JP5176130B2 - Polyradical compounds, electrode active materials and batteries - Google Patents

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Description

本発明は、大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、大きな出力をだすことができ、かつ繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない電池、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ポリラジカル化合物に関する。   The present invention relates to an electrode active material capable of taking out a large current, a battery capable of producing a large output and having little decrease in capacity even after repeated charge and discharge, and an electrode active material having the above-described characteristics. The present invention relates to a polyradical compound that can be a substance.

ノート型パソコン、携帯電話、電気自動車などの急速な市場拡大に伴い、高出力の蓄電デバイスが求められている。中でも、正極にリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素材料を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電特性に優れた高エネルギー密度電池として種々の携帯機器に利用されている。   With the rapid market expansion of notebook PCs, mobile phones, electric cars, etc., high output power storage devices are required. Among them, lithium ion secondary batteries using a lithium-containing transition metal oxide for the positive electrode and a carbon material for the negative electrode are used in various portable devices as high energy density batteries having excellent charge / discharge characteristics.

また特許文献1には、正極、負極の少なくとも一方の活物質がラジカル化合物を含有することを特徴とする二次電池が公開されている。また特許文献2にはニトロキシル化合物を正極中に含有した蓄電デバイスが公開されている。この蓄電デバイスは電極反応が速いため大電流で充放電ができるとされている。
特許3687736号公報 特開2002−304996号公報
Patent Document 1 discloses a secondary battery in which at least one active material of a positive electrode and a negative electrode contains a radical compound. Patent Document 2 discloses an electricity storage device containing a nitroxyl compound in a positive electrode. This electricity storage device is said to be able to charge and discharge with a large current because of its fast electrode reaction.
Japanese Patent No. 3687736 JP 2002-304996 A

しかしながら、リチウムイオン二次電池は、電極反応の反応速度が大きいとはいえず、大きな電流を流すと容量が著しく低下する場合があった。また、特許文献1に記載の正極、負極の少なくとも一方の活物質がラジカル化合物を含有することを特徴とする二次電池や、特許文献2に記載の安定ラジカルを含むニトロキシル化合物を用いた蓄電デバイスは、電極反応が速いため大電流で充放電ができるとされているが、繰り返し充放電後の容量低下において改善の余地がみられる。   However, the lithium ion secondary battery cannot be said to have a high reaction rate of the electrode reaction, and the capacity may be significantly reduced when a large current is passed. In addition, a secondary battery in which at least one of the positive electrode and the negative electrode active material described in Patent Document 1 contains a radical compound, and an electricity storage device using a nitroxyl compound containing a stable radical described in Patent Document 2 It is said that charging and discharging can be performed with a large current because of the fast electrode reaction, but there is room for improvement in capacity reduction after repeated charging and discharging.

本発明は、大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、大きな出力をだすことができ、かつ繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない電池、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ポリラジカル化合物を提供することを目的としている。   The present invention relates to an electrode active material capable of taking out a large current, a battery capable of producing a large output and having little decrease in capacity even after repeated charge and discharge, and an electrode active material having the above-described characteristics. The object is to provide a polyradical compound that can be a substance.

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、すなわち分子内に一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物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。すなわち、本発明によれば、上記ポリラジカル化合物の酸化還元を利用した新規な電池とすることにより、大きな出力をだすことができ(より具体的には大電流を放電でき)、かつ繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない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 repeating structural unit represented by the general formula (1) in the molecule, and the general formula It has been found that the above problem can be solved by using a polyradical compound crosslinked by the structure represented by (2) as an electrode active material. That is, according to the present invention, a large battery can be produced (more specifically, a large current can be discharged) by using a redox battery utilizing the oxidation-reduction of the polyradical compound, and repeated charge / discharge. Thus, a novel battery with little decrease in capacity can be provided.

本発明は、一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物である。また本発明は、少なくとも、正極、負極、及び電解質を構成要素とする電池の、該正極及び該負極の少なくとも一方に用いる電極活物質において、上記本発明のポリラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質である。さらに本発明は、少なくとも、正極、負極、及び電解質を構成要素とする電池において、該正極及び該負極の少なくとも一方に、上記本発明の電極活物質を用いることを特徴とする電池である。   The present invention is a polyradical compound having a repeating structural unit represented by the general formula (1) and crosslinked by a structure represented by the general formula (2). In addition, the present invention is characterized in that at least an electrode active material used for at least one of the positive electrode and the negative electrode of a battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as a constituent element contains the polyradical compound of the present invention. Electrode active material. Furthermore, the present invention is a battery comprising at least one of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the electrode active material of the present invention is used for at least one of the positive electrode and the negative electrode.

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(一般式(1)において、R1〜R3は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基、R4〜R5はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基、R6〜R9はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を示す。) (In General formula (1), R < 1 > -R < 3 > is respectively independently a hydrogen atom or a methyl group, R < 4 > -R < 5 > is respectively independently a hydrogen atom or a C1-C3 alkyl group, R < 6 > -R < 9 >. Each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

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(一般式(2)において、Xは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレンジオキシ基、またはフェニレン基、またはフェニレンジオキシ基、または一般式(3)で表される2価の構造を示す。R10〜R15は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す。) (In the general formula (2), X represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a linear, branched, or cyclic alkylenedioxy group, or phenylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms. An oxy group or a divalent structure represented by the general formula (3) is shown. R 10 to R 15 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group.)

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(一般式(3)において、Yは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、またはフェニレン基、または一般式(4)もしくは一般式(5)で表される2価の構造を示す。R16〜R19は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を示す。) (In General Formula (3), Y represents a linear, branched, cyclic alkylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a divalent structure represented by General Formula (4) or General Formula (5). R 16 to R 19 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

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(一般式(4)において、nは1〜10の整数を表す。) (In general formula (4), n represents an integer of 1 to 10.)

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(一般式(5)において、Zは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または酸素原子を表す。mは1〜10の整数を表す。)
本発明は、分子内に一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物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、上記ポリラジカル化合物が、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おこすことによる。すなわち、上記ポリラジカル化合物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、上記ポリラジカル化合物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、上記ポリラジカル化合物の置換基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、上記ポリラジカル化合物は、主鎖にエーテル構造を有するため、柔軟性のあるポリマーであり、電解液との親和性が高い。そのため、充放電時のイオン伝導性が高く、大きな出力をだすことができる。また、他の架橋構造をもつポリラジカル化合物を用いた場合よりも架橋剤の比率を高くしても高出力な特性を維持できることから、架橋剤比率が高いポリラジカルを用いた場合には充放電時の体積変化が少なくて済み、導電付与剤からの剥離が起こりにくいため繰り返し充放電を行った際にも容量低下が小さい。
(In General Formula (5), Z represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms or an oxygen atom. M represents an integer of 1 to 10.)
In the present invention, a polyradical compound having a repeating structural unit represented by the general formula (1) in the molecule and crosslinked by the structure represented by the general formula (2) is excellent as an electrode active material. It was made based on the finding. This is because the polyradical compound causes a reversible and stable oxidation-reduction reaction at a rate of almost 100% with little side reaction. That is, a battery using the polyradical compound as an electrode active material can be stably charged and discharged, and has excellent cycle characteristics. A battery using the polyradical compound 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 substituent of the polyradical compound has a large electrode reaction rate. Moreover, since the polyradical compound has an ether structure in the main chain, it is a flexible polymer and has a high affinity with the electrolytic solution. Therefore, ion conductivity at the time of charging / discharging is high, and a large output can be produced. In addition, since high output characteristics can be maintained even when the ratio of the crosslinking agent is made higher than when a polyradical compound having another crosslinking structure is used, charging and discharging are performed when a polyradical having a high crosslinking agent ratio is used. Since the volume change at the time is small and peeling from the conductivity-imparting agent hardly occurs, the capacity drop is small even when repeated charge / discharge is performed.

また、本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、上記ポリラジカル化合物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、特にこのポリラジカル化合物を正極の電極活物質として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、特にリチウム二次電池であることが好ましい。   In the present invention, the polyradical compound may directly contribute to the electrode reaction at the positive electrode or the negative electrode, and the electrode used as the electrode active material is not limited to either the positive electrode or the negative electrode. However, from the viewpoint of energy density, it is particularly preferable to use this polyradical compound as the positive electrode active material. In addition, the battery of the present invention is preferably a lithium battery using carbon in which metallic lithium or lithium ions can be inserted and removed from the negative electrode, particularly a lithium secondary battery, from the viewpoint that a high voltage and a large capacity can be obtained.

本発明は、一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物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、大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、大きな出力をだすことができ、かつ繰り返し充放電を行っても容量の低下が少ない電池、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ポリラジカル化合物を提供できる。   The present invention relates to an electrode active material having a repeating structural unit represented by the general formula (1) and containing a polyradical compound crosslinked by the structure represented by the general formula (2), and the electrode active material We have proposed a new battery using As a result, an electrode active material capable of extracting a large current, a battery capable of producing a large output and having little reduction in capacity even after repeated charge and discharge, and an electrode active material having the above-described characteristics The polyradical compound which can become can be provided.

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5と負極3とが、電解質を含むセパレータ4を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極5上に正極集電体6を重ね合わせた構成を有している。これらは負極側のステンレス外装1と正極側のステンレス外装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4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。   FIG. 1 shows the configuration of one embodiment of the battery of the present invention. The battery shown in FIG. 1 has a configuration in which a positive electrode 5 and a negative electrode 3 are stacked so as to face each other with a separator 4 containing an electrolyte, and a positive electrode current collector 6 is stacked on the positive electrode 5. ing. These are externally covered with a stainless steel exterior 1 on the negative electrode side and a stainless steel 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 the separator 4 and can also be made into the form which interposes these electrolytes between electrodes.

本発明では、このような構成において、負極3もしくは正極5または両電極に用いられる電極活物質が、一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物を含有する電極活物質であることを特徴とする。   In the present invention, in such a configuration, the electrode active material used for the negative electrode 3 or the positive electrode 5 or both electrodes has a repeating structural unit represented by the general formula (1) and is represented by the general formula (2). It is an electrode active material containing the polyradical compound bridge | crosslinked by the structure made.

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、特にリチウム二次電池とすることが好ましい。   From the viewpoint of battery capacity, the battery of the present invention is preferably a lithium battery using the above electrode active material as a positive electrode active material, particularly a lithium secondary battery.

[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、一般式(1)で表される繰り返し単位構造を繰り返し構造単位として有し、かつ一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物を含有する電極活物質を用いる。   In the present invention, the electrode active material contains a polyradical compound having a repeating unit structure represented by the general formula (1) as a repeating structural unit and crosslinked by the structure represented by the general formula (2). An electrode active material is used.

Figure 0005176130
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(一般式(1)において、R1〜R3は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基、R4〜R5はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基、R6〜R9はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を示す。) (In General formula (1), R < 1 > -R < 3 > is respectively independently a hydrogen atom or a methyl group, R < 4 > -R < 5 > is respectively independently a hydrogen atom or a C1-C3 alkyl group, R < 6 > -R < 9 >. Each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

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(一般式(2)において、Xは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレンジオキシ基、またはフェニレン基、またはフェニレンジオキシ基、または一般式(3)で表される2価の構造を示す。R10〜R15は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す。) (In the general formula (2), X represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a linear, branched, or cyclic alkylenedioxy group, or phenylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms. An oxy group or a divalent structure represented by the general formula (3) is shown. R 10 to R 15 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group.)

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(一般式(3)において、Yは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、またはフェニレン基、または一般式(4)もしくは一般式(5)で表される2価の構造を示す。R16〜R19は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を示す。) (In General Formula (3), Y represents a linear, branched, cyclic alkylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a divalent structure represented by General Formula (4) or General Formula (5). R 16 to R 19 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)

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(一般式(4)において、nは1〜10の整数を表す。) (In general formula (4), n represents an integer of 1 to 10.)

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(一般式(5)において、Zは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または酸素原子を表す。mは1〜10の整数を表す。)
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が望ましい。ただし、その場合、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。この際、電解液に対して不溶性であれば、膨潤しても良い。電解液への溶解性が高い場合、電極活物質が電極から電解液中に溶出することで、充放電サイクルに伴い容量が低下するおそれがあるためである。
(In General Formula (5), Z represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms or an oxygen atom. M represents an integer of 1 to 10.)
In the battery of the present invention, the electrode active material is preferably fixed to the electrode. However, in that case, 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 a solid state. At this time, if it is insoluble in the electrolytic solution, it may swell. 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 may decrease with the charge / discharge cycle.

このため、本発明のポリラジカル化合物は、アセトニトリル等の有機溶媒に溶けないことが好ましい。   For this reason, it is preferable that the polyradical compound of this invention does not melt | dissolve in organic solvents, such as acetonitrile.

架橋されていない、一般式(1)で表される繰り返し構造単位のみを有するポリラジカル化合物は既知であるが、この構造は有機溶媒への溶解度が高く、電極に固定することが難しかった。本発明では、一般式(2)で表される構造によって架橋することで、一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有するポリラジカル化合物を有機溶媒に溶けにくくすることが可能となり、電極に固定することが可能となった。   A polyradical compound having only a repeating structural unit represented by the general formula (1) that is not crosslinked is known, but this structure has high solubility in an organic solvent and is difficult to fix to an electrode. In the present invention, it is possible to make the polyradical compound having the repeating structural unit represented by the general formula (1) difficult to dissolve in an organic solvent by crosslinking with the structure represented by the general formula (2), and the electrode It became possible to fix to.

一般式(1)で表される繰り返し構造単位と一般式(2)で表される構造のモル比は、5:1〜1000:1が好ましく、より好ましくは10:1〜100:1である。   The molar ratio of the repeating structural unit represented by the general formula (1) and the structure represented by the general formula (2) is preferably 5: 1 to 1000: 1, more preferably 10: 1 to 100: 1. .

本発明のポリラジカル化合物の例として、下記式(6)から(14)で表されるポリラジカル化合物が挙げられる。   Examples of the polyradical compound of the present invention include polyradical compounds represented by the following formulas (6) to (14).

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また、本発明の電池の一つの極の電極活物質において、本発明のポリラジカル化合物を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、本発明のポリラジカル化合物が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。   Moreover, although the polyradical compound of this invention can be used independently in the electrode active material of one pole of the battery of this invention, you may use it in combination of 2 or more types. Moreover, you may use in combination with another electrode active material. At this time, it is preferable that 10-90 mass% of the polyradical compound of this invention is contained in the electrode active material, and it is more preferable that 20-80 mass% is contained.

本発明のポリラジカル化合物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み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また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Liy25(0<y<2)、オリビン系材料LiFePO4、スピネル構造中のMnの一部を他の遷移金属で置換した材料LiNi0.5Mn1.54、LiCr0.5Mn1.54、LiCo0.5Mn1.54、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn0.52、LiNi0.33Mn0.33Co0.332、LiNi0.8Co0.22、LiN0.5Mn1.5-zTiz4(0<z<1.5)、等が挙げられる。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−トリチオール等が挙げられる。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ン−1−オキシル−4−イル メタクリレート)等が挙げられる。また、導電性高分子としては、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。これらの中でも特に、マンガン酸リチウムまたはLiCoO2と組み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 polyradical compound of the present invention is used for the positive electrode, a metal oxide, a disulfide compound, another stable radical compound, a conductive polymer, or the like can be combined as another electrode active material. Here, examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Alternatively, Li y V 2 O 5 (0 <y <2), olivine-based material LiFePO 4 , materials in which a part of Mn in the spinel structure is substituted with another transition metal, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCr 0.5 Mn 1.5 O 4, LiCo 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2, LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2, LiN 0.5 Mn 1.5-z Ti z O 4 (0 <z < 1.5), and the like. Examples of the disulfide compound include dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol and the like. Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl-4-yl methacrylate) and the like. Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. Among these, it is particularly 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.

本発明のポリラジカル化合物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ン−1−オキシル−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。これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。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 polyradical compound of the present invention is used for the negative electrode, graphite, amorphous carbon, metallic lithium or lithium alloy, lithium ion storage carbon, metallic sodium, conductive polymer, etc. can be used as other electrode active materials. . Moreover, you may use another stable radical compound. Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl-4-yl methacrylate) and the like. 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. Among these, it is preferable to combine with metallic lithium or graphite. 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、本発明のポリラジカル化合物を用いるが、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る。さらに、これらの電極活物質の少なくとも1種と、本発明のポリラジカル化合物とを組み合わせて用いてもよい。また、本発明のポリラジカル化合物を単独で用いることもできる。   The battery of the present invention uses the polyradical compound of the present invention as an electrode active material in one electrode reaction of the positive electrode or the negative electrode, or both electrode reactions. Conventionally known electrode active materials such as those exemplified above can be used as the electrode active material in these electrodes. These electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. Further, at least one of these electrode active materials may be used in combination with the polyradical compound of the present invention. Moreover, the polyradical compound of this invention can also be used independently.

本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、本発明のポリラジカル化合物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、特にこのポリラジカル化合物を正極の電極活物質として用いることが好ましい。このとき、正極活物質としては、このポリラジカル化合物を単独で用いることが好ましい。ただし、他の正極活物質と組み合わせて使用することもでき、その際の他の正極活物質としては、マンガン酸リチウムまたはLiCoO2が好ましい。さらに、上記の正極活物質を用いる場合、負極活物質として金属リチウムまたはグラファイトを用いることが好ましい。 In the present invention, it is sufficient that the polyradical compound of the present invention directly contributes to the electrode reaction at the positive electrode or the negative electrode, and the electrode used as the electrode active material is not limited to either the positive electrode or the negative electrode. However, from the viewpoint of energy density, it is particularly preferable to use this polyradical compound as the positive electrode active material. At this time, it is preferable to use this polyradical compound alone as the positive electrode active material. However, it can also be used in combination with another positive electrode active material, and as the other positive electrode active material at that time, lithium manganate or LiCoO 2 is preferable. Furthermore, when using said positive electrode active material, it is preferable to use metallic lithium or graphite as a negative electrode active material.

[2]導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材
本発明のポリラジカル化合物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。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(VGCF)、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る。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。これらの中でも、炭素繊維を混合することが好ましい。炭素繊維を混合することで電極の引張り強度がより大きくなり、電極にひびが入ったり剥がれたりすることが少なくなる。より好ましくは、気相成長炭素繊維を混合することがより好ましい。これらの材料は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。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。
[2] Conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material) and ion-conductivity auxiliary material When the electrode is formed using the polyradical compound of the present invention, 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 be mixed. Examples of auxiliary conductive materials include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black; carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF) and carbon nanotube; conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. Is mentioned. Examples of the ion conduction auxiliary material include a polymer gel electrolyte and a polymer solid electrolyte. Among these, it is preferable to mix carbon fibers. By mixing carbon fiber, the tensile strength of the electrode is increased, and the electrode is less likely to crack or peel off. More preferably, it is more preferable to mix vapor growth carbon fiber. These materials can be used alone or in admixture of two or more. 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が挙げられる。これらの結着剤は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。電極中の結着剤の割合としては、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. These binders can be used alone or in admixture of two or more. As a ratio of the binder in an electrode, 5-30 mass% is preferable.

[4]増粘剤
電極スラリーを作製しやすくするために、増粘剤を用いることもできる。このような増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ヒドロキシエチル、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ソーダ等が挙げられる。これらの増粘剤は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。電極中の増粘剤の割合としては、0.1〜5質量%が好ましい。
[4] Thickener A thickener may be used to facilitate the production of the electrode slurry. Such thickeners include carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, hydroxyethyl polyacrylate, ammonium polyacrylate, polyacrylic acid Examples include soda. These thickeners can be used alone or in admixture of two or more. As a ratio of the thickener in an electrode, 0.1-5 mass% is preferable.

[5]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。これらの触媒は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。電極中の触媒の割合としては、10質量%以下が好ましい。
[5] Catalyst In order to perform the electrode reaction more smoothly, a catalyst that assists the oxidation-reduction 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; and metal ion complexes. Can be mentioned. These catalysts can be used alone or in admixture of two or more. The ratio of the catalyst in the electrode is preferably 10% by mass or less.

[6]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もたせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
[6] 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.

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。   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.

[7]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。これらの電解質塩は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。
[7] 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. These electrolyte salts can be used alone or in admixture of two or more.

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、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−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, N, N-dimethylformamide, N, N Organic solvents such as dimethylacetamide and N-methyl-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;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; acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer Polymers, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic Acid copolymers, acrylonitrile - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer; and 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.

[8]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。
[8] 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.

[9]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、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−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、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。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、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しやすい。本発明のポリラジカル化合物を用い、好ましくは40μm以上で300μm以下の厚さの電極を作製した場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しにくい、均一な電極が作製できるといった特徴を有している。
[9] 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, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether and dioxane; amine solvents such as N, N-dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone; benzene, toluene and xylene Aromatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, etc .; Halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, carbon tetrachloride; Alkyl ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone Alcoholic solvents such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; dimethyl sulfoxide, water and the like. 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, in particular, 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, peeling of the electrode, cracking, etc. Is likely to occur. When the polyradical compound of the present invention is used, and when an electrode having a thickness of preferably 40 μm or more and 300 μm or less is produced, the electrode has characteristics that the electrode is not easily peeled off or cracked and a uniform electrode can be produced. .

電池を製造する際には、電極活物質として本発明のポリラジカル化合物そのものを用いて電池を製造する場合と、電極反応によって本発明のポリラジカル化合物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上記ポリラジカル化合物に変化する重合体の例としては、上記ポリラジカル化合物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, the battery is manufactured using the polymer that changes to the polyradical compound of the present invention by electrode reaction when the battery is manufactured using the polyradical compound of the present invention itself as an electrode active material. There are cases. Examples of polymers that changes in the poly radical compound by such electrode reaction, the polyradical compound oxidizing the cation body and PF 6 - or BF 4 -, etc. salt comprising the electrolyte anions such like.

本発明において、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 lead extraction from an electrode and outer 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)
以下に示す合成スキーム(15)に従い、上記式(6)で表される繰り返し単位構造を有するポリラジカル化合物の合成を行った。
(Synthesis Example 1)
According to the synthesis scheme (15) shown below, a polyradical compound having a repeating unit structure represented by the above formula (6) was synthesized.

Figure 0005176130
Figure 0005176130

相間移動触媒として硫酸水素テトラブチルアンモニウムを用い、50質量%水酸化ナトリウム水溶液中、エピクロロヒドリンと4−ヒドロキシ−TEMPOを22.5時間撹拌して反応させ、TEMPO置換グリシジルエーテルを得た。得られたTEMPO置換グリシジルエーテルと、1,7−オクタジエンジエポキシドの混合物にt−BuOKのTHF溶液(1mol/L)を加え、65℃6時間反応させて、アニオン開環重合を行い、アセトニトリルなどに不溶な架橋ポリラジカル化合物(6)を得た。なお、架橋ポリラジカル化合物(6)における、TEMPO置換グリシジルエーテル単位と架橋構造とのモル比は、20:1である。   Using tetrabutylammonium hydrogen sulfate as a phase transfer catalyst, epichlorohydrin and 4-hydroxy-TEMPO were stirred and reacted in a 50% by mass aqueous sodium hydroxide solution for 22.5 hours to obtain a TEMPO-substituted glycidyl ether. A THF solution (1 mol / L) of t-BuOK was added to a mixture of the obtained TEMPO-substituted glycidyl ether and 1,7-octadiene diepoxide and reacted at 65 ° C. for 6 hours to perform anion ring-opening polymerization, and acetonitrile. A crosslinked polyradical compound (6) insoluble in the above was obtained. In the crosslinked polyradical compound (6), the molar ratio of the TEMPO-substituted glycidyl ether unit to the crosslinked structure is 20: 1.

(実施例1)
合成例(1)で得られた架橋ポリラジカル化合物(6)200mg、グラファイト粉末700mg、ポリテトラフルオロエチレン樹脂バインダ100mgを量りとり、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100℃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13.1mgだった。
Example 1
200 mg of the crosslinked polyradical compound (6) obtained in Synthesis Example (1), 700 mg of graphite powder, and 100 mg of polytetrafluoroethylene resin binder were 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 100 ° C. in a vacuum and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode. The mass of this electrode was 13.1 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、正極集電体を兼ねたステンレス外装(かがつう製)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ディスクを積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で負極側ステンレス外装(かがつう製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として架橋ポリラジカル化合物(6)、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 a stainless steel sheath (manufactured by Kagatsu) that also served as a positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator that was also impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium disk serving as a negative electrode was laminated, and a negative electrode side stainless steel exterior (manufactured by Kasuga) was superposed with an insulating packing disposed around the negative electrode. By applying pressure with a caulking machine, a closed coin-type battery using a crosslinked polyradical compound (6) as a positive electrode active material and metallic lithium as a negative electrode active material was obtained.

このコイン電池を、2mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、2mA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1時間3分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は90.6mAh/gだった。同様に、4.0〜3.0Vの範囲で充放電を100回繰り返した。その結果、100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、(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は88%だった(図2参照)。   The coin battery was charged with a constant current of 2 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 2 mA. As a result, the voltage became almost constant for 1 hour and 3 minutes around 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 90.6 mAh / g. Similarly, charging / discharging was repeated 100 times in the range of 4.0 to 3.0V. As a result, in all of the 100 charging / discharging operations, the voltage was constant at around 3.5 V during discharging, and (100th discharging capacity) / (1st discharging capacity) was 88% (see FIG. 2).

(実施例2)
電解液として1.0mol/LのLiBETI(Li(C25SO22N)電解質塩を含むプロピレンカーボネート溶液を用いた以外は、実施例1と同様の方法によりコイン電池を作製した。
(Example 2)
A coin battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a propylene carbonate solution containing 1.0 mol / L LiBETI (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N) electrolyte salt was used as the electrolytic solution.

このコイン電池を、2mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、2mA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1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89.4mAh/gだった。同様に、4.0〜3.0Vの範囲で充放電を100回繰り返した。その結果、100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、(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は90%だった。   The coin battery was charged with a constant current of 2 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 2 mA. As a result, the voltage became substantially constant for 1 hour at around 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 89.4 mAh / g. Similarly, charging / discharging was repeated 100 times in the range of 4.0 to 3.0V. As a result, in all of the 100 charging / discharging operations, the voltage became constant at around 3.5 V during discharging, and (100th discharging capacity) / (1st discharging capacity) was 90%.

(実施例3)
小型ホモジナイザ容器にN−メチル−2−ピロリドン20gを量りとり、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させた。そこへ、合成例1で合成した架橋ポリラジカル化合物(6)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。ここへグラファイト粉末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、120℃で乾燥させて正極を作製した。正極層の厚みは130μmだった。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等はみられなく、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。なお、この電極の質量は12.3mgだった。
(Example 3)
In a small homogenizer container, 20 g of N-methyl-2-pyrrolidone was weighed, 400 mg of polyvinylidene fluoride was added, and stirred for 30 minutes to completely dissolve. Thereto, 1.0 g of the crosslinked polyradical compound (6) synthesized in Synthesis Example 1 was added and stirred for 5 minutes until the whole became a uniform orange color. Here, 600 mg of graphite 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 120 ° C. to produce a positive electrode. The thickness of the positive electrode layer was 130 μm. The produced electrode was not peeled off or 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. The mass of this electrode was 12.3 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、正極側ステンレス外装(かがつう製)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負極側ステンレス外装(かがつう製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として架橋ポリラジカル化合物(6)、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。 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 side stainless steel exterior (manufactured by Kagatsu), and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Furthermore, the copper foil which attached | coated the graphite layer used as a negative electrode on one side was laminated | stacked, and the negative electrode side stainless steel exterior (made by Kasuga) was piled up in the state which has arrange | positioned the insulating packing around. By applying pressure with a caulking machine, a closed coin-type battery using a crosslinked polyradical compound (6) as a positive electrode active material and graphite as a negative electrode active material was obtained.

このコイン電池を、2mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、2mA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1時間30分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は90.3mAh/gだった。同様に、4.0〜3.0Vの範囲で充放電を100回繰り返した。その結果、100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、(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は89%だった。   The coin battery was charged with a constant current of 2 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 2 mA. As a result, the voltage became almost constant for 1 hour 30 minutes around 3.5 V, and then dropped rapidly. The discharge capacity per electrode active material was 90.3 mAh / g. Similarly, charging / discharging was repeated 100 times in the range of 4.0 to 3.0V. As a result, in all of the 100 charging / discharging operations, the voltage became constant at around 3.5 V during discharging, and ((100th discharge capacity) / (1st discharge capacity) was 89%.

(実施例4)
自転公転式撹拌器の容器に水10gを量りとり、カルボキシメチルセルロース25mgを加え、30分間攪拌し完全に溶解させた。そこへ、ポリ(テトラフルオロエチレン)(PTFE)100mgを加えてさらに攪拌し、グラファイト粉末1.125gを加えて再び攪拌した。さらに、合成例1で合成した架橋ポリラジカル化合物(6)1.25gを加え、さらに15分攪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、60℃で乾燥させて正極を作製した。正極の厚みは100μmであった。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等はみられなく、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。なお、この電極の質量は10.6mgであった。
Example 4
10 g of water was weighed into a container of a rotation and revolution type stirrer, 25 mg of carboxymethylcellulose was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to be completely dissolved. Thereto, 100 mg of poly (tetrafluoroethylene) (PTFE) was added and further stirred, and 1.125 g of graphite powder was added and stirred again. Furthermore, 1.25 g of the crosslinked polyradical compound (6) synthesized in Synthesis Example 1 was added, and the mixture was further stirred for 15 minutes to obtain a slurry. The obtained slurry was applied on an aluminum foil and dried at 60 ° C. to produce a positive electrode. The thickness of the positive electrode was 100 μm. The produced electrode was not peeled off or 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. The mass of this electrode was 10.6 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、正極側ステンレス外装(かがつう製)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ディスクを積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で負極側ステンレス外装(かがつう製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として架橋ポリラジカル化合物(6)、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 side stainless steel exterior (manufactured by Kagatsu), and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution was laminated thereon. Further, a lithium disk serving as a negative electrode was laminated, and a negative electrode side stainless steel exterior (manufactured by Kasuga) was superposed with an insulating packing disposed around the negative electrode. By applying pressure with a caulking machine, a closed coin-type battery using a crosslinked polyradical compound (6) as a positive electrode active material and metallic lithium as a negative electrode active material was obtained.

このコイン電池を、2mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、2mA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1時間5分間観測された。電極活物質あたりの放電容量は88.5mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を100回繰り返した結果、(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は91%だった。   The coin battery was charged with a constant current of 2 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 2 mA. As a result, a voltage flat portion was observed at around 3.5 V for 1 hour and 5 minutes. The discharge capacity per electrode active material was 88.5 mAh / g. As a result of repeating charge and discharge 100 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (100th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 91%.

(実施例5)
1,7−オクタジエンジエポキシドのかわりに下記一般式(16)の化合物を用いた以外は合成例1と同じ方法で合成した架橋ポリラジカル化合物(11)を合成した。なお、架橋ポリラジカル化合物(11)における、TEMPO置換グリシジルエーテル単位と架橋構造とのモル比は、10:1である。
(Example 5)
A crosslinked polyradical compound (11) synthesized by the same method as in Synthesis Example 1 was synthesized except that the compound of the following general formula (16) was used instead of 1,7-octadiene diepoxide. In the crosslinked polyradical compound (11), the molar ratio of the TEMPO-substituted glycidyl ether unit to the crosslinked structure is 10: 1.

Figure 0005176130
Figure 0005176130

この架橋ポリラジカル化合物(11)を用いること以外は、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21.6mgであった。   A coin battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this crosslinked polyradical compound (11) was used. The positive electrode weight of this coin battery was 21.6 mg.

このコイン電池を、2mAの定電流で電圧が4.0Vになるまで充電し、その後、2mA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1時間40分間見られた。電極活物質あたりの放電容量は89.3mAh/gだった。4.0〜3.0Vの範囲で充放電を100回繰り返した結果、(100回目の放電容量)/(1回目の放電容量)は89%であった。   The coin battery was charged with a constant current of 2 mA until the voltage reached 4.0 V, and then discharged to 3.0 V with a constant current of 2 mA. As a result, a flat voltage portion was observed at around 3.5 V for 1 hour and 40 minutes. The discharge capacity per electrode active material was 89.3 mAh / g. As a result of repeating charge and discharge 100 times in the range of 4.0 to 3.0 V, (100th discharge capacity) / (first discharge capacity) was 89%.

(比較例1)
架橋ポリラジカル化合物(6)のかわりに下記一般式(17)で示す架橋ポリラジカル化合物を用いる以外は実施例1と同じ方法でコイン電池を作製した。なお、一般式(17)で示す架橋ポリラジカル化合物における、TEMPO置換メタクリレート単位と架橋構造とのモル比は、50:1である。
(Comparative Example 1)
A coin battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a crosslinked polyradical compound represented by the following general formula (17) was used instead of the crosslinked polyradical compound (6). In the crosslinked polyradical compound represented by the general formula (17), the molar ratio between the TEMPO-substituted methacrylate unit and the crosslinked structure is 50: 1.

Figure 0005176130
Figure 0005176130

このコイン電池に対して、実施例3と同様に3.0〜4.0Vの範囲で充放電を行った結果、電圧は3.5V付近で1時間17分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は85.1mAh/gだった。同様に、3.0〜4.0Vの範囲で充放電サイクルを100回繰り返した結果、(100サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)は73%であった(図2参照)。   As a result of charging and discharging the coin battery in the range of 3.0 to 4.0 V in the same manner as in Example 3, the voltage became almost constant for 1 hour and 17 minutes near 3.5 V, and then dropped rapidly. . The discharge capacity per electrode active material was 85.1 mAh / g. Similarly, as a result of repeating the charge / discharge cycle 100 times in the range of 3.0 to 4.0 V, (discharge capacity at the 100th cycle) / (discharge capacity at the first cycle) was 73% (see FIG. 2). ).

(比較例2)
架橋ポリラジカル化合物(6)のかわりに架橋ポリラジカル化合物(17)を用いる以外は実施例3と同じ方法でコイン電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A coin battery was produced in the same manner as in Example 3 except that the crosslinked polyradical compound (17) was used instead of the crosslinked polyradical compound (6).

このコイン電池に対して、実施例3と同様に3.0〜4.0Vの範囲で充放電を行った結果、電圧は3.5V付近で1時間8分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は79.3mAh/gだった。同様に、3.0〜4.0Vの範囲で充放電サイクルを100回繰り返した結果、(100サイクル目の放電容量)/(1サイクル目の放電容量)は70%であった。   As a result of charging and discharging the coin battery in the range of 3.0 to 4.0 V in the same manner as in Example 3, the voltage became substantially constant for 1 hour and 8 minutes near 3.5 V, and then dropped rapidly. . The discharge capacity per electrode active material was 79.3 mAh / g. Similarly, as a result of repeating the charge / discharge cycle 100 times in the range of 3.0 to 4.0 V, (discharge capacity at the 100th cycle) / (discharge capacity at the first cycle) was 70%.

本発明の電池の構成の一実施形態の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of one Embodiment of the structure of the battery of this invention. 実施例1と比較例1のサイクル試験結果のグラフである。6 is a graph of cycle test results of Example 1 and Comparative Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 ステンレス外装
2 絶縁パッキン
3 負極
4 セパレータ
5 正極
6 正極集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stainless steel exterior 2 Insulation packing 3 Negative electrode 4 Separator 5 Positive electrode 6 Positive electrode collector

Claims (5)

下記一般式(1)で表される繰り返し構造単位を有し、かつ下記一般式(2)で表される構造によって架橋されたポリラジカル化合物。
Figure 0005176130
(一般式(1)において、R1〜R3は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基、R4〜R5はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基、R6〜R9はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
Figure 0005176130
(一般式(2)において、Xは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレンジオキシ基、またはフェニレン基、またはフェニレンジオキシ基、または一般式(3)で表される2価の構造を示す。R10〜R15は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す。)
Figure 0005176130
(一般式(3)において、Yは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、またはフェニレン基、または一般式(4)もしくは一般式(5)で表される2価の構造を示す。R16〜R19は、それぞれ独立に水素原子または炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
Figure 0005176130
(一般式(4)において、nは1〜10の整数を表す。)
Figure 0005176130
(一般式(5)において、Zは炭素数1〜12の直鎖、分岐、環状アルキレン基、または酸素原子を表す。mは1〜10の整数を表す。)
A polyradical compound having a repeating structural unit represented by the following general formula (1) and crosslinked by a structure represented by the following general formula (2).
Figure 0005176130
(In General formula (1), R < 1 > -R < 3 > is respectively independently a hydrogen atom or a methyl group, R < 4 > -R < 5 > is respectively independently a hydrogen atom or a C1-C3 alkyl group, R < 6 > -R < 9 >. Each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)
Figure 0005176130
(In the general formula (2), X represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a linear, branched, or cyclic alkylenedioxy group, or phenylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms. An oxy group or a divalent structure represented by the general formula (3) is shown. R 10 to R 15 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group.)
Figure 0005176130
(In General Formula (3), Y represents a linear, branched, cyclic alkylene group, or phenylene group having 1 to 12 carbon atoms, or a divalent structure represented by General Formula (4) or General Formula (5). R 16 to R 19 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.)
Figure 0005176130
(In general formula (4), n represents an integer of 1 to 10.)
Figure 0005176130
(In General Formula (5), Z represents a linear, branched, or cyclic alkylene group having 1 to 12 carbon atoms or an oxygen atom. M represents an integer of 1 to 10.)
一般式(1)で表される繰り返し構造単位と一般式(2)で表される構造のモル比が、5:1〜1000:1である請求項1に記載のポリラジカル化合物。   The polyradical compound according to claim 1, wherein the molar ratio of the repeating structural unit represented by the general formula (1) to the structure represented by the general formula (2) is 5: 1 to 1000: 1. 少なくとも、正極、負極、及び電解質を構成要素とする電池の、該正極及び該負極の少なくとも一方に用いる電極活物質において、請求項1または2に記載のポリラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質。   At least an electrode active material used for at least one of the positive electrode and the negative electrode of a battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as a constituent element contains the polyradical compound according to claim 1 or 2. Electrode active material. 少なくとも、正極、負極、及び電解質を構成要素とする電池において、該正極及び該負極の少なくとも一方に、請求項3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 at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte as constituents, wherein the electrode active material according to claim 3 is used for at least one of the positive electrode and the negative electrode. 少なくとも正極に、前記電極活物質を用いることを特徴とする請求項4に記載の電池。   The battery according to claim 4, wherein the electrode active material is used at least for a positive electrode.
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