JP5233267B2 - Electric storage device and positive electrode material thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電デバイス及びその正極材料に関する。 The present invention relates to an electricity storage device and a positive electrode material thereof.
リチウムは、標準還元電位が−3.05Vであり、電気化学列で最も卑な金属である。このため、リチウムを負極とする蓄電デバイスの動作電圧は高く、高エネルギーとなる。一方、リチウムの原子量は金属中で最も小さいため、その理論容量は3862mAh/gと非常に大きい。したがって、リチウムを負極に用いるとエネルギー密度の高い蓄電デバイスを得ることが可能となる。リチウムを負極に用いる蓄電デバイスとしては、正極にカーボン材料を用いることが多く、例えば、フッ化グラファイトを用いる3V級のリチウム一次電池が実現化され、1970年代より広く用いられている。代表的なカーボン材料であるグラファイトでは、6個のC原子に対し1個のLiイオンが挿入することから理論容量が372mAh/gである。一方、1985年にフラーレンC60の存在が初めて確かめられて以来、フラーレンを正極に用いる蓄電デバイスも提案されてきた。例えば、特許文献1には、アルカリ電池の正極にフラーレンを添加することにより、高温貯蔵後の重負荷放電においても良好な放電特性が得られると記載されている。
しかしながら、本発明者がリチウム負極とフラーレンC60を添加した正極との間に非水系電解質を注入したリチウム電池を作製し、正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、600mAh/gであり(後述する比較例2参照)、高容量のエネルギー蓄電デバイスといえるほどではなかった。 However, when the present inventor fabricated a lithium battery in which a non-aqueous electrolyte was injected between a lithium negative electrode and a positive electrode to which fullerene C 60 was added and measured the discharge capacity per positive electrode member weight, it was 600 mAh / g ( It was not so much that it could be said to be a high-capacity energy storage device.
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、高容量のエネルギーを蓄えることが可能な蓄電デバイスを提供することを目的の一つとする。また、こうした蓄電デバイスを得るのに適した正極材料を提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electricity storage device capable of storing high-capacity energy. Another object is to provide a positive electrode material suitable for obtaining such an electricity storage device.
上述した目的を達成するために、本発明者らは、リチウム負極とフラーレンにピロリジニウム塩を付与した正極材料を含む正極とを利用した蓄電デバイスを作製したところ、単なるフラーレンを正極材料とした場合に比べて格段に高容量のエネルギーを蓄えることを見いだし、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above-described object, the present inventors made an electricity storage device using a lithium negative electrode and a positive electrode containing a positive electrode material obtained by adding a pyrrolidinium salt to fullerene. As a result, it has been found that an extremely large amount of energy can be stored, and the present invention has been completed.
即ち、本発明の蓄電デバイスは、リチウム負極と、下記式(1)で表されるフラーレン誘導体を含む正極と、前記正極と前記リチウム負極との間に介在する電解質と、を備えたものである。
また、本発明の正極材料は、正極とリチウム負極との間に電解質が介在する蓄電デバイスの正極に用いられる材料であって、前出の式(1)で表されるフラーレン誘導体からなるものである。 The positive electrode material of the present invention is a material used for the positive electrode of an electricity storage device in which an electrolyte is interposed between the positive electrode and the lithium negative electrode, and is composed of a fullerene derivative represented by the above formula (1). is there.
本発明の蓄電デバイスによれば、単なるフラーレンを含む正極を利用した蓄電デバイスに比べて、格段に高容量のエネルギーを蓄えることができる。 According to the electricity storage device of the present invention, it is possible to store much higher capacity energy than an electricity storage device that uses a positive electrode containing mere fullerene.
本発明の蓄電デバイスにおいて、リチウム負極は、例えば金属リチウムであってもよいし、リチウム合金であってもよい。リチウム合金は、例えばアルミニウムやスズ、マグネシウム、インジウム、カルシウムなどとリチウムとの合金であってもよい。 In the electricity storage device of the present invention, the lithium negative electrode may be, for example, metallic lithium or a lithium alloy. The lithium alloy may be, for example, an alloy of lithium with aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, or the like.
本発明の蓄電デバイスにおいて、正極は、正極材料として上記式(1)で表されるフラーレン誘導体を含んでいる。こうしたフラーレン誘導体は、例えば、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティの115巻、9798頁に記載された既存の方法により合成することができる。ここで、式(1)におけるnは、Fuに結合したピロリジニウム基の数を表すが、1〜8のいずれかの整数である。このnは1つの値でもよいし、2つ以上の値であってもよい。Fuは、フラーレンC60,C70,C74,C76,C78,C80,C82,C84,C90及びC96のいずれか1種であってもよいし、2種以上の混合物であってもよいが、フラーレンC60であることが製造コストが最も安いという理由から好ましい。R1,R2は、それぞれ独立して水素原子又は分岐を有していてもよいアルキル基であるが、炭素数が1〜4のアルキル基であることが炭素数が5以上のアルキル基のフラーレン誘導体の合成時の収率が極めて低いという理由から好ましく、分岐を有していない直鎖状であることが分岐を有しているものよりも合成時の収率が高いという理由から好ましい。このようなアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基が挙げられる。X-は塩素イオン、臭素イオン及びヨウ素イオンのいずれかであるが、このうち臭素イオンまたはヨウ素イオンであることがハロゲンイオンの導入時の収率が高いため好ましい。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode contains a fullerene derivative represented by the above formula (1) as a positive electrode material. Such fullerene derivatives can be synthesized by, for example, an existing method described in Journal of American Chemical Society, vol. 115, page 9798. Here, n in Formula (1) represents the number of pyrrolidinium groups bonded to Fu, and is an integer of 1 to 8. This n may be one value or two or more values. Fu may be one of fullerenes C 60 , C 70 , C 74 , C 76 , C 78 , C 80 , C 82 , C 84 , C 90 and C 96 , or a mixture of two or more. However, fullerene C 60 is preferable because the production cost is the lowest. R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group which may have a branch, but an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is an alkyl group having 5 or more carbon atoms. It is preferable because the yield during synthesis of the fullerene derivative is extremely low, and a straight chain having no branch is preferable because the yield during synthesis is higher than that having a branch. Examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, and an n-butyl group. X − is any one of a chlorine ion, a bromine ion and an iodine ion, and among these, a bromine ion or an iodine ion is preferable because a yield upon introduction of a halogen ion is high.
本発明の蓄電デバイスにおいて、正極は、導電材を含んでいてもよい。導電材としては、導電性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、ケッチェンブラックやアセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類でもよいし、鱗片状黒鉛のような天然黒鉛や人造黒鉛、膨張黒鉛などのグラファイト類でもよいし、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類でもよいし、銅や銀、ニッケル、アルミニウムなどの金属粉末類でもよいし、ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料でもよい。また、これらを単体で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode may contain a conductive material. The conductive material is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, carbon blacks such as ketjen black, acetylene black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black may be used, and natural graphite such as flake graphite, graphite such as artificial graphite and expanded graphite may be used. Further, conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers, metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum, or organic conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used. These may be used alone or in combination.
本発明の蓄電デバイスにおいて、正極は、バインダを含んでいてもよい。バインダとしては、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、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−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、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共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体などが挙げられる。これらの材料は単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode may contain a binder. Although it does not specifically limit as a binder, A thermoplastic resin, a thermosetting resin, etc. are mentioned. For example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), Tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin) , Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrif Examples include olefin copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, and ethylene-acrylic acid copolymer. . These materials may be used alone or in combination.
本発明の蓄電デバイスにおいて、正極は、例えば上記式(1)で表されるフラーレン誘導体と導電材とバインダとを混合したあと、集電体にプレス成形して形成してもよい。集電体としては、特に限定するものではないが、例えば、InSnO2,SnO2,ZnO,In2O2などの透明導電材、フッ素ドープ酸化錫(SnO2:F)、アンチモンドープ酸化錫(SnO2:Sb)、錫ドープ酸化インジウム(In2O3:Sn)、ZnO,Alドープ酸化亜鉛(ZnO:Al)、Gaドープ酸化亜鉛(ZnO:Ga)などの不純物がドープされたそれらの材料等の単層又は積層層を、ガラスや高分子状に形成させたものを用いることができる。その膜厚は、特に限定されるものではないが、3nmから10μm程度が好ましい。なお、ガラスや高分子の表面がフラットなものでもよいし、表面に凹凸を有しているものでもよい。また、集電板として、ステンレス鋼やアルミニウム、銅などの金属板を用いることもできる。 In the electricity storage device of the present invention, the positive electrode may be formed by, for example, mixing a fullerene derivative represented by the above formula (1), a conductive material, and a binder and then press-molding the current collector. The current collector is not particularly limited, for example, InSnO 2, SnO 2, ZnO, transparent conductive material such as an In 2 O 2, fluorine-doped tin oxide (SnO 2: F), antimony-doped tin oxide ( Those materials doped with impurities such as SnO 2 : Sb), tin-doped indium oxide (In 2 O 3 : Sn), ZnO, Al-doped zinc oxide (ZnO: Al), and Ga-doped zinc oxide (ZnO: Ga) A single layer or a laminated layer such as glass or a polymer can be used. The film thickness is not particularly limited, but is preferably about 3 nm to 10 μm. The glass or polymer surface may be flat, or the surface may be uneven. Further, a metal plate such as stainless steel, aluminum, or copper can be used as the current collector plate.
本発明の蓄電デバイスにおいて、電解質については、特に限定されるものではないが、支持塩を含む電解液やゲル電解質、固体電解質などを用いることができる。支持塩としては、例えば、LiPF6,LiClO4,LiBF4,Li(CF3SO2)2N,(C2H5)4NBF4,(C4H9)4NBF4,(C2H5)4NPF6、(C4H9)4NPF6などの公知の支持塩を用いることができる。また、支持塩としては、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムビス(トリフルオロスルホニル)イミドや1−エチル−3−ブチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートなどのイオン性液体を用いることもできる。支持塩の濃度としては、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。電解液としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)など従来の二次電池やキャパシタに使われる有機溶媒が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。ゲル電解質としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレングリコール、ポリアクリロニトリルなどの高分子類またはアミノ酸誘導体やソルビトール誘導体などの糖類に、支持塩を含む電解液を含ませてなるゲル電解質が挙げられる。固体電解質としては、無機固体電解質や有機固体電解質などが挙げられる。無機固体電解質としては、例えば、Liの窒化物、ハロゲン化物、酸素酸塩などがよく知られている。なかでも、Li4SiO4、Li4SiO4−LiI−LiOH、xLi3PO4−(1−x)Li4SiO4、Li2SiS3、Li3PO4−Li2S−SiS2、硫化リン化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリホスファゼン、ポリエチレンスルフィド、ポリヘキサフルオロプロピレンなどやこれらの誘導体が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 In the electricity storage device of the present invention, the electrolyte is not particularly limited, but an electrolytic solution containing a supporting salt, a gel electrolyte, a solid electrolyte, or the like can be used. Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 4 H 9 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) Known supporting salts such as 4 NPF 6 and (C 4 H 9 ) 4 NPF 6 can be used. As the supporting salt, ionic liquids such as 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide and 1-ethyl-3-butylimidazolium tetrafluoroborate can also be used. The concentration of the supporting salt is preferably 0.1 to 2.0M, and more preferably 0.8 to 1.2M. As an electrolytic solution, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), γ-butyrolactone (γ-BL), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) and the like are used for conventional secondary batteries and capacitors. An organic solvent is mentioned. These may be used alone or in combination. The gel electrolyte is not particularly limited. For example, a polymer such as polyvinylidene fluoride, polyethylene glycol, or polyacrylonitrile, or a saccharide such as an amino acid derivative or sorbitol derivative is added with an electrolyte containing a supporting salt. And a gel electrolyte. Examples of the solid electrolyte include inorganic solid electrolytes and organic solid electrolytes. Well-known inorganic solid electrolytes include, for example, Li nitrides, halides, oxyacid salts, and the like. Among them, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, xLi 3 PO 4 - (1-x) Li 4 SiO 4, Li 2 SiS 3, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, sulfide Examples thereof include phosphorus compounds. These may be used alone or in combination. Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyphosphazene, polyethylene sulfide, polyhexafluoropropylene, and derivatives thereof. These may be used alone or in combination.
本発明の蓄電デバイスは、リチウム負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、蓄電デバイスの使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。 The electricity storage device of the present invention may include a separator between the lithium negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as it is a composition that can withstand the usage range of the electricity storage device. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a microporous film of an olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. Can be mentioned. These may be used alone or in combination.
本発明の蓄電デバイスの形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。本発明の蓄電デバイスの一例を図1に模式的に示す。この蓄電デバイス10は、リチウム負極14と正極16との間に電解液18を備えたものである。このうち、正極16は、上記式(1)のフラーレン誘導体16aのほか導電材16bやバインダ16cを混合したあと集電体16dにプレス成形して作製されている。 The shape of the electricity storage device of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. An example of the electricity storage device of the present invention is schematically shown in FIG. The electricity storage device 10 includes an electrolytic solution 18 between a lithium negative electrode 14 and a positive electrode 16. Among these, the positive electrode 16 is produced by mixing the fullerene derivative 16a of the above formula (1) with the conductive material 16b and the binder 16c and then press-molding the current collector 16d.
フラーレンC60(東京化成工業製)0.1gをトルエン100mLに50℃にて溶解させ、これにホルムアルデヒド(アルドリッチ製)23mg,N−メチルグリシン(アルドリッチ製)26mgを加え、直ちに120℃まで加熱してトルエンを還流させた。2時間還流後冷却して、濃褐色の透明液体を得た。この溶液をシリカゲルのクロマトグラフにかけ、C60−N−メチルピロリジンを得た。このC60−N−メチルピロリジン17mgをトルエン25mLにサンプル瓶の中で室温にて溶解させ、続いてヨウ化メチル(東京化成工業製)を15mL加えて、サンプル瓶をアルミ箔で覆った後、室温下で96時間撹拌し続けた。この溶液中に沈殿した生成物をろ過してフラーレン誘導体を得た。得られたフラーレン誘導体を質量分析した。そのときのチャートを図2の上段に示す。このチャートによって、得られたフラーレン誘導体がフラーレンC60にN,N−ジメチルピロリジニウムアイオダイドが1つ付いた化合物1(下記式(2)においてn=1,R1=R2=CH3、X=I)であることを確認した。ここでの質量分析は、MALDI−MS分析であり、ブルーカー・ダルトニクス(Bruker Daltonics)製のオートフレックス(Autoflex)を使用して行った。
正極は次のようにして作製した。ケッチェンブラック(三菱化学製ECP−600)80mg,フラーレン誘導体20mg、テフロンパウダ(ダイキン工業製)5mgを乾式で乳鉢を用いて練り合わせてシート状の正極部材を得た。その正極部材6mgを集電体であるニッケルメッシュに圧着して正極とした。負極には、直径10mm、厚さ0.5mmの金属リチウム(本城金属製)を用いた。そして、これらを用いて北斗電工製のF型電気化学セル20を組み立てた。F型電気化学セル20を図3に示す。まず、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、SUS製のケーシング22に負極24と正極26とを互いに対向するようにセットし、1Mのリチウムヘキサフルオロホスフェートのエチレンカーボネート・ジエチルカーボネート溶液(富山薬品製)を電解液30として負極24と正極26との間のスペース28に注入した。その後、正極26に発泡ニッケル板32を載せ、ガス溜め34に窒素ガスを充填した状態で密閉した。このようにして得られたF型電気化学セル20を、北斗電工製の充放電装置(型名HJ1001SM8A)にセットし、負極24と正極26との間で0.25mAの電流を流して開放端電圧が2.4Vになるまで放電した。図4は、時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフである。このグラフから正極部材重量あたりの放電容量を求めたところ、3280mAh/gであった。なお、図示しないが、ケーシング22は正極26と接触する上部と負極24と接触する下部とに分離可能であり、上部と下部との間に絶縁樹脂が介在している。これにより、正極26と負極24とは電気的に絶縁されている。 The positive electrode was produced as follows. 80 mg of Ketjen black (Mitsubishi Chemical ECP-600), 20 mg of fullerene derivative and 5 mg of Teflon powder (Daikin Industries) were kneaded dry using a mortar to obtain a sheet-like positive electrode member. 6 mg of the positive electrode member was pressure-bonded to a nickel mesh as a current collector to obtain a positive electrode. For the negative electrode, metallic lithium (made by Honjo Metal) having a diameter of 10 mm and a thickness of 0.5 mm was used. And F type electrochemical cell 20 made by Hokuto Denko was assembled using these. An F-type electrochemical cell 20 is shown in FIG. First, in a glove box under an argon atmosphere, a negative electrode 24 and a positive electrode 26 are set in a SUS casing 22 so as to face each other, and a 1M lithium hexafluorophosphate ethylene carbonate / diethyl carbonate solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical) Was injected into the space 28 between the negative electrode 24 and the positive electrode 26 as an electrolytic solution 30. Thereafter, the foamed nickel plate 32 was placed on the positive electrode 26 and sealed in a state where the gas reservoir 34 was filled with nitrogen gas. The F type electrochemical cell 20 thus obtained was set in a charge / discharge device (model name HJ1001SM8A) manufactured by Hokuto Denko, and a current of 0.25 mA was passed between the negative electrode 24 and the positive electrode 26 to open the open end. The battery was discharged until the voltage was 2.4V. FIG. 4 is a graph showing a change in open-circuit voltage with respect to time. The discharge capacity per weight of the positive electrode member was determined from this graph and found to be 3280 mAh / g. Although not shown, the casing 22 can be separated into an upper part that contacts the positive electrode 26 and a lower part that contacts the negative electrode 24, and an insulating resin is interposed between the upper part and the lower part. Thereby, the positive electrode 26 and the negative electrode 24 are electrically insulated.
実施例1において、パラホルムアルデヒド(アルドリッチ製)を46mg、N−メチルグリシン(アルドリッチ製)を38mg使用した以外は、実施例1と同様にしてフラーレン誘導体を得た。このフラーレン誘導体の質量分析を行ったところ、図2の中段に示すチャートが得られた。このチャートによって、得られたフラーレン誘導体が、化合物1を主成分とし、化合物2〜化合物5を含む混合物であることを確認した。なお、化合物2〜5は、上記式(2)のnが2〜5であること以外は化合物1と同様の構造である。こうして得られたフラーレン誘導体につき、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、3560mAh/gであった。 A fullerene derivative was obtained in the same manner as in Example 1, except that 46 mg of paraformaldehyde (manufactured by Aldrich) and 38 mg of N-methylglycine (manufactured by Aldrich) were used. When the fullerene derivative was subjected to mass spectrometry, a chart shown in the middle of FIG. 2 was obtained. From this chart, it was confirmed that the obtained fullerene derivative was a mixture containing Compound 1 as a main component and Compound 2 to Compound 5. Compounds 2 to 5 have the same structure as Compound 1 except that n in the above formula (2) is 2 to 5. With respect to the fullerene derivative thus obtained, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured. The result was 3560 mAh / g.
実施例1において、パラホルムアルデヒド(アルドリッチ製)を86mg、N−メチルグリシン(アルドリッチ製)を112mg使用した以外は、実施例1と同様にしてフラーレン誘導体を得た。このフラーレン誘導体の質量分析を行ったところ、図2の下段に示すチャートが得られた。このチャートによって、得られたフラーレン誘導体が、化合物1〜8を含む混合物であることを確認した。なお、化合物6〜8は、上記式(2)のnが6〜8であること以外は化合物1と同様の構造である。こうして得られたフラーレン誘導体につき、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、6200mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図5に示す。 A fullerene derivative was obtained in the same manner as in Example 1 except that 86 mg of paraformaldehyde (manufactured by Aldrich) and 112 mg of N-methylglycine (manufactured by Aldrich) were used in Example 1. When the mass spectrometry of this fullerene derivative was performed, the chart shown in the lower stage of FIG. 2 was obtained. From this chart, it was confirmed that the obtained fullerene derivative was a mixture containing compounds 1 to 8. Compounds 6 to 8 have the same structure as Compound 1 except that n in the above formula (2) is 6 to 8. With respect to the fullerene derivative thus obtained, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured. The result was 6200 mAh / g. The graph showing the change of the open end voltage with respect to the time at that time is shown in FIG.
実施例1において、N−メチルグリシンの代わりにグリシンを使用した以外は、実施例1と同様にしてフラーレン誘導体(上記式(2)においてn=1,R1=H,R2=CH3、X=I)を得た。こうして得られたフラーレン誘導体につき、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、4438mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図6に示す。 In Example 1, fullerene derivatives (in the above formula (2), n = 1, R 1 = H, R 2 = CH 3 , except that glycine was used instead of N-methylglycine) X = I) was obtained. With respect to the fullerene derivative thus obtained, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured. The result was 4438 mAh / g. A graph showing a change in the open-circuit voltage with respect to the time is shown in FIG.
実施例1において、ヨウ化メチルの代わりに臭化エチル(アルドリッチ製)を使用した以外は、実施例1と同様にしてフラーレン誘導体(上記式(2)においてn=1〜8,R1=R2=CH3、X=Br)を得た。こうして得られたフラーレン誘導体につき、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、3627mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図7に示す。 In Example 1, fullerene derivatives (n = 1 to 8, R 1 = R in the above formula (2) were used in the same manner as in Example 1 except that ethyl bromide (manufactured by Aldrich) was used instead of methyl iodide. 2 = CH 3 , X = Br). With respect to the fullerene derivative thus obtained, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured. The result was 3627 mAh / g. A graph showing a change in the open-circuit voltage with respect to the time is shown in FIG.
実施例1において、ガス溜め34に窒素ガスの代わりにドライ酸素を充填し、開放端電圧が2.0Vまで0.1mAで放電し、その後0.1mAで4.2Vまで充電した以外は、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立て、正極部材重量あたりの充放電容量を測定した。そうしたところ、放電容量は4397mAh/g、充電容量は3758mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図8に示す。 In Example 1, except that the gas reservoir 34 was filled with dry oxygen instead of nitrogen gas, the open-circuit voltage was discharged at 0.1 mA to 2.0 V, and then charged to 4.2 V at 0.1 mA. An F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and the charge / discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured. As a result, the discharge capacity was 4397 mAh / g, and the charge capacity was 3758 mAh / g. The graph showing the change of the open end voltage with respect to the time at that time is shown in FIG.
実施例1において、フラーレン誘導体を用いなかった以外は、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極と負極との間で0.05mAの電流を流して正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、560mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図4に示す。 In Example 1, except that the fullerene derivative was not used, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1, and a current of 0.05 mA was passed between the positive electrode and the negative electrode to discharge per weight of the positive electrode member. When the capacity was measured, it was 560 mAh / g. The graph showing the change of the open end voltage with respect to the time at that time is shown in FIG.
実施例1において、フラーレン誘導体の代わりにフラーレンC60(東京化成工業製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、1.3Vまでの放電容量は600mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図5に示す。 In Example 1, except that fullerene C 60 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of the fullerene derivative, an F-type electrochemical cell was assembled and the discharge capacity per weight of the positive electrode member was measured in the same manner as in Example 1. However, the discharge capacity up to 1.3 V was 600 mAh / g. The graph showing the change of the open end voltage with respect to time at that time is shown in FIG.
実施例1において、フラーレン誘導体の代わりにメソポーラスカーボンビーズ(大阪ガス製の商品名MCMB2528)を用いた以外は、実施例1と同様にしてF型電気化学セルを組み立てて正極部材重量あたりの放電容量を測定したところ、332mAh/gであった。そのときの時間に対する開放端電圧の変化を表すグラフを図9に示す。 In Example 1, an F-type electrochemical cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that mesoporous carbon beads (trade name MCMB2528 manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) were used instead of the fullerene derivative, and the discharge capacity per weight of the positive electrode member. Was 332 mAh / g. A graph showing a change in the open-circuit voltage with respect to time at that time is shown in FIG.
本発明の蓄電デバイスは、主に電気化学産業に利用可能であり、例えばハイブリッド車や電気自動車の動力源、携帯電話やパソコンなど民生用家電機器の電源、ロードレベリング(負荷平準化)などへの電気化学的デバイスに利用することができる。 The electricity storage device of the present invention can be used mainly in the electrochemical industry. For example, it can be used for power sources of hybrid vehicles and electric vehicles, power sources for consumer electronics such as mobile phones and personal computers, and load leveling (load leveling). It can be used for electrochemical devices.
10 蓄電デバイス、14 リチウム負極、16 正極、16a フラーレン誘導体、16b 導電材、16c バインダ、16d 集電体、18 電解液、20 F型電気化学セル、22 ケーシング、24 負極、26 正極、28 スペース、30 電解液、32 発泡ニッケル板、34 ガス溜め。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric storage device, 14 Lithium negative electrode, 16 Positive electrode, 16a Fullerene derivative, 16b Conductive material, 16c Binder, 16d Current collector, 18 Electrolyte, 20 F type electrochemical cell, 22 Casing, 24 Negative electrode, 26 Positive electrode, 28 Space, 30 Electrolyte, 32 Foamed nickel plate, 34 Gas reservoir.
Claims (5)
下記式(1)で表されるフラーレン誘導体を含む正極と、
前記正極と前記リチウム負極との間に介在する電解質と、
を備えた蓄電デバイス。
A positive electrode containing a fullerene derivative represented by the following formula (1);
An electrolyte interposed between the positive electrode and the lithium negative electrode;
An electricity storage device.
請求項1に記載の蓄電デバイス。 In the fullerene derivative represented by the formula (1), Fu is fullerene C 60 .
The electricity storage device according to claim 1.
請求項1又は2に記載の蓄電デバイス。 In the fullerene derivative represented by the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an n-butyl group.
The electricity storage device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載の蓄電デバイス。 The positive electrode includes a conductive material and a binder in addition to the fullerene derivative represented by the formula (1).
The electrical storage device in any one of Claims 1-3.
式(1)で表されるフラーレン誘導体からなる正極材料。
A positive electrode material comprising a fullerene derivative represented by the formula (1).
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