JP5534589B2 - Electrode active material and secondary battery - Google Patents

Electrode active material and secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP5534589B2
JP5534589B2 JP2010049459A JP2010049459A JP5534589B2 JP 5534589 B2 JP5534589 B2 JP 5534589B2 JP 2010049459 A JP2010049459 A JP 2010049459A JP 2010049459 A JP2010049459 A JP 2010049459A JP 5534589 B2 JP5534589 B2 JP 5534589B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substituted
group
unsubstituted
active material
electrode active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010049459A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011187231A (en
Inventor
正春 佐藤
慎一 中辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyogo Prefectural Government
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Hyogo Prefectural Government
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyogo Prefectural Government, Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Hyogo Prefectural Government
Priority to JP2010049459A priority Critical patent/JP5534589B2/en
Publication of JP2011187231A publication Critical patent/JP2011187231A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5534589B2 publication Critical patent/JP5534589B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は電極活物質及び二次電池に関し、より詳しくは有機化合物を使用した電極活物質、及び該電極活物質の電池電極反応を利用して充放電を繰り返す二次電池に関する。   The present invention relates to an electrode active material and a secondary battery, and more particularly to an electrode active material using an organic compound, and a secondary battery that repeats charging and discharging using a battery electrode reaction of the electrode active material.

携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の携帯用電子機器の市場拡大に伴い、これら電子機器のコードレス電源としてエネルギー密度が大きく長寿命の二次電池が待望されている。   With the expansion of the market for portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras, secondary batteries with high energy density and long life are expected as cordless power sources for these electronic devices.

そして、このような要求に応えるべく、リチウムイオン等のアルカリ金属イオンを荷電担体とし、その電荷授受に伴う電気化学反応を利用した二次電池が開発されている。特に、エネルギー密度の大きなリチウムイオン二次電池は、現在では広く普及している。   In response to such demands, secondary batteries have been developed that use an alkali metal ion such as lithium ion as a charge carrier and use an electrochemical reaction associated with the charge exchange. In particular, lithium ion secondary batteries having a high energy density are now widely used.

二次電池の構成要素のうち電極活物質は、充電反応、放電反応という電池電極反応に直接寄与する物質であり、二次電池の中心的役割を有する。すなわち、電池電極反応は、電解質中に配された電極と電気的に接続された電極活物質に電圧を印加することにより、電子の授受を伴って生じる反応であり、電池の充放電時に進行する。したがって、上述したように電極活物質は、システム的には二次電池の中心的役割を有する。   Among the constituent elements of the secondary battery, the electrode active material is a substance that directly contributes to a battery electrode reaction such as a charge reaction and a discharge reaction, and has a central role of the secondary battery. That is, the battery electrode reaction is a reaction that occurs with the transfer of electrons by applying a voltage to an electrode active material that is electrically connected to an electrode disposed in the electrolyte, and proceeds during charge and discharge of the battery. . Therefore, as described above, the electrode active material has a central role of the secondary battery in terms of system.

そして、上記リチウムイオン二次電池では、正極活物質としてリチウム含有遷移金属酸化物を使用し、負極活物質として炭素材料を使用し、これらの電極活物質に対するリチウムイオンの挿入反応、及び脱離反応を利用して充放電を行っている。   In the lithium ion secondary battery, a lithium-containing transition metal oxide is used as a positive electrode active material, a carbon material is used as a negative electrode active material, and lithium ion insertion reaction and desorption reaction with respect to these electrode active materials. Charging and discharging is performed using

しかしながら、上記リチウムイオン二次電池は、正極におけるリチウムイオンの移動が律速となるため、充放電の速度が制限されるという問題があった。すなわち、上述したリチウムイオン二次電池では電解質や負極に比べて正極の遷移金属酸化物中でのリチウムイオンの移動速度が遅く、このため正極での電池反応速度が律速となって充放電速度が制限され、その結果、高出力化や充電時間の短時間化には限界があった。   However, the lithium ion secondary battery has a problem that the rate of charge and discharge is limited because the movement of lithium ions in the positive electrode is rate-limiting. That is, in the lithium ion secondary battery described above, the movement rate of lithium ions in the transition metal oxide of the positive electrode is slower than that of the electrolyte and the negative electrode, and therefore the battery reaction rate at the positive electrode is rate-limiting and the charge / discharge rate is increased. As a result, there is a limit to increasing the output and shortening the charging time.

そこで、このような課題を解決すべく、近年、有機化合物を正極活物質とする二次電池が提案されている。そして、これら有機化合物のうち有機ラジカル化合物を利用した二次電池の研究開発が盛んに行われている。   Therefore, in order to solve such problems, in recent years, secondary batteries using an organic compound as a positive electrode active material have been proposed. Research and development of secondary batteries using organic radical compounds among these organic compounds are being actively conducted.

有機ラジカル化合物は、電子軌道の最外殻に不対電子であるラジカルを有している。このラジカルは、一般には反応性に富んだ化学種であり、周囲の物質との相互作用によって、ある程度の寿命を持って消失するものが多いが、共鳴効果や立体障害、溶媒和の状態によっては安定したものとなる。   The organic radical compound has a radical which is an unpaired electron in the outermost shell of the electron orbit. This radical is generally a highly reactive chemical species that disappears with a certain lifetime due to interaction with surrounding substances, but depending on the resonance effect, steric hindrance, and solvation state. It will be stable.

また、ラジカルは反応速度が速いので、安定ラジカルの酸化還元反応を利用して充放電を行うことにより、充電時間を短時間で完了させることが可能となる。さらに、有機ラジカル化合物は、反対する不対電子がラジカル原子に局在化して存在するため、反応部位の濃度を増大させることができ、これにより高容量の二次電池の実現を期待することができる。   In addition, since radicals have a high reaction rate, it is possible to complete the charging time in a short time by performing charge / discharge using a redox reaction of a stable radical. Furthermore, the organic radical compound has the opposite unpaired electrons localized in the radical atom, so that the concentration of the reaction site can be increased, and this can be expected to realize a high-capacity secondary battery. it can.

そして、特許文献1には、ニトロキシルラジカル化合物、オキシラジカル化合物、及び窒素原子上にラジカルを有する窒素ラジカル化合物を使用した二次電池用活物質が提案されている。   Patent Document 1 proposes an active material for a secondary battery using a nitroxyl radical compound, an oxy radical compound, and a nitrogen radical compound having a radical on a nitrogen atom.

この特許文献1では、ラジカルとして安定性の高いニトロキシルラジカル等を使用した実施例が記載されており、例えばニトロニルニトロキシド化合物を含む電極層を正極とし、リチウム張り合わせ銅箔を負極として二次電池を作製し、繰り返し充放電したところ10サイクル以上にわたって充放電が可能であることが確認されている。   This Patent Document 1 describes an example using a highly stable nitroxyl radical or the like as a radical. For example, a secondary battery using an electrode layer containing a nitronyl nitroxide compound as a positive electrode and a lithium-bonded copper foil as a negative electrode. After repeatedly charging and discharging, it has been confirmed that charging and discharging is possible over 10 cycles.

また、特許文献2には、ピロール環又はチオフェン環を含有した化合物と安定ラジカルとが一体となった導電性高分子化合物でリチウム含有遷移金属酸化物粒子を被覆した正極活物質が提案されている。   Patent Document 2 proposes a positive electrode active material in which lithium-containing transition metal oxide particles are coated with a conductive polymer compound in which a compound containing a pyrrole ring or thiophene ring and a stable radical are integrated. .

この特許文献2では、ピロール環又はチオフェン環で導電性を発現すると共に、正極活物質がラジカル部位を有していることから、電池反応が速やかに進行し、その結果、初期出力の高い二次電池を得ることができる。   In Patent Document 2, conductivity is exhibited by a pyrrole ring or a thiophene ring, and since the positive electrode active material has a radical site, the battery reaction proceeds quickly, and as a result, a secondary having a high initial output is obtained. A battery can be obtained.

また、特許文献3には、正極及び負極のうちの少なくとも一方に、酸化還元反応に伴う電子移動を電気エネルギーとして取り出すことが可能なキノン部位を有する第1の有機化合物と、リチウムイオンに対してキレート錯体形成可能な第2の有機化合物とを含む二次電池が提案されている。   Patent Document 3 discloses that at least one of a positive electrode and a negative electrode has a first organic compound having a quinone moiety capable of taking out electron transfer associated with a redox reaction as electric energy, and lithium ions. A secondary battery including a second organic compound capable of forming a chelate complex has been proposed.

この特許文献3では、リチウムイオンに対してキレート錯体形成可能な第2の有機化合物を加え、リチウムイオンの見掛け上の電荷密度を下げることにより、キノン部位を含有した第1の有機化合物の電荷密度を上げ、これによりリチウムイオンと第1の有機化合物との間の反応の可逆性を向上させている。   In Patent Document 3, the charge density of the first organic compound containing a quinone moiety is obtained by adding a second organic compound capable of forming a chelate complex with lithium ions and lowering the apparent charge density of the lithium ions. This improves the reversibility of the reaction between lithium ions and the first organic compound.

さらに、特許文献4には、正極及び負極のうちの少なくとも一方の電極活物質が、ラジカル化合物とキノン誘導体を含有した有機ラジカル二次電池が提案されている。   Further, Patent Document 4 proposes an organic radical secondary battery in which at least one of the positive electrode and the negative electrode contains an active compound containing a radical compound and a quinone derivative.

この特許文献4では、ラジカル化合物とキノン誘導体との混合物を電極活物質中に含有させることにより、充放電時の電池電圧を多段化することができ、これにより電池電圧による充電状態の検出を容易にしている。   In Patent Document 4, the mixture of a radical compound and a quinone derivative is included in the electrode active material, so that the battery voltage at the time of charging / discharging can be multi-staged, thereby easily detecting the state of charge based on the battery voltage. I have to.

特開2004−207249号公報(段落番号〔0278〕〜〔0282〕)JP 2004-207249 A (paragraph numbers [0278] to [0282]) 特開2009−283418号公報(段落番号〔0025〕、〔0075〕、〔0081〕)JP 2009-283418 A (paragraph numbers [0025], [0075], [0081]) 特開2008−112630号公報(段落番号〔0016〕〜〔0020〕、〔0055〕〜〔0059〕及び図1)JP 2008-112630 A (paragraph numbers [0016] to [0020], [0055] to [0059] and FIG. 1) 特開2009−295397号公報(請求項6、段落番号〔0031〕、〔0057〕、〔0107〕)JP 2009-29597A (Claim 6, paragraph numbers [0031], [0057], [0107])

しかしながら、特許文献1では、ニトロキシルラジカル化合物等の有機ラジカル化合物を電極活物質に使用しているものの、充放電反応は、1つの電子のみが関与する1電子反応に限定されている。すなわち、有機ラジカル化合物の場合、2電子以上の電子が関与する多電子反応を起こさせると、ラジカルが安定性を欠いて分解等が生じ、ラジカルが消失して充放電反応の可逆性が失われる。このため、特許文献1の有機ラジカル化合物では、1電子反応に限定せざるを得ず、高容量が期待できる多電子反応を実現するのは困難である。   However, in Patent Document 1, although an organic radical compound such as a nitroxyl radical compound is used as an electrode active material, the charge / discharge reaction is limited to a one-electron reaction involving only one electron. That is, in the case of an organic radical compound, when a multi-electron reaction involving two or more electrons is caused, the radical lacks stability and decomposes, and the radical disappears and the reversibility of the charge / discharge reaction is lost. . For this reason, the organic radical compound of Patent Document 1 must be limited to a one-electron reaction, and it is difficult to realize a multi-electron reaction that can be expected to have a high capacity.

また、特許文献2は、正極活物質がラジカル部位を有することにより、初期出力を向上させているものの、未だ容量が十分ではなく、高容量でサイクル特性の良好な電極活物質を得るのは困難と考えられる。   In Patent Document 2, although the positive electrode active material has a radical site to improve the initial output, the capacity is not sufficient yet, and it is difficult to obtain an electrode active material having a high capacity and good cycle characteristics. it is conceivable that.

特許文献3は、リチウムイオンと、キノン部位を含有した第1の有機化合物との間の反応の可逆性を向上させているものの、酸化還元状態での安定性が十分ではなく、容量も不足しているため、未だ実用化には至っていないのが現状である。   Although Patent Document 3 improves the reversibility of the reaction between lithium ions and the first organic compound containing a quinone moiety, the stability in the redox state is not sufficient and the capacity is insufficient. As a result, it has not yet been put to practical use.

さらに、特許文献4は、酸化還元電位が異なるラジカル化合物とキノン誘導体とを含むことで多段化し、電池電圧による充電状態の検出を容易にしているものの、未だ所望の高容量二次電池を得られていない状況にある。   Furthermore, although Patent Document 4 is multi-staged by including radical compounds and quinone derivatives having different oxidation-reduction potentials and facilitates detection of a charged state by battery voltage, a desired high-capacity secondary battery can still be obtained. Not in a situation.

このように特許文献1〜4のような従来の二次電池では、有機ラジカル化合物やキノン構造を有する化合物を電極活物質に使用したとしても、多電子反応による高容量化と充放電サイクルに対する安定性を両立させることは難しく、したがって、未だ十分に大きなエネルギー密度を有し、高出力でサイクル特性が良好で長寿命の電極活物質を実現できていないのが現状である。   As described above, in conventional secondary batteries such as Patent Documents 1 to 4, even when an organic radical compound or a compound having a quinone structure is used as an electrode active material, the capacity is increased by a multi-electron reaction and the stability against charge / discharge cycles is increased. Therefore, it is difficult to make the electrode active materials compatible with each other. Therefore, an electrode active material having a sufficiently high energy density, high output, good cycle characteristics, and long life has not been realized.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、エネルギー密度が大きく高出力で、充放電を繰り返しても容量低下の少ないサイクル特性の良好な電極活物質及び二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an electrode active material and a secondary battery that have high energy density, high output, and good cycle characteristics with little decrease in capacity even after repeated charge and discharge. For the purpose.

本発明者らは、電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用することができる有機化合物を得るべく鋭意研究したところ、共役ジオン構造と安定ラジカル構造を単位分子中に含有する有機化合物は、多電子反応が可能である上に充放電時の安定性にも優れており、したがって少ない分子量で多くの電気量を充電することができるという知見を得た。   The present inventors have intensively studied to obtain an organic compound that can be used as an active material of a secondary battery that repeats charge and discharge by a battery electrode reaction. As a result, the unit molecule contains a conjugated dione structure and a stable radical structure. The organic compound is capable of multi-electron reaction and is excellent in stability during charging and discharging, and thus has been found to be able to charge a large amount of electricity with a small molecular weight.

本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係る電極活物質は電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、一般式

Figure 0005534589
で表される共役ジオン構造と安定ラジカル構造を単位分子中に含有する有機化合物を主体とすることを特徴としている。 The present invention was made based on such findings, the electrode active material according to the present invention is an electrode active material to be used as an active material for a secondary battery repeats charging and discharging by the battery electrode reaction, generally formula
Figure 0005534589
It is characterized by mainly comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by

中、nは1以上の整数、Rは置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、Rは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含んでいる。 In the formula , n 1 is an integer of 1 or more, R 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, substituted or unsubstituted Acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted An amide group, a substituted or unsubstituted sulfone group, a substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, a substituted or unsubstituted sulfonamido group, a substituted or unsubstituted imine group, a substituted or unsubstituted azo group, and one or more thereof represents at least any one of a linking group comprising a combination of, R 2 is a hydrogen atom, Logen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group Substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted Indicate at least one of an alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group, and these substituents form a ring structure with each other and Nde including the case.

また、本発明に係る電極活物質は、電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、一般式

Figure 0005534589
で表される共役ジオン構造と安定ラジカル構造を単位分子中に含有する有機化合物を主体とすることを特徴としている。 The electrode active material according to the present invention is an electrode active material used as an active material of a secondary battery that repeats charging and discharging by a battery electrode reaction, and has a general formula
Figure 0005534589
It is characterized by mainly comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by

中、nは1以上の整数、Rは置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、Rは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含んでいる。 In the formula , n 2 is an integer of 1 or more, R 3 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, substituted or unsubstituted Acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted An amide group, a substituted or unsubstituted sulfone group, a substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, a substituted or unsubstituted sulfonamido group, a substituted or unsubstituted imine group, a substituted or unsubstituted azo group, and one or more thereof represents at least any one of a linking group comprising a combination of, R 4 is a hydrogen atom, Logen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group Substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted Indicate at least one of an alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group, and these substituents form a ring structure with each other and Nde including the case.

また、本発明に係る電極活物質は、電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、一般式

Figure 0005534589
で表される共役ジオン構造と安定ラジカル構造を単位分子中に含有する有機化合物を主体とすることを特徴としている。 The electrode active material according to the present invention is an electrode active material used as an active material of a secondary battery that repeats charging and discharging by a battery electrode reaction, and has a general formula
Figure 0005534589
It is characterized by mainly comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by

中、n及びnは1以上の整数、R及びRは置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、Rは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含んでいる。 In the formula , n 3 and n 4 are integers of 1 or more, R 5 and R 6 are substituted or unsubstituted alkyl groups, substituted or unsubstituted alkylene groups, substituted or unsubstituted arylene groups, substituted or unsubstituted carbonyls. Group, substituted or unsubstituted acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group Substituted or unsubstituted amide group, substituted or unsubstituted sulfone group, substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, substituted or unsubstituted sulfonamido group, substituted or unsubstituted imine group, substituted or unsubstituted azo group , And at least any one of linking groups consisting of one or more combinations thereof, R 7 is a hydrogen atom, halogen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted Aromatic hydrocarbon group, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group , A substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group. In which a ring structure is formed .

ところで、安定ラジカル構造は、一般に酸化反応によりカチオンを生成し、還元反応によりアニオンを生成する。しかしながら、特許文献1や特許文献2のように安定ラジカルを単独で使用した場合は、アニオンを生成する還元反応が不安定であり、電池電極反応に利用するのは困難であると考えられていた。   By the way, a stable radical structure generally generates a cation by an oxidation reaction and generates an anion by a reduction reaction. However, when stable radicals are used alone as in Patent Document 1 and Patent Document 2, the reduction reaction that generates anions is unstable, and it has been considered difficult to utilize for battery electrode reactions. .

しかるに、本発明者らが、共役ジオン構造と安定ラジカル構造の電気化学的性質を詳細に検討したところ、双方を単位分子中に含有させると安定性が増し、さらに共役ジオン構造の酸化還元電位を安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きくすることにより、還元反応側についても系の可逆性を安定化させることができ、これを電池電極反応に効果的に利用できることが分かった。   However, the present inventors have studied in detail the electrochemical properties of the conjugated dione structure and the stable radical structure. When both are contained in the unit molecule, the stability increases, and the redox potential of the conjugated dione structure is further increased. It was found that by making the stable radical structure larger than the redox potential during the reduction reaction, the reversibility of the system can be stabilized also on the reduction reaction side, and this can be effectively used for the battery electrode reaction.

すなわち、本発明の電極活物質は、前記有機化合物が、前記共役ジオン構造と前記安定ラジカル構造の双方を単位分子中に含有し、前記共役ジオン構造の酸化還元電位が前記安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きいことを特徴としている。   That is, in the electrode active material of the present invention, the organic compound contains both the conjugated dione structure and the stable radical structure in a unit molecule, and the redox potential of the conjugated dione structure is a reduction reaction of the stable radical structure. It is characterized by being larger than the redox potential at the time.

また、有機化合物の分子量が、過度に大きくなると、電極活物質の単位質量当たりに蓄積される電荷量が少なくなることから、分子量は700以下とするのが好ましい。   In addition, when the molecular weight of the organic compound becomes excessively large, the amount of charge accumulated per unit mass of the electrode active material decreases. Therefore, the molecular weight is preferably 700 or less.

すなわち、本発明の電極活物質は、前記有機化合物は分子量が700以下であることを特徴としている。   That is, the electrode active material of the present invention is characterized in that the organic compound has a molecular weight of 700 or less.

また、本発明に係る二次電池は、上述したいずれかに記載の電極活物質が、前記電池電極反応の少なくとも放電反応における反応出発物、生成物及び中間生成物のうちのいずれかに含まれることを特徴としている。   In the secondary battery according to the present invention, any of the electrode active materials described above is included in at least one of a reaction starting material, a product, and an intermediate product in the discharge reaction of the battery electrode reaction. It is characterized by that.

また、本発明の二次電池は、正極、負極、及び電解質を有し、前記正極が、前記電極活物質を主体としていることを特徴としている。   Moreover, the secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the positive electrode is mainly composed of the electrode active material.

本発明の電極活物質によれば、上述した一般式で表される共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有する有機化合物を主体としているので、多電子反応が可能である上に充放電時の安定性にも優れており、したがって高容量でサイクル特性の良好な電極活物質を得ることができる。 According to the electrode active material of the present invention, the main component is an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by the above general formula in a unit molecule, so that a multi-electron reaction is possible. It is also excellent in stability during charging and discharging, and therefore an electrode active material having a high capacity and good cycle characteristics can be obtained.

また、前記有機化合物が、前記共役ジオン構造の酸化還元電位が前記安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きいので、安定ラジカル構造の還元反応側についても電池電極反応に利用することが可能となる。したがって、電池電極反応でより多くの電子を反応に関与させることが可能となり、より一層の容量密度の向上が可能となる。そしてこれにより、よりエネルギー密度が大きく、サイクル特性が良好でより一層の高容量高出力を有する電極活物質を実現することができる。   In addition, since the organic compound has a redox potential of the conjugated dione structure larger than a redox potential at the time of the reduction reaction of the stable radical structure, the reduction reaction side of the stable radical structure can also be used for the battery electrode reaction. It becomes possible. Therefore, more electrons can be involved in the reaction in the battery electrode reaction, and the capacity density can be further improved. As a result, it is possible to realize an electrode active material having higher energy density, better cycle characteristics, and higher capacity and higher output.

また、前記有機化合物は、分子量が700以下であるので、単位質量当たり大きな電気量を蓄積することができ、高容量の電極活物質を実現することが可能となる。   In addition, since the organic compound has a molecular weight of 700 or less, a large amount of electricity can be accumulated per unit mass, and a high-capacity electrode active material can be realized.

また、本発明の二次電池によれば、上記電極活物質が、電池電極反応の少なくとも放電反応における反応出発物、生成物及び中間生成物のうちのいずれかに含まれるので、多電子反応と充放電サイクルに対する安定性を両立させることができ、エネルギー密度が大きく高出力で、充放電を繰り返しても容量低下の少ないサイクル特性の良好な長寿命の二次電池を得ることが可能となる。   According to the secondary battery of the present invention, since the electrode active material is included in at least one of a reaction starting material, a product, and an intermediate product in the discharge reaction of the battery electrode reaction, It is possible to achieve both stability with respect to the charge / discharge cycle, high energy density, high output, and a long-life secondary battery with good cycle characteristics with little reduction in capacity even after repeated charge / discharge.

本発明に係る二次電池としてのコイン型電池の一実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the coin-type battery as a secondary battery which concerns on this invention.

次に、本発明の実施の形態を詳説する。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail.

本発明の電極活物質は、共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有する有機化合物を主体としている。そしてこれにより3電子以上の多電子反応が可能である上、充放電時の安定性を向上させることができ、エネルギー密度が大きく、安定性に優れた二次電池を得ることができる。   The electrode active material of the present invention is mainly composed of an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure in a unit molecule. As a result, a multi-electron reaction of 3 electrons or more can be performed, the stability during charging / discharging can be improved, and a secondary battery having a large energy density and excellent stability can be obtained.

共役ジオン構造としては、化学式(1)に示すような共役キノン系を挙げることができ、安定ラジカル構造としては、化学式(2)に示すような2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1-オキシル(以下、「TEMPO」という。)系ラジカル、化学式(3)に示すような2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1-イルオキシ(以下、「PROXYL」という。)系ラジカルを挙げることができる。   Examples of the conjugated dione structure include a conjugated quinone system as shown in chemical formula (1), and examples of the stable radical structure include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1 as shown in chemical formula (2). -Oxyl (hereinafter referred to as “TEMPO”) type radical, 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidin-1-yloxy (hereinafter referred to as “PROXYL”) type radical as shown in chemical formula (3). be able to.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

したがって、上記有機化合物の具体的形態としては、下記一般式(4)に示すように、共役キノン系とTEMPO系ラジカルとを含有した有機化合物、下記一般式(5)に示すように、共役キノン系とPROXYL系ラジカルとを含有した有機化合物、及び下記一般式(6)に示すように、共役キノン系、TEMPO系ラジカル、及びPROXYL系ラジカルを含有した有機化合物を例示することができる。   Therefore, as a specific form of the organic compound, as shown in the following general formula (4), an organic compound containing a conjugated quinone and a TEMPO radical, and as shown in the following general formula (5), a conjugated quinone Examples of the organic compound containing a system and a PROXYL radical, and organic compounds containing a conjugated quinone series, a TEMPO radical, and a PROXYL radical as shown in the following general formula (6).

Figure 0005534589
Figure 0005534589

ここで、n〜nは1以上の整数である。また、R、R、R及びRは置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示している。また、R、R及びRは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含んでいる。 Here, n 1 to n 4 are integers of 1 or more. R 1 , R 3 , R 5 and R 6 are substituted or unsubstituted alkyl groups, substituted or unsubstituted alkylene groups, substituted or unsubstituted arylene groups, substituted or unsubstituted carbonyl groups, substituted or unsubstituted Acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted An amide group, a substituted or unsubstituted sulfone group, a substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, a substituted or unsubstituted sulfonamido group, a substituted or unsubstituted imine group, a substituted or unsubstituted azo group, and one or more thereof At least any one of the linking groups consisting of the combinations is shown. R 2 , R 4 and R 7 are hydrogen atom, halogen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted A cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, a substituted or unsubstituted aralkyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, At least one of a substituted or unsubstituted aryloxy group, a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group In which a ring structure is formed by these substituents.

また、上記列挙した各置換基は、それぞれの範疇に属するものであれば限定されるものではないが、分子量が大きくなると電極活物質の単位質量あたりに蓄積できる電荷量が小さくなるので、分子量が700以下の範囲で選択するのが好ましい。   Further, each of the above-listed substituents is not limited as long as it belongs to each category. However, as the molecular weight increases, the amount of charge that can be accumulated per unit mass of the electrode active material decreases, so that the molecular weight increases. It is preferable to select in the range of 700 or less.

そして、上記一般式(4)の範疇に含まれる有機化合物としては、例えば化学式(7A)〜(7I)で表わされる物質を挙げることができる。   And as an organic compound contained in the category of the said General formula (4), the substance represented by Chemical formula (7A)-(7I) can be mentioned, for example.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

Figure 0005534589
Figure 0005534589

Figure 0005534589
Figure 0005534589

また、上記一般式(5)の範疇に含まれる有機化合物としては、例えば化学式(8A)〜(8C)で表わされる物質を挙げることができる。   Moreover, as an organic compound contained in the category of the said General formula (5), the substance represented by chemical formula (8A)-(8C) can be mentioned, for example.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

また、上記一般式(6)の範疇に含まれる有機化合物としては、例えば化学式(9A)〜(9B)で表わされる物質が挙げられる。   Moreover, as an organic compound contained in the category of the said General formula (6), the substance represented by chemical formula (9A)-(9B) is mentioned, for example.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

上記電極活物質は、電気化学的な酸化還元反応により、安定ラジカル構造と共役ジオン構造のそれぞれの部位で酸化還元反応が生じると考えられる。   It is considered that the electrode active material undergoes a redox reaction at each site of a stable radical structure and a conjugated dione structure by an electrochemical redox reaction.

化学反応式(10)、(11)は、上記一般式(4)で表わされる有機化合物を電極活物質として使用し、電解質塩としてLiPFを使用した場合の充放電反応を示している。化学反応式(10)が安定ラジカル構造での充放電反応であり、化学反応式(11)が共役ジオン構造での充放電反応である。 Chemical reaction formulas (10) and (11) show charge and discharge reactions when the organic compound represented by the general formula (4) is used as an electrode active material and LiPF 6 is used as an electrolyte salt. Chemical reaction formula (10) is a charge / discharge reaction with a stable radical structure, and chemical reaction formula (11) is a charge / discharge reaction with a conjugated dione structure.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

化学反応式(10)に示すように、安定ラジカル構造(I)では、単位当たり1電子が反応に関与してカチオン(II)を生成する。また、化学反応式(11)に示すように、共役ジオン構造(II)では、単位当たり2電子が関与してアニオン(IV)を生成する。   As shown in the chemical reaction formula (10), in the stable radical structure (I), one electron per unit participates in the reaction to generate a cation (II). Further, as shown in the chemical reaction formula (11), in the conjugated dione structure (II), two electrons per unit are involved to generate an anion (IV).

すなわち、有機ラジカル化合物のみを電極活物質に使用した場合は、化学反応式(10)に示すように、1電子しか電池電極反応に関与しない。   That is, when only an organic radical compound is used as the electrode active material, only one electron is involved in the battery electrode reaction as shown in the chemical reaction formula (10).

これに対し安定ラジカル構造と共役キノン構造とを単位分子中に有する有機化合物の場合は、少なくとも3電子が電池電極反応に関与するため、容量密度を大きくすることが可能となる。   On the other hand, in the case of an organic compound having a stable radical structure and a conjugated quinone structure in the unit molecule, at least three electrons are involved in the battery electrode reaction, so that the capacity density can be increased.

また、上述した有機化合物の中でも、共役ジオン構造の酸化還元電位が安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きいのがより好ましい。   Among the organic compounds described above, it is more preferable that the redox potential of the conjugated dione structure is larger than the redox potential during the reduction reaction of the stable radical structure.

すなわち、安定ラジカル構造を含有した有機化合物では、化学反応式(12)に示すように、カチオン(II)を生成する酸化反応と、アニオン(V)を生成する還元反応が存在する。   That is, in an organic compound containing a stable radical structure, as shown in the chemical reaction formula (12), there are an oxidation reaction that generates a cation (II) and a reduction reaction that generates an anion (V).

Figure 0005534589
Figure 0005534589

しかしながら、安定ラジカルを単独で使用した場合は、アニオンを生成する還元反応(I→V)が不安定であり、電池電極反応に利用するのは困難である。   However, when a stable radical is used alone, the reduction reaction (I → V) that generates an anion is unstable, and it is difficult to use it for the battery electrode reaction.

しかるに、共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有させ、活共役ジオン構造の酸化還元電位を安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きくすることにより、安定ラジカルの還元反応時の可逆性を向上させることができ、これにより還元側の反応を電池電極反応に利用することができる。   However, by containing a conjugated dione structure and a stable radical structure in the unit molecule, and making the redox potential of the active conjugated dione structure larger than the redox potential during the reduction reaction of the stable radical structure, the reduction reaction of the stable radical. The reversibility of the time can be improved, whereby the reaction on the reduction side can be used for the battery electrode reaction.

そして、このように安定ラジカルの還元反応を電池電極反応に利用することにより、共役ジオン構造での単位当たり2電子に加え、安定ラジカル構造についても単位当たり2電子が、電池電極反応に関与可能となる。すなわち、共役ジオン構造の酸化還元電位を安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きくすることにより、少なくとも4電子反応が可能となり、より一層の容量密度の向上が可能となる。そしてこれにより、よりエネルギー密度が大きく、サイクル特性が良好でより一層の高容量高出力を有する電極活物質を実現することができる。   And, by using the reduction reaction of the stable radical for the battery electrode reaction in this way, in addition to the two electrons per unit in the conjugated dione structure, two electrons per unit can also participate in the battery electrode reaction in the stable radical structure. Become. That is, by making the oxidation-reduction potential of the conjugated dione structure larger than the oxidation-reduction potential during the reduction reaction of the stable radical structure, at least four-electron reaction is possible, and the capacity density can be further improved. As a result, it is possible to realize an electrode active material having higher energy density, better cycle characteristics, and higher capacity and higher output.

尚、上述のような効果は、有機化合物が、共役キノン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に合成物として存在させた場合に認められ、特許文献4のように、有機ラジカル化合物とキノン誘導体とを単に混合して含有させたのみでは、発現しないと考えられる。   The effects as described above are recognized when the organic compound has a conjugated quinone structure and a stable radical structure as a synthetic product in the unit molecule. As in Patent Document 4, the organic radical compound and the quinone derivative are recognized. It is thought that it is not expressed only by mixing and containing.

これは、安定ラジカルを還元して生成するカチオンとの結合が、共役キノンの還元の影響を受けて弱まり、反応の可逆性が維持されるためと考えられる。一般に、安定ラジカル単独では、還元体はカチオンと強い結合を形成するために還元状態で安定化し可逆性は失われる。安定ラジカルとカチオンとの結合が弱まる効果は、共役キノンの還元でもたらされる分子全体の電子状態に関連していると推測され、それぞれを単分子中に合成物として存在させた場合にのみ効果が認められると考えられる。   This is presumably because the bond with the cation generated by reducing the stable radical is weakened by the influence of the reduction of the conjugated quinone, and the reversibility of the reaction is maintained. In general, with a stable radical alone, the reductant forms a strong bond with a cation, so that it is stabilized in a reduced state and loses reversibility. The effect of weakening the bond between stable radicals and cations is presumed to be related to the electronic state of the whole molecule resulting from the reduction of conjugated quinone, and is effective only when each is present as a compound in a single molecule. It is considered to be accepted.

尚、これら共役ジオン構造及び安定ラジカル構造の酸化還元電位は、サイクリックボルタンメトリー(cyclic voltammetry;以下、「CV」という。)法や分子軌道法計算等により求めることができる。   The oxidation-reduction potentials of these conjugated dione structure and stable radical structure can be determined by cyclic voltammetry (hereinafter referred to as “CV”) method, molecular orbital method calculation, and the like.

例えば、電極電位を直線的に掃引するCV法では、電位を負方向に掃引すると還元波が生じ、正方向に掃引すると酸化波が生じる。そして、この還元波及び酸化波から参照電極を基準とした電流−電圧曲線(サイクリックボルタモグラム)が得られる。そして、この電流−電圧曲線から酸化ピーク電位及び還元ピーク電位を求めることができ、両者の算術平均が酸化還元電位となる。   For example, in the CV method in which the electrode potential is swept linearly, a reduction wave is generated when the potential is swept in the negative direction, and an oxidation wave is generated when the potential is swept in the positive direction. A current-voltage curve (cyclic voltammogram) based on the reference electrode is obtained from the reduction wave and the oxidation wave. Then, the oxidation peak potential and the reduction peak potential can be obtained from this current-voltage curve, and the arithmetic average of both is the oxidation reduction potential.

因みに、Liを参照電極とした場合、共役ジオン構造としてのベンゾキノンの酸化還元電位は2.0〜2.6Vvs.Li/Liであり、アントラキノンの酸化還元電位は1.6〜2.0Vvs.Li/Liである。一方、安定ラジカル構造としてのTEMPOラジカルやPROXYLラジカルの酸化還元電位は、ラジカルの酸化反応時は3.6Vvs.Li/Liと高いが、還元反応時は1.7〜2.0Vvs.Li/Li+と低い。 Incidentally, when Li is used as a reference electrode, the redox potential of benzoquinone as a conjugated dione structure is 2.0 to 2.6 V vs. Li / Li + , and the redox potential of anthraquinone is 1.6 to 2.0 V vs. Li / Li + . On the other hand, the redox potential of the TEMPO radical or PROXYL radical as a stable radical structure is as high as 3.6 V vs. Li / Li + during the radical oxidation reaction, but 1.7 to 2.0 V vs. Li / during the reduction reaction. Li + is low.

そして、本実施の形態では、共役ジオン構造の酸化還元電位が安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きくなるような共役ジオン構造及び安定ラジカル構造を選択し、4電子以上の多電子を電池電極反応に関与させることにより、さらにエネルギー密度が大きく高容量の電極活物質を実現することができる。   In this embodiment, the conjugated dione structure and the stable radical structure are selected so that the redox potential of the conjugated dione structure is larger than the redox potential at the time of the reduction reaction of the stable radical structure. Is involved in the battery electrode reaction, an electrode active material having a higher energy density and a higher capacity can be realized.

次に、前記電極活物質を使用した二次電池について記述する。   Next, a secondary battery using the electrode active material will be described.

図1は、本発明に係る二次電池の一実施の形態としてのコイン型二次電池を示す断面図であって、本実施の形態では、本発明の電極活物質を正極活物質として使用している。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a coin-type secondary battery as an embodiment of a secondary battery according to the present invention. In this embodiment, the electrode active material of the present invention is used as a positive electrode active material. ing.

電池缶1は、正極ケース2と負極ケース3とを有し、該正極ケース2及び負極ケース3は、いずれも円盤状の薄板形状に形成されている。正極集電体を構成する正極ケース2の底部中央には、電極活物質をシート状に成型した正極4が配されている。そして、正極4上には微多孔膜、織布、不織布などの多孔性のシートまたはフィルムで形成されたセパレータ5が積層され、さらにセパレータ5には負極6が積層されている。負極6としては、例えば、銅箔にリチウムの金属箔を重ね合わせたものや、黒鉛やハードカーボン等のリチウム吸蔵材料を銅箔に塗布したものを使用することができる。負極6には金属からなる負極集電体7が積層されるとともに、該負極集電体7には金属製ばね8が載置されている。そして、電解質9が内部空間に充填されると共に、負極ケース3は金属製ばね8の付勢力に抗して正極ケース2に固着され、ガスケット10を介して封止されている。   The battery can 1 has a positive electrode case 2 and a negative electrode case 3, and both the positive electrode case 2 and the negative electrode case 3 are formed in a disk-like thin plate shape. In the center of the bottom of the positive electrode case 2 constituting the positive electrode current collector, a positive electrode 4 in which an electrode active material is molded into a sheet shape is disposed. A separator 5 formed of a porous sheet or film such as a microporous film, a woven fabric, or a nonwoven fabric is laminated on the positive electrode 4, and a negative electrode 6 is laminated on the separator 5. As the negative electrode 6, for example, a copper foil laminated with a lithium metal foil or a lithium foil occlusion material such as graphite or hard carbon applied to the copper foil can be used. A negative electrode current collector 7 made of metal is laminated on the negative electrode 6, and a metal spring 8 is placed on the negative electrode current collector 7. The electrolyte 9 is filled in the internal space, and the negative electrode case 3 is fixed to the positive electrode case 2 against the urging force of the metal spring 8 and sealed with a gasket 10.

次に、上記二次電池の製造方法の一例を詳述する。   Next, an example of a method for manufacturing the secondary battery will be described in detail.

まず、電極活物質を電極形状に形成する。例えば、電極活物質を導電補助剤、及び結着剤と共に混合し、溶媒を加えてスラリーとし、該スラリーを正極集電体上に任意の塗工方法で塗工し、乾燥することにより正極を形成する。   First, an electrode active material is formed into an electrode shape. For example, the electrode active material is mixed with a conductive auxiliary agent and a binder, and a solvent is added to form a slurry. The slurry is applied on the positive electrode current collector by an arbitrary coating method, and dried to obtain the positive electrode. Form.

ここで、導電補助剤としては、特に限定されるものでなく、例えば、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、カーボンナノホーン等の炭素繊維、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などを使用することができる。また、導電補助剤を2種類以上混合して用いることもできる。尚、導電補助剤の正極4中の含有率は10〜80質量%が望ましい。   Here, the conductive auxiliary agent is not particularly limited, and examples thereof include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, and carbon nanohorn. , Conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene can be used. Further, two or more kinds of conductive assistants can be mixed and used. In addition, as for the content rate in the positive electrode 4 of a conductive support agent, 10-80 mass% is desirable.

また、結着剤も特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンオキサイド、カルボキシメチルセルロース等の各種樹脂を使用することができる。   Further, the binder is not particularly limited, and various resins such as polyethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyethylene oxide, carboxymethylcellulose, and the like can be used.

さらに、溶媒についても、特に限定されるものではなく、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン等の塩基性溶媒、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼン、アセトン等の非水溶媒、メタノール、エタノール等のプロトン性溶媒、さらには水等を使用することができる。   Further, the solvent is not particularly limited, and examples thereof include basic solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and γ-butyrolactone, acetonitrile, tetrahydrofuran, and nitrobenzene. In addition, non-aqueous solvents such as acetone, protic solvents such as methanol and ethanol, water, and the like can be used.

また、有機溶剤の種類、有機化合物と有機溶剤との配合比、添加剤の種類とその添加量等は、二次電池の要求特性や生産性等を考慮し、任意に設定することができる。次いで、この正極4を電解質9に含浸させて該正極4に前記電解質9を染み込ませ、その後、正極集電体を構成する正極ケース2の底部中央の正極4を載置する。次いで、前記電解質9を含浸させたセパレータ5を正極4上に積層し、さらに負極6及び負極集電体7を順次積層し、その後内部空間に電解質9を注入する。そして、負極集電体7上に金属製ばね8を載置すると共に、ガスケット10を周縁に配し、かしめ機等で負極ケース3を正極ケース2に固着して外装封止し、これによりコイン型二次電池が作製される。   Moreover, the kind of organic solvent, the compounding ratio of the organic compound and the organic solvent, the kind of additive and the addition amount thereof can be arbitrarily set in consideration of the required characteristics and productivity of the secondary battery. Next, the positive electrode 4 is impregnated into the electrolyte 9 so that the electrolyte 9 is impregnated with the positive electrode 4, and then the positive electrode 4 at the bottom center of the positive electrode case 2 constituting the positive electrode current collector is placed. Next, the separator 5 impregnated with the electrolyte 9 is laminated on the positive electrode 4, the negative electrode 6 and the negative electrode current collector 7 are sequentially laminated, and then the electrolyte 9 is injected into the internal space. Then, a metal spring 8 is placed on the negative electrode current collector 7, and a gasket 10 is arranged on the periphery, and the negative electrode case 3 is fixed to the positive electrode case 2 with a caulking machine or the like, and the outer casing is sealed. A type secondary battery is produced.

尚、上記電解質9は、正極(電極活物質)4と対向電極である負極6との間に介在して両電極間の荷電担体輸送を行うが、このような電解質9としては、室温で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導度を有するものを使用することができ、例えば、電解質塩を有機溶剤に溶解させた電解液を使用することができる。 The electrolyte 9 is interposed between the positive electrode (electrode active material) 4 and the negative electrode 6 which is the counter electrode, and transports charge carriers between the two electrodes. Those having an ionic conductivity of −5 to 10 −1 S / cm can be used. For example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent can be used.

ここで、電解質塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO3、Li(CFSO、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSOC等を使用することができる。 Here, examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3, Li (CF 3 SO 2 ) 2 , Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, and Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C, or the like can be used.

また、有機溶剤としては、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一ブチロラクトン、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−ピロリドン等を使用することができる。   As the organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. are used. be able to.

また、電解質9には、固体電解質を使用してもよい。固体電解質に用いられる高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-エチレン共重合体、フッ化ビニリデン-モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体、さらには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、及びこれらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体等を挙げることができる。また、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電解質9として使用したり、或いは電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま電解質9に使用してもよい。   The electrolyte 9 may be a solid electrolyte. Examples of the polymer compound used in the solid electrolyte include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, fluoride Vinylidene fluoride polymers such as vinylidene-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 acid copolymer Examples thereof include acrylonitrile polymers such as polymers, acrylonitrile-vinyl acetate copolymers, polyethylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates and methacrylates. Further, these polymer compounds containing an electrolytic solution in a gel form may be used as the electrolyte 9 or only a polymer compound containing an electrolyte salt may be used as the electrolyte 9 as it is.

二次電池の電極活物質は、充放電により可逆的に酸化もしくは還元されるため、充電状態、放電状態、あるいはその途中の状態で異なる構造、状態を取るが、本実施の形態では、前記電極活物質は、少なくとも放電反応における反応出発物(電池電極反応で化学反応を起こす物質)、生成物(化学反応の結果生じる物質)、及び中間生成物のうちのいずれかに含まれている。   Since the electrode active material of the secondary battery is reversibly oxidized or reduced by charge and discharge, it has a different structure and state depending on the charged state, discharged state, or intermediate state. The active material is contained in at least one of a reaction starting material in the discharge reaction (a material that causes a chemical reaction in the battery electrode reaction), a product (a material resulting from the chemical reaction), and an intermediate product.

このように本実施の形態によれば、多電子反応する上記電極活物質を使用して二次電池を構成しているので、エネルギー密度が大きく、安定性に優れた二次電池を得ることができる。   As described above, according to this embodiment, since the secondary battery is configured using the electrode active material that undergoes multi-electron reaction, it is possible to obtain a secondary battery having a large energy density and excellent stability. it can.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、電極活物質の主体となる有機化合物についても、上記列挙した化学式(7A)〜(7I)、(8A)〜(8C)、(9A)及び(9B)はその一例であって、これらに限定されるものではない。すなわち、少なくとも共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有していれば、化学反応式(10)〜(12)と略同様の電池電極反応が進行し、エネルギー密度が大きく、安定性に優れた所望の二次電池を得ることが可能である。したがって、共役ジオン構造も共役キノン系に限定されるものではなく、脂肪族系化合物等であってもよい。また、安定ラジカル構造もTEMPO系ラジカルやPROXYL系ラジカルに限定されるものではなく、ニトロキシル系ラジカルやオキシ系ラジカル等であってもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from a summary. For example, the above-listed chemical formulas (7A) to (7I), (8A) to (8C), (9A), and (9B) are examples of the organic compounds that are the main components of the electrode active material. It is not limited. That is, if at least a conjugated dione structure and a stable radical structure are contained in a unit molecule, a battery electrode reaction substantially similar to chemical reaction formulas (10) to (12) proceeds, energy density is large, and stability is increased. It is possible to obtain a desired secondary battery excellent in. Therefore, the conjugated dione structure is not limited to the conjugated quinone type, and may be an aliphatic compound or the like. Also, the stable radical structure is not limited to TEMPO radicals or PROXYL radicals, and may be nitroxyl radicals, oxy radicals, or the like.

また、本実施の形態では、コイン型二次電池について説明したが、電池形状は特に限定されるものでないのはいうまでもなく、円筒型、角型、シート型等にも適用できる。また、外装方法も特に限定されず、金属ケースや、モールド樹脂、アルミラミネートフィルム等を使用してもよい。   In this embodiment, a coin-type secondary battery has been described. However, the battery shape is not particularly limited, and can be applied to a cylindrical shape, a square shape, a sheet shape, and the like. Also, the exterior method is not particularly limited, and a metal case, mold resin, aluminum laminate film, or the like may be used.

また、本実施の形態では、有機化合物を正極活物質に使用したが、負極活物質に使用するのも有用である。   In this embodiment, an organic compound is used as the positive electrode active material, but it is also useful to use it as the negative electrode active material.

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。   Next, examples of the present invention will be specifically described.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(A)に従い、2-(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−イルオキシ)−3,5,6−トリクロロシクロヘキサ−2,5−ジエン−1,4−ジオン(以下、「合成物A」という。)(7B)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthesis scheme (A), 2- (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yloxy) -3,5,6-trichlorocyclohexa-2,5-diene-1, 4-dione (hereinafter referred to as “Compound A”) (7B) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

まず、5.8mmolのクロラニル(2,3,5,6−テトラクロロ−p−ベンゾキノン)(7B)と5.8mmolの4−ヒドロキシTEMPO(7B)を50mLのN,N−ジメチルホルムアミド((CHNCHO)に溶解させ、撹拌しながら12mmolの炭酸カリウム(KCO)を加えて室温で2時間反応させ、反応物を得た。次いで、この反応物をろ過し、ろ液を濃縮し、モノ置換体、p−置換体、m−置換体の混合物からなる粗生成物を得た。そして、得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分画し、主な生成画分から得られる固体をヘキサン/ペンタンの混合溶媒より再結晶させ、黒色結晶の合成物A(モノ置換体)(7B)を得た。 First, 5.8 mmol of chloranil (2,3,5,6-tetrachloro-p-benzoquinone) (7B 1 ) and 5.8 mmol of 4-hydroxy TEMPO (7B 2 ) were added to 50 mL of N, N-dimethylformamide ( (CH 3 ) 2 NCHO) was dissolved, 12 mmol of potassium carbonate (K 2 CO 3 ) was added with stirring, and the mixture was reacted at room temperature for 2 hours to obtain a reaction product. Subsequently, this reaction product was filtered, and the filtrate was concentrated to obtain a crude product composed of a mixture of a mono-substituted product, a p-substituted product, and an m-substituted product. Then, the obtained crude product is fractionated by silica gel chromatography, and the solid obtained from the main product fraction is recrystallized from a mixed solvent of hexane / pentane to give a black crystalline compound A (mono-substituted product) (7B )

〔二次電池の作製〕
上記合成物A:300 mg、導電補助剤としてのグラファイト粉末:600 mg、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン樹脂:100 mgをそれぞれ秤量し、全体が均一になるように混合しながら混練し、混合物を得た。そして、この混合体を加圧成形し、厚さ約150μmのシート状部材を作製した。
[Production of secondary battery]
Compound A: 300 mg, graphite powder as a conductive auxiliary agent: 600 mg, polytetrafluoroethylene resin as a binder: 100 mg, respectively, weighed and kneaded while mixing so that the whole is uniform, A mixture was obtained. And this mixture was pressure-molded and the sheet-like member about 150 micrometers thick was produced.

次に、このシート状部材を、真空中80℃で1時間乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、合成物Aを主体とする正極(正極活物質)を作製した。次に、この正極を電解液に含浸し、該正極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、モル濃度が1.0mol/LのLiPF(電解質塩)を含有した有機溶剤であるエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液を使用した。尚、エチレンカーボネート/ジエチルカーボネートの混合比率は、体積%でエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=3:7とした。 Next, this sheet-like member was dried in a vacuum at 80 ° C. for 1 hour, and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to produce a positive electrode (positive electrode active material) mainly composed of the composite A. Next, the positive electrode was impregnated with an electrolytic solution, and the electrolytic solution was infiltrated into voids in the positive electrode. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution, which is an organic solvent containing LiPF 6 (electrolyte salt) having a molar concentration of 1.0 mol / L, was used. The mixing ratio of ethylene carbonate / diethyl carbonate was ethylene carbonate: diethyl carbonate = 3: 7 in volume%.

次に、この正極を正極集電体上に載置し、前記電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムからなる厚さ20μmのセパレータを前記正極上に積層し、さらに銅箔の両面にリチウムを貼布した負極をセパレータ上に積層した。   Next, this positive electrode was placed on a positive electrode current collector, a 20 μm thick separator made of a polypropylene porous film impregnated with the electrolytic solution was laminated on the positive electrode, and lithium was further applied to both sides of the copper foil. The pasted negative electrode was laminated on the separator.

次いで、負極上にCu製の負極集電体を積層した後、内部空間に電解液を注入した。その後負極集電体上に金属製ばねを載置すると共に、周縁にガスケットを配置した状態で負極ケースを正極ケースに接合し、かしめ機によって外装封止した。そしてこれにより、正極活物質として合成物A、負極活物質として金属リチウムを有する密閉型のコイン型電池を作製した。   Next, after a negative electrode current collector made of Cu was laminated on the negative electrode, an electrolytic solution was injected into the internal space. Thereafter, a metal spring was placed on the negative electrode current collector, and the negative electrode case was joined to the positive electrode case in a state where a gasket was disposed on the periphery, and the outer casing was sealed with a caulking machine. Thus, a sealed coin-type battery having the composite A as the positive electrode active material and metal lithium as the negative electrode active material was produced.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.6V、2.9V、及び2.3Vの3箇所で電圧平坦部を有し、放電容量が0.2mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、230Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had voltage flat portions at three places of charge / discharge voltages of 3.6 V, 2.9 V, and 2.3 V and a discharge capacity of 0.2 mAh. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 230 Ah / kg.

一方、二次電池の理論容量密度Q(Ah/kg)は、数式(1)で表わされる。   On the other hand, the theoretical capacity density Q (Ah / kg) of the secondary battery is expressed by Equation (1).

Figure 0005534589
Figure 0005534589

ここで、Zは電池電極反応に関与した電子数、Wは電極活物質の分子量である。   Here, Z is the number of electrons involved in the battery electrode reaction, and W is the molecular weight of the electrode active material.

合成物Aの分子量は382.7であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを3とすると、数式(1)より理論容量密度は210Ah/kgとなる。したがって、合成物Aは、単位分子当たり少なくとも3電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。   Since the molecular weight of the synthesized product A is 382.7, when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 3, the theoretical capacity density is 210 Ah / kg from Equation (1). Therefore, it was confirmed that the composite A has a multi-electron reaction involving at least 3 electrons or more per unit molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることができることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(B)に従い、2,5−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−イルオキシ)−3,6−ジクロロシクロヘキサ−2,5−ジエン−1,4−ジオン(以下、「合成物B」という。)(7D)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthesis scheme (B), 2,5-bis (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yloxy) -3,6-dichlorocyclohexa-2,5-diene-1 , 4-dione (hereinafter referred to as “Compound B”) (7D) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

実施例1と同様の方法・手順でクロラニル(7D)と4−ヒドロキシTEMPO(7D)とを反応させ、ろ過し、ろ液を濃縮し、モノ置換体、p−置換体、m−置換体の混合物からなる粗生成物を得た。そして、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで分離し、得られた少量の副生成物をアセトニトリルから再結晶させ、黒褐色ブロック状結晶の合成物B(p−置換体)(7D)を得た。 In the same manner and procedure as in Example 1, chloranil (7D 1 ) and 4-hydroxy TEMPO (7D 2 ) are reacted, filtered, and the filtrate is concentrated, mono-substituted product, p-substituted product, m-substituted product. A crude product consisting of a mixture of bodies was obtained. Then, the obtained crude product is separated by silica gel column chromatography, and a small amount of the by-product obtained is recrystallized from acetonitrile to obtain a black-brown block crystal compound B (p-substituted product) (7D). Obtained.

〔二次電池の作製〕
上記合成物Bを電極活物質に使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was produced in the same manner as in [Example 1] except that the composite B was used as an electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.5V、2.3V、及び1.8Vの3箇所で電圧平坦部を有し、放電容量が0.22mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、190Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had voltage flat portions at three locations of charge / discharge voltages of 3.5V, 2.3V, and 1.8V and a discharge capacity of 0.22 mAh. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 190 Ah / kg.

一方、合成物Bの分子量は517.4であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを4とすると、理論容量密度は207.2Ah/kgとなる。したがって、合成物Bは単位分子当たり少なくとも4電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。   On the other hand, since the molecular weight of the composite B is 517.4, when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 4, the theoretical capacity density is 207.2 Ah / kg. Therefore, it was confirmed that the composite B has a multi-electron reaction involving at least 4 electrons per unit molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(C)に従い、2,5−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−イルアミノ)−3,6−ジフルオロシクロヘキサ−2,5−ジエン−1,4−ジオン(以下、「合成物C」という。)(7E)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthesis scheme (C), 2,5-bis (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-ylamino) -3,6-difluorocyclohexa-2,5-diene-1 , 4-dione (hereinafter referred to as “Compound C”) (7E) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

0.56mmolのフルオラニル(2,3,5,6−テトラフルオロ−p−ベンゾキノン)(7E)と1.11mmolの4−アミノTEMPO(7E)を30mLのアセトニトリル(CHCN)に溶解させ、撹拌しながら70℃で2時間反応させ、反応物を得た。次いで反応液を濃縮し、得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分画した。主な生成画分から得られる固体をヘキサン/ジクロロメタンの混合溶媒より再結晶して、紫色結晶からなる合成物C(7E)を得た。 0.56 mmol fluoranyl (2,3,5,6-tetrafluoro-p-benzoquinone) (7E 1 ) and 1.11 mmol 4-amino TEMPO (7E 2 ) were dissolved in 30 mL acetonitrile (CH 3 CN). The mixture was reacted at 70 ° C. for 2 hours with stirring to obtain a reaction product. The reaction solution was then concentrated, and the resulting crude product was fractionated by silica gel chromatography. The solid obtained from the main product fraction was recrystallized from a mixed solvent of hexane / dichloromethane to obtain a compound C (7E) consisting of purple crystals.

〔二次電池の作製〕
上記合成物Cを電極活物質に使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was produced in the same manner as in [Example 1] except that the composite C was used as an electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.5V及び2.6Vの2箇所で電圧平坦部を有し、放電容畳が0.18mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、260Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had a voltage flat portion at two places where the charge / discharge voltage was 3.5 V and 2.6 V, and the discharge capacity was 0.18 mAh. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 260 Ah / kg.

一方、合成物Cの分子量は482.6であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを4とすると、理論容量密度は222.1 Ah/kgとなる。したがって、合成物Cは、単位分子当たり少なくとも4以上の電子が関与する多電子反応をしていることが確認された。   On the other hand, since the molecular weight of the compound C is 482.6, the theoretical capacity density is 222.1 Ah / kg when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 4. Therefore, it was confirmed that the composite C has a multi-electron reaction involving at least 4 or more electrons per unit molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(D)に従い、2,4−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−イルオキシ)−3,5−ジクロロシクロヘキサ−2,5−ジエン−1,4−ジオン(以下、「合成物D」という。)(7F)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthetic scheme (D), 2,4-bis (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yloxy) -3,5-dichlorocyclohexa-2,5-diene-1 , 4-dione (hereinafter referred to as “Compound D”) (7F) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

実施例1と同様の方法・手順でクロラニル(7F)と4−ヒドロキシTEMPO(7F)とを反応させ、ろ過し、ろ液を濃縮し、モノ置換体、p−置換体、m−置換体の混合物からなる粗生成物を得た。そして、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで分離し、得られた少量の副生成物をアセトニトリルから再結晶させ、オレンジ色板状結晶の合成物D(m−置換体)(7F)を得た。 In the same manner and procedure as in Example 1, chloranil (7F 1 ) and 4-hydroxy TEMPO (7F 2 ) are reacted, filtered, and the filtrate is concentrated, mono-substituted product, p-substituted product, m-substituted product. A crude product consisting of a mixture of bodies was obtained. Then, the obtained crude product is separated by silica gel column chromatography, and a small amount of the by-product obtained is recrystallized from acetonitrile to give orange plate crystal compound D (m-substituted product) (7F). Got.

〔二次電池の作製〕
上記合成物Dを電極活物質に使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was produced in the same manner as in [Example 1] except that the composite D was used as an electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.6V、2.8V、及び2.3Vの3箇所で電圧平坦部を有する放電容量が0.23mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、270Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had a discharge capacity of 0.23 mAh having a voltage flat portion at three places of charge / discharge voltages of 3.6 V, 2.8 V, and 2.3 V. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 270 Ah / kg.

一方、合成物Dの分子量は517.4であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを4とすると、理論容量密度は207.2Ah/kgとなる。したがって、合成物Dは単位分子当たり少なくとも4電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。   On the other hand, since the molecular weight of the compound D is 517.4, when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 4, the theoretical capacity density is 207.2 Ah / kg. Therefore, it was confirmed that the composite D has a multi-electron reaction involving at least 4 electrons per unit molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(E)に従い、9,10−ジヒドロ−9,10−ジオキソアントラセン−1−イル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−カルボキシレート(以下、「合成物E」という。)(7G)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthesis scheme (E), 9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracen-1-yl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-carboxylate (hereinafter, “ Compound 7 ”) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

2.5mmolの1−ヒドロキシアントラキノン(7G)と2.5mmolの4−カルボキシTEMPO(7G)を20mLのジクロロメタン(CHCl)に溶解させ、撹拌しながら3.0mmolのN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、及び3.0mmolの4−ジメチルアミノピリジンを加えて室温で3日間反応させ、反応物を得た。次いで、この反応物をろ過し、ろ液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分画し、主な画分から得られる固体をベンゼンより再結晶させ、オレンジ色針状結晶の合成物E(7G)を得た。 2.5 mmol 1-hydroxyanthraquinone (7G 1 ) and 2.5 mmol 4-carboxy TEMPO (7G 2 ) were dissolved in 20 mL dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) and stirred with 3.0 mmol N, N ′ -Dicyclohexylcarbodiimide and 3.0 mmol of 4-dimethylaminopyridine were added and reacted at room temperature for 3 days to obtain a reaction product. The reaction was then filtered and the filtrate was concentrated to give a crude product. The obtained crude product was fractionated by silica gel chromatography, and the solid obtained from the main fraction was recrystallized from benzene to obtain orange needle-like crystal compound E (7G).

〔二次電池の作製〕
電極活物質に合成物Eを使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was fabricated in the same manner as in [Example 1] except that the composite E was used as the electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.5V、2.4V、及び1.9Vの3箇所で電圧平坦部を有し、放電容量が0.19mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、200Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had voltage flat portions at three locations of charge / discharge voltages of 3.5 V, 2.4 V, and 1.9 V and a discharge capacity of 0.19 mAh. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 200 Ah / kg.

一方、合成物Eの分子量は406.4であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを3とすると、理論容量密度は197.8Ah/kgとなる。したがって、合成物Eは単位分子当たり少なくとも3電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。   On the other hand, since the molecular weight of the composite E is 406.4, if the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 3, the theoretical capacity density is 197.8 Ah / kg. Therefore, it was confirmed that the synthesized product E has a multi-electron reaction involving at least 3 electrons or more per unit molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(F)に従い、9,10−ジヒドロ−9,10−ジオキソアントラセン−1−イル−2,2,6,6−テトラメチルピロリジノキシ−3−カルボキシレート(以下、「合成物F」という。)(8C)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthesis scheme (F), 9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracen-1-yl-2,2,6,6-tetramethylpyrrolidinoxy-3-carboxylate (hereinafter referred to as “synthesis”) Compound F ”) (8C) was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

2.7mmolの1−ヒドロキシアントラキノン(8C)と2.7mmolの3−カルボキシPROXYL(8C)を20mLのジクロロメタンに溶解させ、撹拌しながら3.3mmolのN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、及び3.3mmolの4−ジメチルアミノピリジンを加えて室温で3日間反応させ、反応物を得た。次いで、この反応物をろ過し、ろ液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分画し、主な画分から得られる固体を酢酸エチルより再結晶して、オレンジ色針状結晶の合成物F(8C)を得た。 2.7 mmol of 1-hydroxyanthraquinone (8C 1 ) and 2.7 mmol of 3-carboxy PROXYL (8C 2 ) are dissolved in 20 mL of dichloromethane and 3.3 mmol of N, N′-dicyclohexylcarbodiimide with stirring and 3 3 mmol of 4-dimethylaminopyridine was added and reacted at room temperature for 3 days to obtain a reaction product. The reaction was then filtered and the filtrate was concentrated to give a crude product. The obtained crude product was fractionated by silica gel chromatography, and the solid obtained from the main fraction was recrystallized from ethyl acetate to obtain orange needle-like compound F (8C).

〔二次電池の作製〕
電極活物質に合成物Fを使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was fabricated in the same manner as in [Example 1] except that the composite F was used as the electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.6V、2.3V、及び1.9Vの3箇所で電圧平坦部を有する放電容量が0.21mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、260Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had a discharge capacity of 0.21 mAh having a voltage flat portion at three places where the charge / discharge voltage was 3.6V, 2.3V, and 1.9V. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 260 Ah / kg.

一方、合成物Fの分子量は392.4であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを3とすると、理論容量密度は204.9Ah/kgとなる。したがって、合成物Fは1分子当たり少なくとも3電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。   On the other hand, since the molecular weight of the composite F is 392.4, when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 3, the theoretical capacity density is 204.9 Ah / kg. Therefore, it was confirmed that the composite F has a multi-electron reaction involving at least 3 electrons per molecule.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

〔有機化合物の合成〕
下記の合成スキーム(G)に従い、9,10−ジヒドロ−1−ヒドロキシ−2,3,6,7−テトラキス(オクチルオキシ)−9,10−ジオキソアントラセン−1−イル−2,2,5,5−テトラメチルピロリジノキシ−3−カルボキシレート−5−イル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−カルボキシレート(以下、「合成物G」という。)(9C)を合成した。
(Synthesis of organic compounds)
According to the following synthetic scheme (G), 9,10-dihydro-1-hydroxy-2,3,6,7-tetrakis (octyloxy) -9,10-dioxoanthracen-1-yl-2,2,5 , 5-tetramethylpyrrolidinoxy-3-carboxylate-5-yl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-carboxylate (hereinafter referred to as “Compound G”) (9C ) Was synthesized.

Figure 0005534589
Figure 0005534589

0.66mmolの9,10−ジヒドロ−1,5−ジヒドロキシ−2,3,6,7−テトラキス(オクチルオキシ)−9,10−ジオキソアントラセン(9C)と0.66mmolの4−カルボキシTEMPO(9C)を25 mLのジクロロメタンに溶解させ、撹拌しながら1.3mmolのN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド及び0.66mmolの4−ジメチルアミノピリジンを加えて室温で5時間反応させ、反応物を得た。次いで、この反応物をろ過し、ろ液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分離し、主な画分より得られる固体をアセトニトリルより再結晶して、9,10−ジヒドロ−9,10−ジオキソアントラセン−1−イル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−カルボキシレート(8B)の黄色結晶を得た。 0.66 mmol of 9,10-dihydro-1,5-dihydroxy-2,3,6,7-tetrakis (octyloxy) -9,10-dioxoanthracene (9C 1 ) and 0.66 mmol of 4-carboxy TEMPO (9C 2 ) is dissolved in 25 mL of dichloromethane, and 1.3 mmol of N, N′-dicyclohexylcarbodiimide and 0.66 mmol of 4-dimethylaminopyridine are added with stirring and reacted at room temperature for 5 hours. Obtained. The reaction was then filtered and the filtrate was concentrated to give a crude product. The resulting crude product is separated by silica gel chromatography, and the solid obtained from the main fraction is recrystallized from acetonitrile to give 9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracen-1-yl-2. 2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-carboxylate (8B 3 ) yellow crystals were obtained.

次に、0.39mmolの9,10−ジヒドロ−9,10−ジオキソアントラセン−1−イル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシ−4−カルボキシレート(9C)と0.78mmolの3−カルボキシPROXYL(9C)を12mLのジクロロメタンに溶解し、撹拌しながら1.57mmolのN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド及び0.78 mmolの4−ジメチルアミノピリジンを加えて室温で3時間反応させ、反応物を得た。次いで、この反応物をろ過し、ろ液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィーで分離し、主な画分より得られる固体をヘキサンより再結晶して、黄色針状結晶の合成物G(9C)を得た。 Next, 0.39 mmol of 9,10-dihydro-9,10-dioxoanthracen-1-yl-2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-carboxylate (9C 3 ) and 0 .78 mmol of 3-carboxy PROXYL (9C 4 ) is dissolved in 12 mL of dichloromethane, and 1.57 mmol of N, N′-dicyclohexylcarbodiimide and 0.78 mmol of 4-dimethylaminopyridine are added at room temperature with stirring. The reaction was performed for a time to obtain a reaction product. The reaction was then filtered and the filtrate was concentrated to give a crude product. The obtained crude product was separated by silica gel chromatography, and the solid obtained from the main fraction was recrystallized from hexane to obtain a yellow needle-like crystal compound G (9C).

〔二次電池の作製〕
電極活物質に合成物Gを使用した以外は、〔実施例1〕と同様の方法で二次電池を作製した。
[Production of secondary battery]
A secondary battery was produced in the same manner as in [Example 1] except that the composite G was used as the electrode active material.

〔二次電池の動作確認〕
以上のように作製した二次電池を、0.1mAの定電流で電圧が4.2Vになるまで充電し、その後、0.1mAの定電流で1.5Vまで放電した。その結果、充放電電圧が3.6V及び2.0Vの2箇所で電圧平坦部を有する放電容量が0.11mAhの二次電池であることが確認された。この容量から電極活物質当たりの容量密度を計算したところ、200Ah/kgであった。
[Confirmation of secondary battery operation]
The secondary battery produced as described above was charged with a constant current of 0.1 mA until the voltage reached 4.2 V, and then discharged to 1.5 V with a constant current of 0.1 mA. As a result, it was confirmed that the secondary battery had a discharge capacity of 0.11 mAh having a voltage flat portion at two places where the charge / discharge voltage was 3.6 V and 2.0 V. When the capacity density per electrode active material was calculated from this capacity, it was 200 Ah / kg.

一方、合成物Gの分子量は1103.6であるから、電池電極反応に関与する電子数Zを4とすると、理論容量密度は103.6Ah/kgとなる。したがって、合成物Fは単位分子当たり少なくとも4電子以上が関与する多電子反応をしていることが確認された。ただし、分子量が多いため、理論容量密度が小さくなった。   On the other hand, since the molecular weight of the composite G is 1103.6, when the number of electrons Z involved in the battery electrode reaction is 4, the theoretical capacity density is 103.6 Ah / kg. Therefore, it was confirmed that the synthesized product F has a multi-electron reaction involving at least 4 electrons per unit molecule. However, the theoretical capacity density decreased due to the large molecular weight.

その後、上記二次電池について、4.2〜1.5Vの範囲で充放電を繰り返したところ、10サイクル後においても初期の50%以上の容量を確保することができた。すなわち、充放電を繰り返しても容量低下の少ない安定性に優れた二次電池を得ることのできることが分かった。   Thereafter, when the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the range of 4.2 to 1.5 V, the initial capacity of 50% or more could be secured even after 10 cycles. That is, it was found that a secondary battery having excellent stability with little decrease in capacity can be obtained even when charging and discharging are repeated.

エネルギー密度が大きく高出力で、充放電を繰り返しても容量低下の少ないサイクル特性が良好で安定した二次電池を実現する。   A stable secondary battery with high energy density, high output, good cycle characteristics with little decrease in capacity even after repeated charge and discharge is realized.

4 正極
6 負極
9 電解質
4 Positive electrode 6 Negative electrode 9 Electrolyte

Claims (7)

電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、
一般式
Figure 0005534589
[式中、n は1以上の整数、R は置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、R は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含む。]
で表わされる共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有した有機化合物を主体としていることを特徴とする電極活物質。
An electrode active material used as an active material of a secondary battery that repeats charging and discharging by a battery electrode reaction,
General formula
Figure 0005534589
[ Wherein n 1 is an integer of 1 or more, R 1 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, substituted or unsubstituted Substituted acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted An amide group, a substituted or unsubstituted sulfone group, a substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, a substituted or unsubstituted sulfonamido group, a substituted or unsubstituted imine group, a substituted or unsubstituted azo group, and one of these 1 represents at least one of linking groups formed of the above combinations, R 2 represents a hydrogen atom, Halogen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group Substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted Indicate at least one of an alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group, and these substituents form a ring structure with each other Including cases. ]
An electrode active material comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by
電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、
一般式
Figure 0005534589
[式中、 は1以上の整数、 は置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、 は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含む。]
で表わされる共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有した有機化合物を主体としていることを特徴とする電極活物質。
An electrode active material used as an active material of a secondary battery that repeats charging and discharging by a battery electrode reaction,
General formula
Figure 0005534589
[ Wherein n 2 is an integer of 1 or more, R 3 is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, a substituted or unsubstituted carbonyl group, substituted or unsubstituted Substituted acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine group, substituted or unsubstituted An amide group, a substituted or unsubstituted sulfone group, a substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, a substituted or unsubstituted sulfonamido group, a substituted or unsubstituted imine group, a substituted or unsubstituted azo group, and one of these 1 represents at least one of linking groups comprising the above combinations, and R 4 represents a hydrogen atom , Halogen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon Group, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted At least one of an alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group, and these substituents form a ring structure with each other Including the case of ]
An electrode active material comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by
電池電極反応によって充放電を繰り返す二次電池の活物質として使用される電極活物質であって、
一般式
Figure 0005534589
[式中、 及びn は1以上の整数、 及びR は置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルキレン基、置換若しくは非置換のアリーレン基、置換若しくは非置換のカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のエステル基、置換若しくは非置換のエーテル基、置換若しくは非置換のチオエーテル基、置換若しくは非置換のアミン基、置換若しくは非置換のアミド基、置換若しくは非置換のスルホン基、置換若しくは非置換のチオスルホニル基、置換若しくは非置換のスルホンアミド基、置換若しくは非置換のイミン基、置換若しくは非置換のアゾ基、及びこれらの1以上の組み合わせからなる連結基のうちの少なくともいずれか1種を示し、 は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、置換若しくは非置換のアルキル基、置換若しくは非置換のアルケニル基、置換若しくは非置換のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは非置換の芳香族複素環基、置換若しくは非置換のアラルキル基、置換若しくは非置換のアミノ基、置換若しくは非置換のアルコキシ基、置換若しくは非置換のアリールオキシ基、置換若しくは非置換のアルコキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアリールオキシカルボニル基、置換若しくは非置換のアシル基、及び置換若しくは非置換のアシルオキシ基のうちの少なくとも1種を示し、これらの置換基同士で環構造を形成する場合を含む。]
で表わされる共役ジオン構造と安定ラジカル構造とを単位分子中に含有した有機化合物を主体としていることを特徴とする電極活物質。
An electrode active material used as an active material of a secondary battery that repeats charging and discharging by a battery electrode reaction,
General formula
Figure 0005534589
[ Wherein n 3 and n 4 are integers of 1 or more, R 5 and R 6 are substituted or unsubstituted alkyl groups, substituted or unsubstituted alkylene groups, substituted or unsubstituted arylene groups, substituted or unsubstituted Carbonyl group, substituted or unsubstituted acyl group, substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, substituted or unsubstituted ester group, substituted or unsubstituted ether group, substituted or unsubstituted thioether group, substituted or unsubstituted amine Group, substituted or unsubstituted amide group, substituted or unsubstituted sulfone group, substituted or unsubstituted thiosulfonyl group, substituted or unsubstituted sulfonamido group, substituted or unsubstituted imine group, substituted or unsubstituted azo And at least one of a linking group composed of one or more combinations thereof, R 7 is a hydrogen atom, halogen atom, hydroxyl group, nitro group, cyano group, carboxyl group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or non-substituted Substituted aromatic hydrocarbon group, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted or unsubstituted aralkyl group, substituted or unsubstituted amino group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy At least one of a group, a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted acyl group, and a substituted or unsubstituted acyloxy group, and these substituents This includes the case where a ring structure is formed with each other. ]
An electrode active material comprising an organic compound containing a conjugated dione structure and a stable radical structure represented by
前記有機化合物は、前記共役ジオン構造の酸化還元電位が前記安定ラジカル構造の還元反応時の酸化還元電位よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の電極活物質。 The electrode active material according to any one of claims 1 to 3 , wherein the organic compound has a redox potential of the conjugated dione structure larger than a redox potential at the time of the reduction reaction of the stable radical structure. . 前記有機化合物は、分子量が700以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の電極活物質。 The electrode active material according to any one of claims 1 to 4 , wherein the organic compound has a molecular weight of 700 or less. 前記請求項1乃至請求項のいずれかに記載の電極活物質が、前記電池電極反応の少なくとも放電反応における反応出発物、生成物及び中間生成物のうちのいずれかに含まれることを特徴とする二次電池。 The electrode active material according to any one of claims 1 to 5 is included in any one of a reaction starting material, a product, and an intermediate product in at least a discharge reaction of the battery electrode reaction. Secondary battery. 正極、負極、及び電解質を有し、前記正極が、前記電極活物質を主体としていることを特徴とする請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 6 , comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the positive electrode is mainly composed of the electrode active material.
JP2010049459A 2010-03-05 2010-03-05 Electrode active material and secondary battery Expired - Fee Related JP5534589B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010049459A JP5534589B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Electrode active material and secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010049459A JP5534589B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Electrode active material and secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011187231A JP2011187231A (en) 2011-09-22
JP5534589B2 true JP5534589B2 (en) 2014-07-02

Family

ID=44793297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010049459A Expired - Fee Related JP5534589B2 (en) 2010-03-05 2010-03-05 Electrode active material and secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5534589B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014073562A1 (en) * 2012-11-09 2014-05-15 カーリットホールディングス株式会社 Secondary battery

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3687736B2 (en) * 2000-02-25 2005-08-24 日本電気株式会社 Secondary battery
JP4830207B2 (en) * 2001-03-30 2011-12-07 日本電気株式会社 battery
JP2006324179A (en) * 2005-05-20 2006-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electrode and electrochemical element using it
US8263241B2 (en) * 2006-04-05 2012-09-11 Panasonic Corporation Method for manufacturing secondary battery and method for preparing positive electrode active material for secondary battery
JP2008192452A (en) * 2007-02-05 2008-08-21 Nec Corp Secondary battery using polymer which has radical
JP2008282632A (en) * 2007-05-09 2008-11-20 Kyoto Univ Secondary battery for energy regeneration
JP2009217992A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Univ Waseda Quinone polymer electrode, charge storage material and battery cell
JP5182534B2 (en) * 2010-02-09 2013-04-17 株式会社村田製作所 Secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011187231A (en) 2011-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5531424B2 (en) Electrode active material and secondary battery using the same
JP5483523B2 (en) Electrode active material and secondary battery
JP5488799B2 (en) Electrode active material and secondary battery
WO2012121145A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
JP2010080343A (en) Electrode active material and secondary battery
JP5527882B2 (en) Electrode active material and secondary battery using the same
JP5808067B2 (en) Secondary battery
JP5483521B2 (en) Electrode active material and secondary battery
JP5692741B2 (en) Electrode active material and secondary battery
JP5645319B2 (en) Secondary battery
WO2012117941A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary cell
WO2011074367A1 (en) Secondary battery
JP6179233B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2013134947A (en) Electrode active material and secondary battery containing the same
WO2012105439A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
JP5534589B2 (en) Electrode active material and secondary battery
JP6175703B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2007305481A (en) Electrode active material and secondary battery
JP2010113840A (en) Electrode active material and battery
JP5536519B2 (en) Electrode active material and secondary battery
JP5633948B2 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
JP5716934B2 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
WO2012105438A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery
WO2014073562A1 (en) Secondary battery
WO2013172323A1 (en) Electrode active material, electrode, and secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130123

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130123

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140203

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140327

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140421

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140421

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5534589

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees