、テトラメチルグアニジン(TMG)5.86g(50.9mmol,0.1eq)を氷浴しながら滴下した後、室温下24時間反応させた。反応終了後、反応溶液を塩酸30mlを含む水500mlへ注加し、エーテル抽出、水洗浄を行った。硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒除去、減圧分留(b.p.76°C,5mmHg)を経て無色液体2−メチル−2−ニトロ−5−ヘキサノンを28.2g得た。(収率32%)。   In a 500 ml eggplant flask, 35.7 g (509 mmol) of methyl vinyl ketone was dissolved in 130 ml (3.95 M) of acetonitrile. 2-Nitropropane (50.0 g, 560 mmol, 1.1 eq) was added, and tetramethylguanidine (TMG) (5.86 g, 50.9 mmol, 0.1 eq) was added dropwise in an ice bath, followed by reaction at room temperature for 24 hours. It was. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into 500 ml of water containing 30 ml of hydrochloric acid, and extracted with ether and washed with water. After drying with sodium sulfate, 28.2 g of colorless liquid 2-methyl-2-nitro-5-hexanone was obtained through solvent removal and reduced pressure distillation (bp 76 ° C., 5 mmHg). (Yield 32%).

1H−NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ=2.45(t,2H,CH2),2.19(t,2H,CH2),2.16(s,3H,CH3),1.58(s,6H,CH3
13C−NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ=206.3,87.3,38.1,33.9,29.9,25.8
IR(cm-1):1719(νC=O)1348(νC-N
元素分析:測定値C,52.6;H,8.4;N,8.7%、計算値(C713NO3)C,52.8;H,8.2;N,8.8%
[2]環状ニトロンの合成
1 H-NMR (CDCl 3 , 500 MHz, ppm): δ = 2.45 (t, 2H, CH 2 ), 2.19 (t, 2H, CH 2 ), 2.16 (s, 3H, CH 3 ) , 1.58 (s, 6H, CH 3 )
13 C-NMR (CDCl 3 , 125 MHz, ppm): δ = 206.3, 87.3, 38.1, 33.9, 29.9, 25.8
IR (cm −1 ): 1719 (ν C═O ) 1348 (ν CN )
Elemental analysis: measured value C, 52.6; H, 8.4; N, 8.7%, calculated value (C 7 H 13 NO 3 ) C, 52.8; H, 8.2; N, 8. 8%
[2] Synthesis of cyclic nitrones

Figure 0004752218
Figure 0004752218

200mlナスフラスコに2−メチル−2−ニトロ−5−ヘキサノンを5.1g(31.4mmol)、塩化アンモニウム水溶液(塩化アンモニウム1.7g(31.4mmol,1.0eq)を水42mlで溶解したもの)を加え、0°Cに冷却した。亜鉛粉末8.3g(126mmol,4.0eq)を加え0°Cで1時間撹拌した。さらに室温下で2時間反応させた。反応終了後ろ過し、メタノール洗浄する。溶媒除去後、クロロホルム抽出し、飽和硫酸ナトリウム水溶液で洗浄した。乾燥、溶媒除去後、ベンゼンを加えて水分等を共沸除去した。クロロホルムを展開溶媒とするシリカゲルカラム精製を経て環状ニトロンを薄黄色液体3.54gを得た(収率88.5%)。   In a 200 ml eggplant flask, 5.1 g (31.4 mmol) of 2-methyl-2-nitro-5-hexanone and an ammonium chloride aqueous solution (1.7 g (31.4 mmol, 1.0 eq) of ammonium chloride dissolved in 42 ml of water ) And cooled to 0 ° C. 8.3 g (126 mmol, 4.0 eq) of zinc powder was added, and the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour. Furthermore, it was made to react at room temperature for 2 hours. After completion of the reaction, it is filtered and washed with methanol. After removing the solvent, the mixture was extracted with chloroform and washed with a saturated aqueous sodium sulfate solution. After drying and solvent removal, benzene was added to remove water and the like azeotropically. Through a silica gel column purification using chloroform as a developing solvent, 3.54 g of a light yellow liquid was obtained as a cyclic nitrone (yield 88.5%).

1H−NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ=2.59(t,2H,CH2),2.03(s,3H,CH3),2.00(t,2H,CH2),1.40(s,6H,CH3
13C−NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ=141.9,100.5,73.1,32.2,29.1,25.3,13.0
IR(cm-1):1627(νC=N
Mass:m/z127(found),127.18(calcd)
[3]2−エチニルプロキシラジカルの合成
1 H-NMR (CDCl 3 , 500 MHz, ppm): δ = 2.59 (t, 2H, CH 2 ), 2.03 (s, 3H, CH 3 ), 2.00 (t, 2H, CH 2 ) , 1.40 (s, 6H, CH 3 )
13 C-NMR (CDCl 3 , 125 MHz, ppm): δ = 141.9, 100.5, 73.1, 32.2, 29.1, 25.3, 13.0
IR (cm −1 ): 1627 (ν C = N )
Mass: m / z 127 (found), 127.18 (calcd)
[3] Synthesis of 2-ethynyl proxy radical

Figure 0004752218
Figure 0004752218

アルゴン雰囲気下、500ml3口ナスフラスコにエチニルマグネシウムブロミド0.5MTHF溶液72ml(36.0mmol,1.5eq)を加えた。上記環状ニトロンを3.07g(24.0mmol)をTHF30mlに溶解後、グリニャール試薬に滴下する。室温下2時間反応後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えた。有機層を飽和食塩水で洗浄後、溶媒除去し、そのまますぐに酸化を行った。生成物にメタノール47.9ml、t−ブチルアンモニウム1.2ml、酢酸銅120mgを加え、酸素下18時間反応させた。反応終了後クロロホルム抽出、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、ジエチルエーテルを展開溶媒としてカラム精製(Rf=0.4)し、2−エチニルプロキシラジカルを橙色結晶として1.36g得た。(収率37%)
IR(cm-1):3243(ν≡C-H),2106(νCC
元素分析:測定値:C,71.2;H,9.2;N,8.9%、計算値(C914NO):C,71.0;H,9.3;N,9.2%.
[4]2−エチニルプロキシラジカルの重合
Under an argon atmosphere, 72 ml (36.0 mmol, 1.5 eq) of ethynylmagnesium bromide 0.5 M THF solution was added to a 500 ml three-necked eggplant flask. 3.07 g (24.0 mmol) of the cyclic nitrone is dissolved in 30 ml of THF and then added dropwise to the Grignard reagent. After reaction at room temperature for 2 hours, a saturated aqueous ammonium chloride solution was added. The organic layer was washed with saturated brine, the solvent was removed, and oxidation was performed immediately. To the product, 47.9 ml of methanol, 1.2 ml of t-butylammonium and 120 mg of copper acetate were added and reacted under oxygen for 18 hours. After completion of the reaction, the mixture was extracted with chloroform and washed with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution. The column was purified using diethyl ether as a developing solvent (Rf = 0.4) to obtain 1.36 g of 2-ethynyl proxy radical as orange crystals. (Yield 37%)
IR (cm -1): 3243 ( ν≡ CH), 2106 (ν C ≡ C)
Elemental analysis: measured value: C, 71.2; H, 9.2; N, 8.9%, calculated value (C 9 H 14 NO): C, 71.0; H, 9.3; N, 9 .2%.
[4] Polymerization of 2-ethynyl proxy radical

Figure 0004752218
Figure 0004752218

30ml2口ナスフラスコに2−エチニルプロキシルラジカルを100mg加え、TEA6.6ml(0.1M)で溶解させた。アルゴン雰囲気下、Rh触媒[Rh(nbd)Cl]2,15.2mg(0.033mmol,0.05eq)を加え、室温下3日間反応させた。反応終了後、メタノール、ヘキサン、エーテル等に再沈殿精製したが、沈殿せず、分取高速液体クロマトグラフィーにより精製し、濃赤色固体として重合体(14)を得た。(数平均分子量1000(ポリスチレン換算),分散度(重量平均分子量/数平均分子量1.1)
(実施例1)
合成例1で合成した重合体(14)(数平均分子量1000(ポリスチレン換算),分散度(重量平均分子量/数平均分子量)1.1)300mg、炭素粉末600mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂バインダ100mgを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約150μmの薄膜とした。これを、真空中80℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は14.6mgだった。
100 mg of 2-ethynylproxyl radical was added to a 30 ml 2-neck eggplant flask and dissolved in 6.6 ml (0.1 M) of TEA. Under an argon atmosphere, Rh catalyst [Rh (nbd) Cl] 2 , 15.2 mg (0.033 mmol, 0.05 eq) was added and reacted at room temperature for 3 days. After completion of the reaction, it was purified by reprecipitation in methanol, hexane, ether, etc., but did not precipitate, but purified by preparative high performance liquid chromatography to obtain a polymer (14) as a dark red solid. (Number average molecular weight 1000 (polystyrene conversion), dispersity (weight average molecular weight / number average molecular weight 1.1)
Example 1
Polymer (14) synthesized in Synthesis Example 1 (number average molecular weight 1000 (polystyrene conversion), dispersity (weight average molecular weight / number average molecular weight) 1.1) 300 mg, carbon powder 600 mg, polytetrafluoroethylene resin binder 100 mg Weighed and kneaded using an agate mortar. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was subjected to roller stretching under pressure to obtain a thin film having a thickness of about 150 μm. This was dried overnight at 80 ° C. in a vacuum, and then punched into a circle with a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode. The mass of this electrode was 14.6 mg.

次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解質塩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(混合体積比3:7)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのアルミ外装(Hohsen製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加え、正極活物質として重合体(14)、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池とした。 Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on the positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium-bonded copper foil serving as a negative electrode was laminated, and aluminum sheaths (made by Hohsen) were superposed from the positive electrode side and the negative electrode side in a state in which an insulating packing was disposed around. This was applied with a caulking machine to form a sealed coin-type battery using the polymer (14) as the positive electrode active material and metal lithium as the negative electrode active material.

以上のように作製したコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧は3.5V付近で5時間ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は141.3mAh/gだった。同様に、4.2〜2.8Vの範囲で充放電を50回繰り返した。その結果、50回の充放電すべてにおいて、放電時に3.5V付近で電圧が一定になり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は97.0%だった。   The coin battery fabricated as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became almost constant for 5 hours near 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 141.3 mAh / g. Similarly, charging / discharging was repeated 50 times in the range of 4.2 to 2.8V. As a result, in all 50 charge / discharge cycles, the voltage became constant at around 3.5 V during discharge, and (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 97.0%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.4V付近で一定となり、その後急激に低下した。(5.0mA放電におけるの放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は96.3%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. As a result, the voltage became constant around 3.4 V and then dropped rapidly. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 96.3%.

(実施例2)
小型ホモジナイザ容器にN−メチルピロリドン20gにはかりとり、ポリフッ化ビニリデン400mgを加え、30分間撹拌し完全に溶解した。そこへ、合成例1で合成した重合体(14)を1.0g加え全体が均一なオレンジ色になるまで5分間撹拌した。ここへ炭素粉末600mgを加え、さらに15分間撹拌することによりスラリーを得た。得られたスラリーをアルミニウム箔上に塗布し、125℃で乾燥させて正極を作製した。正極層の厚みは120μmだった。作製した電極にはひび割れは見られなく、表面は均一であった。これを、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、1.0mol/LのLiPF6電解質塩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(混合体積比3:7)を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体(アルミ箔)上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるグラファイト層を片面に付した銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのアルミ外装(Hohsen製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加え、正極活物質として重合体(14)、負極活物質としてグラファイトを用いた密閉型のコイン型電池とした。
(Example 2)
Weighed 20 g of N-methylpyrrolidone into a small homogenizer container, added 400 mg of polyvinylidene fluoride, and stirred for 30 minutes to completely dissolve. Thereto, 1.0 g of the polymer (14) synthesized in Synthesis Example 1 was added and stirred for 5 minutes until the whole became a uniform orange color. Here, 600 mg of carbon powder was added, and further stirred for 15 minutes to obtain a slurry. The obtained slurry was applied on an aluminum foil and dried at 125 ° C. to produce a positive electrode. The thickness of the positive electrode layer was 120 μm. The produced electrode was not cracked and the surface was uniform. This was punched out into a circle with a diameter of 12 mm to mold a coin battery electrode. Next, the obtained electrode was immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 3: 7) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt was used. The electrode impregnated with the electrolytic solution was placed on a positive electrode current collector (aluminum foil), and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a copper foil having a graphite layer on one side as a negative electrode was laminated, and the respective aluminum sheaths (made by Hohsen) were superposed from the positive electrode side and the negative electrode side in a state where an insulating packing was disposed around the copper foil. This was applied with a caulking machine to obtain a sealed coin-type battery using the polymer (14) as the positive electrode active material and graphite as the negative electrode active material.

以上のように作製したコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧は3.5V付近で2.0時間ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は132.4mAh/gだった。同様に、4.2〜2.8Vの範囲で充放電を50回繰り返した。その結果、50回の充放電すべてにおいて、放電時に3.5V付近で電圧が一定になり、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は97.0%だった。   The coin battery fabricated as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, the voltage became substantially constant for 2.0 hours near 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 132.4 mAh / g. Similarly, charging / discharging was repeated 50 times in the range of 4.2 to 2.8V. As a result, in all 50 charge / discharge cycles, the voltage became constant at around 3.5 V during discharge, and (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 97.0%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。その結果、電圧は3.4V付近で一定となり、その後急激に低下した。(5.0mA放電におけるの放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は88.0%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. As a result, the voltage became constant around 3.4 V and then dropped rapidly. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 88.0%.

(実施例3)
合成例1と同様の合成スキームにより重合体(15)(下記式(15)で表されるユニットを有する単独重合体、数平均分子量は6900(ポリスチレン換算)、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は1.64)を合成し、得られた重合体(15)を用いて実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。このコイン電池の正極重さは11.52mgであった。
(Example 3)
Polymer (15) (homopolymer having a unit represented by the following formula (15), number average molecular weight 6900 (in terms of polystyrene), dispersity (weight average molecular weight / number average) by the same synthesis scheme as in Synthesis Example 1 The molecular weight was 1.64), and a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 using the polymer (15) obtained. The positive electrode weight of this coin battery was 11.52 mg.

Figure 0004752218
Figure 0004752218

このコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で4時間見られた。電極活物質あたりの放電容量は121.34mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は97.0%だった。   The coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, a flat voltage portion was observed at around 3.5 V for 4 hours. The discharge capacity per electrode active material was 121.34 mAh / g. As a result of repeating charging and discharging 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 97.0%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は94.8%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 94.8%.

(実施例4)
合成例1と同様の合成スキームにより重合体(16)(下記式(16)で表されるユニットを有する単独重合体、数平均分子量は1300(ポリスチレン換算)、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は1.23)を合成し、得られた重合体(16)を用いて実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。このコイン電池の正極重さは10.57mgであった。
Example 4
Polymer (16) (homopolymer having a unit represented by the following formula (16), number average molecular weight 1300 (polystyrene conversion), dispersity (weight average molecular weight / number average) by the same synthesis scheme as in Synthesis Example 1 The molecular weight was 1.23), and a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained polymer (16). The positive electrode weight of this coin battery was 10.57 mg.

Figure 0004752218
Figure 0004752218

このコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で4時間見られた。電極活物質あたりの放電容量は131.33mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は88.9%だった。   The coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, a flat voltage portion was observed at around 3.5 V for 4 hours. The discharge capacity per electrode active material was 131.33 mAh / g. As a result of repeating charging and discharging 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 88.9%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。その結果、(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は84.8%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. As a result, (discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 84.8%.

(実施例5)
合成例1と同様の合成スキームにより重合体(17)(下記式(17)で表されるユニットを有する単独重合体、数平均分子量は8600(ポリスチレン換算)、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は1.44)を合成し、得られた重合体(17)を用いて実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。このコイン電池の正極重さは13.3mgであった。
(Example 5)
Polymer (17) (homopolymer having a unit represented by the following formula (17), number average molecular weight: 8600 (polystyrene conversion), dispersity (weight average molecular weight / number average) by the same synthesis scheme as in Synthesis Example 1. The molecular weight was 1.44), and a coin battery was produced in the same manner as in Example 1 using the polymer (17) obtained. The positive electrode weight of this coin battery was 13.3 mg.

Figure 0004752218
Figure 0004752218

このコイン電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で3.0Vまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が3.5V付近で4時間見られた。放電容量は106.24mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を50回繰り返した結果、(50回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は92.2%となった。   The coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, a flat voltage portion was observed at around 3.5 V for 4 hours. The discharge capacity was 106.24 mAh / g. As a result of repeating charging and discharging 50 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (50th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 92.2%.

次に、コイン電池を0.1mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、5.0mAの定電流で放電を行った。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は89.8%だった。   Next, the coin battery was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged with a constant current of 5.0 mA. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 89.8%.

(比較例1)
実施例1と同様な方法で、ただし、重合体(14)を用いず、代わりにグラファイト粉末を900mgに増やして、コイン電池を作製した。作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行った。その結果、放電時に電圧平坦部はみられず電圧は急速に低下し、電池として十分に動作しなかった。
(Comparative Example 1)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the polymer (14) was not used and the graphite powder was increased to 900 mg instead. The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1. As a result, no flat voltage portion was observed during discharge, the voltage dropped rapidly, and the battery did not operate sufficiently.

(比較例2)
実施例1と同様な方法で、ただし、重合体(14)を用いず、代わりにLiCoO2を300mg用いて、コイン電池を作製した。作製した電池に対して、実施例1と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、96mAh/gであった。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は26.8%だった。
(Comparative Example 2)
A coin battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the polymer (14) was not used and 300 mg of LiCoO 2 was used instead. The produced battery was charged and discharged in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per electrode active material was calculated to be 96 mAh / g. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 26.8%.

(比較例3)
実施例1と同様な方法で、ただし、重合体(14)を用いず、代わりに2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル(TEMPO)300mgを用いて、コイン電池を作製した。電極活物質あたりの放電容量は35.2mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を12回繰り返した結果、充放電ができなくなり、電池として動作しなくなった。
(Comparative Example 3)
A coin battery was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymer (14) was not used and 300 mg of 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl (TEMPO) was used instead. The discharge capacity per electrode active material was 35.2 mAh / g. As a result of repeating charging / discharging 12 times in the range of 4.0-3.0V, charging / discharging became impossible and it did not operate | move as a battery.

(比較例4)
実施例2と同様な方法で、ただし、重合体(14)を用いず、代わりにポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシル−4−イル メタクリレート)(数平均分子量は12700(ポリスチレン換算)、分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は3.0)1.0gを用い電極を作製した。作製した正極層の厚さは130μmだった。電極表面に細かいひび割れが多数見られた。実施例2と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、電極活物質あたりの放電容量は、56.9mAh/gであった。(5.0mA放電における放電容量)/(0.1mA放電における放電容量)は48%だった。
(Comparative Example 4)
In the same manner as in Example 2, but without using the polymer (14), instead of poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl-4-yl methacrylate) (number average molecular weight 12700 An electrode was prepared using 1.0 g (polystyrene conversion) and dispersity (weight average molecular weight / number average molecular weight 3.0). The thickness of the produced positive electrode layer was 130 μm. Many fine cracks were observed on the electrode surface. When charge / discharge was performed in the same manner as in Example 2 and the discharge capacity per electrode active material was calculated, the discharge capacity per electrode active material was 56.9 mAh / g. (Discharge capacity at 5.0 mA discharge) / (discharge capacity at 0.1 mA discharge) was 48%.

本発明の電池の構成の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a structure of the battery of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 アルミ外装
2 絶縁パッキン
3 負極集電体
4 負極
5 セパレータ
6 正極
7 正極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum exterior 2 Insulation packing 3 Negative electrode collector 4 Negative electrode 5 Separator 6 Positive electrode 7 Positive electrode collector

Claims (6)

下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を含有する電極活物質。
Figure 0004752218
(式(1)において、Xは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(2)または式(3)を表し、R1〜R3はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(2)において、R4は水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(3)において、R4は水素原子またはメチル基、R5は炭素数1〜3のアルキレン基を表す。)
The electrode active material containing the polymer (a) which has a unit represented by following formula (1) in a molecule | numerator.
Figure 0004752218
In (Equation (1), X is a structure forming a main chain of the polymer, represents the following formula (2) or formula (3), R 1 to R 3 is 1 to 3 carbon atoms each independently Represents an alkyl group.)
Figure 0004752218
(In the formula (2), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 0004752218
(In Formula (3), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 5 represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.)
正極および負極の少なくとも一方の電極活物質として、請求項1に記載の電極活物質を用いることを特徴とする電池。   A battery comprising the electrode active material according to claim 1 as an electrode active material of at least one of a positive electrode and a negative electrode. 電極活物質の電極反応を利用する電池において、正極および負極の少なくとも一方の電極反応が、下記式(1)で表されるユニットを分子中に有する重合体(a)を反応物もしくは生成物とする電極反応であることを特徴とする電池。
Figure 0004752218
(式(1)において、Xは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(2)または式(3)を表し、R1〜R3はそれぞれ独立して炭素数1〜3のアルキル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(2)において、R4は水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(3)において、R4は水素原子またはメチル基、R5は炭素数1〜3のアルキレン基を表す。)
In a battery utilizing an electrode reaction of an electrode active material, at least one of the positive electrode and the negative electrode reacts with a reaction product or a polymer (a) having a unit represented by the following formula (1) in the molecule. A battery characterized by an electrode reaction.
Figure 0004752218
In (Equation (1), X is a structure forming a main chain of the polymer, represents the following formula (2) or formula (3), R 1 to R 3 is 1 to 3 carbon atoms each independently Represents an alkyl group.)
Figure 0004752218
(In the formula (2), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 0004752218
(In Formula (3), R 4 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 5 represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.)
前記電極活物質が、正極活物質である請求項2または3に記載の電池。   The battery according to claim 2, wherein the electrode active material is a positive electrode active material. リチウム二次電池である請求項2〜4のいずれか一項に記載の電池。   The battery according to any one of claims 2 to 4, which is a lithium secondary battery. 下記式(11)で表されるユニットを分子中に有するポリラジカル化合物。
Figure 0004752218
(式(11)において、Zは重合体の主鎖を形成する構造であり、下記式(12)または式(13)を表し、R1'は水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(12)において、R4'は水素原子またはメチル基を表す。)
Figure 0004752218
(式(13)において、R4'は水素原子またはメチル基を表す。)
The polyradical compound which has a unit represented by following formula (11) in a molecule | numerator.
Figure 0004752218
(In formula (11), Z is a structure forming the main chain of the polymer, and represents the following formula (12) or formula (13), and R 1 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 0004752218
(In Formula (12), R 4 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 0004752218
(In Formula (13), R 4 ′ represents a hydrogen atom or a methyl group.)
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