JP7483222B2 - Positive electrode active material precursor for secondary battery, positive electrode active material for secondary battery, catholyte for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and secondary battery - Google Patents

Positive electrode active material precursor for secondary battery, positive electrode active material for secondary battery, catholyte for secondary battery, positive electrode for secondary battery, and secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、二次電池用正極活物質前駆体、二次電池用正極活物質、二次電池用陰極液、二次電池用正極及び二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material precursor for a secondary battery, a positive electrode active material for a secondary battery, a catholyte for a secondary battery, a positive electrode for a secondary battery, and a secondary battery.

二次電池のなかで最も高いエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が実用化されている。近年、様々な遷移金属酸化物(LiFePO、LiNi0.8Mn0.1Co0.1等)とそれらの誘導体は、二次電池用正極活物質(特にリチウムイオン二次電池用正極活物質)として広く使用されている。 Lithium ion secondary batteries , which have the highest energy density among secondary batteries , have been put to practical use. In recent years, various transition metal oxides ( LiFePO4 , LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 , etc.) and their derivatives have been widely used as positive electrode active materials for secondary batteries (especially positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries).

しかしながら、次世代のリチウムイオン電池等の二次電池に対する要求は年々高まっている一方、イオンインターカレーションストレージメカニズムにより、それらの充放電容量は構造的に制限がある。さらに、一部の金属元素は高価であるだけでなく、毒性もあり、安全上の問題もある。対照的に、カルボニル及びポリスルフィドを含む経済的に豊富な有機化合物は、二次電池用正極活物質として潜在的に役立つ可能性があり、これらの有機化合物は、分子ごとの多電子移動を可能にする独自の電荷蓄積メカニズムにより、高容量バッテリーの構築に有利である。 However, while the demand for next-generation lithium-ion batteries and other secondary batteries is increasing year by year, their charge and discharge capacities are structurally limited due to the ion intercalation storage mechanism. In addition, some metal elements are not only expensive but also toxic and pose safety issues. In contrast, economically abundant organic compounds, including carbonyls and polysulfides, can potentially serve as positive electrode active materials for secondary batteries, and these organic compounds are advantageous for constructing high-capacity batteries due to their unique charge storage mechanism that allows multiple electron transfer per molecule.

例えば、非特許文献1では、シクロヘキサンヘキソンベースの正極活物質を合成し、リチウムイオン電池への応用を報告している。この材料は高極性イオン液体電解質へ溶解しにくいため、100サイクル後も容量維持率が82%であった。また、非特許文献2では、三硫化ジメチルが充電式リチウム電池の有望な高容量正極活物質であることを確認し、この正極を使用したリチウム金属電池は、高い初期容量を実現する他、0.1Cレートで50サイクルにわたっても容量の82%を保持した。 For example, Non-Patent Document 1 reports the synthesis of a cyclohexanehexone-based positive electrode active material and its application to lithium-ion batteries. This material is difficult to dissolve in highly polar ionic liquid electrolytes, and the capacity retention rate was 82% even after 100 cycles. Non-Patent Document 2 also confirmed that dimethyl trisulfide is a promising high-capacity positive electrode active material for rechargeable lithium batteries, and a lithium metal battery using this positive electrode not only achieved a high initial capacity, but also retained 82% of its capacity over 50 cycles at a 0.1C rate.

Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,7020-7024Angew. Chem. Int. Ed. 2019,58,7020-7024 Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,10027-10031Angew. Chem. Int. Ed. 2016,55,10027-10031

しかしながら、有機化合物を用いた二次電池用正極活物質の報告は少なく、選択の幅は狭い。また、非特許文献1及び2の方法では、イオン液体のコストが高く、電池のレート特性及びサイクル安定性がよくない。また、得られた有機カソードは、バッテリーの自己放電を容易に引き起こし、エネルギーを消費する可能性のある重度のシャトル効果を持っている。このため、本発明は、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができる有機化合物を提供することを目的とする。 However, there are few reports of positive electrode active materials for secondary batteries using organic compounds, and the range of choices is narrow. In addition, in the methods of Non-Patent Documents 1 and 2, the cost of ionic liquid is high, and the rate characteristics and cycle stability of the battery are poor. In addition, the obtained organic cathode has a severe shuttle effect that can easily cause self-discharge of the battery and consume energy. Therefore, the present invention aims to provide an organic compound that can be used to manufacture a secondary battery with excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、少なくとも1個の硫黄含有基を有するピリジン骨格の化合物を適用することにより上記目的を達成できることを見出した。本発明は、このような知見に基づき、さらに研究を重ね、完成されたものである。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。 As a result of intensive research into achieving the above object, the inventors have found that the above object can be achieved by applying a compound having a pyridine skeleton with at least one sulfur-containing group. The present invention was completed based on this finding and further research. That is, the present invention includes the following configurations.

項1.少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物を含有する、二次電池用正極活物質前駆体。 Item 1. A positive electrode active material precursor for a secondary battery, containing a compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule.

項2.前記化合物が、一般式(1): Item 2. The compound has the general formula (1):

Figure 0007483222000001
Figure 0007483222000001

[式中、R11、R12、R13、R14及びR15は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R11、R12、R13、R14及びR15の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a sulfur-containing group.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):

Figure 0007483222000002
Figure 0007483222000002

[式中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a sulfur-containing group.]
and a bipyridine compound represented by general formula (3):

Figure 0007483222000003
Figure 0007483222000003

[式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38の少なくとも一つは硫黄含有基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項1に記載の二次電池用正極活物質前駆体。
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a sulfur-containing group, and n represents an integer of 2 to 4.]
Item 2. The positive electrode active material precursor for a secondary battery according to item 1, wherein the pyridine ring compound is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the formula:

項3.前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基である、項1又は2に記載の二次電池用正極活物質前駆体。 Item 3. The positive electrode active material precursor for a secondary battery according to item 1 or 2, wherein the sulfur-containing group is a thiol group or a derivative group thereof.

項4.リチウムイオン二次電池用正極活物質前駆体である、項1~3のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質前駆体。 Item 4. A positive electrode active material precursor for a secondary battery according to any one of items 1 to 3, which is a positive electrode active material precursor for a lithium ion secondary battery.

項5.少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物を含有する、二次電池用正極活物質。 Item 5. A positive electrode active material for a secondary battery, containing a lithium compound having at least one sulfur-containing group and one or more pyridine skeletons in the molecule.

項6.前記化合物が、一般式(1): Item 6. The compound has the general formula (1):

Figure 0007483222000004
Figure 0007483222000004

[式中、R11、R12、R13、R14及びR15は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R11、R12、R13、R14及びR15の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a sulfur-containing group.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):

Figure 0007483222000005
Figure 0007483222000005

[式中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a sulfur-containing group.]
and a bipyridine compound represented by general formula (3):

Figure 0007483222000006
Figure 0007483222000006

[式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38の少なくとも一つは硫黄含有基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項5に記載の二次電池用正極活物質。
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a sulfur-containing group, and n represents an integer of 2 to 4.]
Item 6. The positive electrode active material for a secondary battery according to item 5, wherein the pyridine ring compound is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the formula:

項7.前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基である、請求項5又は6に記載の二次電池用正極活物質。 Item 7. The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 5 or 6, wherein the sulfur-containing group is a thiol group or a derivative group thereof.

項8.リチウムイオン二次電池用正極活物質である、項5~7のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質。 Item 8. The positive electrode active material for a secondary battery according to any one of items 5 to 7, which is a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery.

項9.少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物を含有する、二次電池用陰極液。 Item 9. A cathode solution for a secondary battery, containing a lithium compound having at least one sulfur-containing group and one or more pyridine skeletons in the molecule.

項10.前記化合物が、一般式(1): Item 10. The compound has the general formula (1):

Figure 0007483222000007
Figure 0007483222000007

[式中、R11、R12、R13、R14及びR15は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R11、R12、R13、R14及びR15の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a sulfur-containing group.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):

Figure 0007483222000008
Figure 0007483222000008

[式中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a sulfur-containing group.]
and a bipyridine compound represented by general formula (3):

Figure 0007483222000009
Figure 0007483222000009

[式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38の少なくとも一つは硫黄含有基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項9に記載の二次電池用陰極液。
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a sulfur-containing group, and n represents an integer of 2 to 4.]
Item 10. The catholyte for a secondary battery according to item 9, wherein the pyridine ring compound is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the formula:

項11.前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基である、項9又は10に記載の二次電池用陰極液。 Item 11. The cathode solution for a secondary battery according to item 9 or 10, wherein the sulfur-containing group is a thiol group or a derivative group thereof.

項12.リチウムイオン二次電池用正極液である、項9~11のいずれか1項に記載の二次電池用陰極液。 Item 12. The cathode fluid for a secondary battery according to any one of items 9 to 11, which is a cathode fluid for a lithium ion secondary battery.

項13.項5~8のいずれか1項に記載の二次電池用正極活物質又は項9~12のいずれか1項に記載の二次電池用陰極液を含有する、二次電池用正極。 Item 13. A positive electrode for a secondary battery, comprising the positive electrode active material for a secondary battery according to any one of items 5 to 8 or the catholyte for a secondary battery according to any one of items 9 to 12.

項14.リチウムイオン二次電池用正極である、項13に記載の二次電池用正極。 Item 14. The positive electrode for a secondary battery according to Item 13, which is a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

項15.項13又は14に記載の二次電池用正極を備える、二次電池。 Item 15. A secondary battery comprising the positive electrode for a secondary battery according to item 13 or 14.

項16.リチウムイオン二次電池である、項15に記載の二次電池。 Item 16. The secondary battery according to item 15, which is a lithium ion secondary battery.

本発明によれば、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができる有機化合物を提供することができる。 The present invention provides an organic compound that can be used to manufacture a secondary battery having excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability.

2-MPをリチウム化して得られた2-MP-LiのXPS分析の結果を示す。The results of XPS analysis of 2-MP-Li obtained by lithiating 2-MP are shown below. 比較例1のコインセルを用いた電気化学測定の結果(サイクル安定性及びクーロン効率)を示す。1 shows the results of electrochemical measurements (cycle stability and coulombic efficiency) using the coin cell of Comparative Example 1. 実施例1のコインセルの充放電曲線(a)及びサイクリックボルタモグラム(b)を示す。1 shows the charge/discharge curve (a) and cyclic voltammogram (b) of the coin cell of Example 1. 実施例1のコインセルを用いた電気化学測定の結果(レート特性(a)及びサイクル安定性(b))を示す。1 shows the results of electrochemical measurements ((a) rate characteristics and (b) cycle stability) using the coin cell of Example 1. 実施例2のコインセルの充放電曲線(a)及びサイクリックボルタモグラム(b)を示す。1 shows the charge/discharge curve (a) and cyclic voltammogram (b) of the coin cell of Example 2. 実施例2のコインセルを用いた電気化学測定の結果(サイクル安定性)を示す。図6(a)では、比較のため、実施例1のコインセルを用いたサイクル安定性を20μL-catholyte-0.3Cとして、実施例2のコインセルを用いたサイクル安定性を40μL-catholyte-0.3Cとして示している。6 shows the results of electrochemical measurement (cycling stability) using the coin cell of Example 2. In Fig. 6(a), for comparison, the cycling stability using the coin cell of Example 1 is shown as 20 μL-catholite-0.3 C, and the cycling stability using the coin cell of Example 2 is shown as 40 μL-catholite-0.3 C.

本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。 In this specification, "containing" is a concept that encompasses all of "comprise," "consist essentially of," and "consist only of."

また、本明細書において、「A~B」との表記は、「A以上且つB以下」を意味する。 In addition, in this specification, the notation "A-B" means "A or more and B or less."

1.二次電池用正極活物質前駆体
本発明の二次電池用正極活物質前駆体は、少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物からなる。このようなピリジン骨格を有する化合物を使用することで、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができる。
1. Positive electrode active material precursor for secondary battery The positive electrode active material precursor for secondary battery of the present invention is composed of a compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule. By using such a compound having a pyridine skeleton, a secondary battery having excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability can be manufactured.

ピリジン骨格を有する化合物の硫黄含有基の種類は特に限定されない。例えば、チオール基又はその誘導体基が挙げられる。チオール基の誘導体基としては、チオール基の水素原子が、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基(メチル基、エチル基等の炭素数1~10のアルキル基等)、アルケニル基(ビニル基、アリル基等の炭素数2~10のアルケニル基等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1~10のアルコキシ基)、アミノ基等で置換された基が挙げられる。 The type of sulfur-containing group of the compound having a pyridine skeleton is not particularly limited. For example, a thiol group or a derivative group thereof can be mentioned. Examples of derivative groups of a thiol group include groups in which the hydrogen atom of the thiol group is substituted with a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.), an alkyl group (an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group), an alkenyl group (an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms such as a vinyl group or an allyl group), an alkoxy group (an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms such as a methoxy group or an ethoxy group), an amino group, etc.

ピリジン骨格を有する化合物において、ピリジン骨格とは、ピリジン環由来の構造を意味する。ピリジン骨格を有する化合物において、ピリジン骨格の数は1個以上である限りは特に限定されない。ピリジン骨格を有する化合物を製造しやすく、二次電池に優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらしやすいという観点から、ピリジン骨格の数は、1~5個が好ましく、1~3個がより好ましく、1個又は2個がさらに好ましく、1個が特に好ましい。 In a compound having a pyridine skeleton, the pyridine skeleton means a structure derived from a pyridine ring. In a compound having a pyridine skeleton, the number of pyridine skeletons is not particularly limited as long as it is one or more. From the viewpoint of ease of production of a compound having a pyridine skeleton and ease of imparting excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability to a secondary battery, the number of pyridine skeletons is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, even more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1.

ピリジン骨格を有する化合物において、硫黄含有基の数は1個以上である限りは特に限定されない。ピリジン骨格を有する化合物を製造しやすく、二次電池に優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらしやすいという観点から、硫黄含有基の数は、1~3個が好ましく、1個又は2個がより好ましく、1個がさらに好ましい。 In a compound having a pyridine skeleton, the number of sulfur-containing groups is not particularly limited as long as it is one or more. From the viewpoint of ease of production of a compound having a pyridine skeleton and ease of imparting excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability to a secondary battery, the number of sulfur-containing groups is preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, and even more preferably 1.

従って、ピリジン骨格を有する化合物は、1個のピリジン骨格と1個の硫黄含有基とを有する化合物が好ましく、中でも、1個のピリジン骨格と1個のチオール基又はその誘導体基とを有する化合物であることがより好ましい。 Therefore, the compound having a pyridine skeleton is preferably a compound having one pyridine skeleton and one sulfur-containing group, and more preferably a compound having one pyridine skeleton and one thiol group or a derivative thereof.

ピリジン骨格を有する化合物において、硫黄含有基は、ピリジン骨格に直接結合することができ、その結合位置は特に限定されない。 In a compound having a pyridine skeleton, the sulfur-containing group can be directly bonded to the pyridine skeleton, and the bonding position is not particularly limited.

ピリジン骨格を有する化合物は、分子内に1個以上のピリジン骨格と、1個以上の硫黄含有基とを有する化合物である限り、その種類は特に限定されない。例えば、ピリジン骨格を有する化合物は、一般式(1): The type of compound having a pyridine skeleton is not particularly limited as long as it is a compound having one or more pyridine skeletons and one or more sulfur-containing groups in the molecule. For example, a compound having a pyridine skeleton is represented by the general formula (1):

Figure 0007483222000010
Figure 0007483222000010

[式中、R11、R12、R13、R14及びR15は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R11、R12、R13、R14及びR15の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a sulfur-containing group.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):

Figure 0007483222000011
Figure 0007483222000011

[式中、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28の少なくとも一つは硫黄含有基である。]
で表されるビピリジン化合物、
一般式(3):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a sulfur-containing group.]
A bipyridine compound represented by the formula:
General formula (3):

Figure 0007483222000012
Figure 0007483222000012

[式中、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38の少なくとも一つは硫黄含有基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物等よりなる群から選ばれる少なくとも1種とすることができる。
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a sulfur-containing group, and n represents an integer of 2 to 4.]
The compound may be at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the following formula:

一般式(1)~(3)において、硫黄含有基は、上記説明したものを採用できる。 In general formulas (1) to (3), the sulfur-containing groups can be those described above.

一般式(1)~(3)において、1価の基が硫黄含有基以外の基である場合の基については特に限定されず、本発明の効果が阻害されない限りは種々の基を選択することができる。例えば、1価の基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、アルキル基(メチル基、エチル基等の炭素数1~10のアルキル基等)、アルケニル基(ビニル基、アリル基等の炭素数2~10のアルケニル基等)、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1~10のアルコキシ基)、アミノ基等が挙げられる。これらの1価の基は、同一でも異なっていてもよい。 In the general formulas (1) to (3), when the monovalent group is a group other than a sulfur-containing group, there are no particular limitations on the group, and various groups can be selected as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, examples of monovalent groups include halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms, etc.), alkyl groups (methyl groups, ethyl groups, and other alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms), alkenyl groups (vinyl groups, allyl groups, and other alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms), alkoxy groups (methoxy groups, ethoxy groups, and other alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms), and amino groups. These monovalent groups may be the same or different.

一般式(1)において、R11、R12、R13、R14及びR15は、同一又は異なって、水素原子又は硫黄含有基が好ましい。中でも、R11、R12、R13、R14及びR15の少なくとも一つが硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)であって、残りは水素原子であることが特に好ましい。この場合、二次電池に特に優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらすことができる。例えば、一般式(1)において、R11及びR15のいずれか一方を硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)とすることができる。この場合、特に好ましい化合物は、2-メルカプトピリジンである。 In the general formula (1), R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are preferably the same or different and are a hydrogen atom or a sulfur-containing group. Among them, it is particularly preferable that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof), and the remaining are hydrogen atoms. In this case, it is possible to bring about particularly excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics and cycle stability to the secondary battery. For example, in the general formula (1), either one of R 11 and R 15 can be a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof). In this case, a particularly preferred compound is 2-mercaptopyridine.

一般式(2)において、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28は、同一又は異なって、水素原子又は硫黄含有基が好ましい。中でも、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27及びR28の少なくとも一つが硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)であって、残りは水素原子であることが特に好ましい。この場合、二次電池に特に優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらすことができる。例えば、一般式(2)において、R21及びR25のいずれか一方を硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)とすることができる。 In the general formula (2), R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are preferably the same or different and are a hydrogen atom or a sulfur-containing group. Among them, it is particularly preferable that at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof), and the remaining is a hydrogen atom. In this case, it is possible to bring about particularly excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics and cycle stability to the secondary battery. For example, in the general formula (2), either one of R 21 and R 25 can be a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof).

一般式(3)において、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38は、同一又は異なって、水素原子又は硫黄含有基が好ましい。中でも、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37及びR38の少なくとも一つが硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)であって、残りは水素原子であることが特に好ましい。この場合、二次電池に特に優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらすことができる。例えば、一般式(3)において、R31及びR38のいずれか一方を硫黄含有基(好ましくはチオール基又はその誘導体基)とすることができる。 In the general formula (3), R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are preferably the same or different and are a hydrogen atom or a sulfur-containing group. Among them, it is particularly preferable that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof), and the remaining are hydrogen atoms. In this case, it is possible to provide the secondary battery with particularly excellent electrochemical reversible characteristics, rate characteristics and cycle stability. For example, in the general formula (3), either one of R 31 and R 38 can be a sulfur-containing group (preferably a thiol group or a derivative group thereof).

本発明の二次電池用正極活物質前駆体において、上記したピリジン骨格の化合物は1種のみを含むことができ、あるいは、異なる2種以上を含むこともできる。また、これらピリジン骨格の化合物は、公知又は市販品を使用することができる。 In the positive electrode active material precursor for secondary batteries of the present invention, the above-mentioned pyridine skeleton compound may be contained in only one type, or may contain two or more different types. In addition, these pyridine skeleton compounds may be publicly known or commercially available products.

なお、本発明の二次電池用正極活物質前駆体は、その性能を阻害しない範囲であれば、その他の不純物も含まれ得る。 The positive electrode active material precursor for secondary batteries of the present invention may contain other impurities as long as they do not impair its performance.

これらの不純物の量については、上記した本発明の二次電池用正極活物質前駆体の性能を阻害しない範囲が好ましく、本発明の二次電池用正極活物質前駆体の総量を100質量%として、通常、2質量%以下(0~2質量%)が好ましい。 The amount of these impurities is preferably within a range that does not impair the performance of the positive electrode active material precursor for secondary batteries of the present invention described above, and is usually preferably 2% by mass or less (0 to 2% by mass) based on 100% by mass of the total amount of the positive electrode active material precursor for secondary batteries of the present invention.

以上のように、本発明の二次電池用正極活物質前駆体は、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができることから、二次電池用正極活物質前駆体(特にリチウムイオン二次電池用正極活物質前駆体)として有用である。 As described above, the positive electrode active material precursor for secondary batteries of the present invention can be used to produce secondary batteries having excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability, and is therefore useful as a positive electrode active material precursor for secondary batteries (particularly as a positive electrode active material precursor for lithium ion secondary batteries).

2.二次電池用正極活物質
本発明の二次電池用正極活物質は、少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物を含有する。少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物については、上記したピリジン骨格を有する化合物の説明を採用できる。
2. Cathode active material for secondary battery The cathode active material for secondary battery of the present invention contains a lithium compound having at least one sulfur-containing group and one or more pyridine skeletons in the molecule. For the compound having at least one sulfur-containing group and one or more pyridine skeletons in the molecule, the above description of the compound having a pyridine skeleton can be adopted.

上記したピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物は、硫黄含有基にリチウムが導入された化合物である。通常、硫黄含有基が有する1個の水素原子がリチウム原子で置換された化合物が得られる。具体的には、硫黄含有基がチオール基である場合は、リチウム化することで-SLiで表される基となる。 The lithium derivatives of the compounds having the pyridine skeleton described above are compounds in which lithium has been introduced into the sulfur-containing group. Usually, a compound is obtained in which one hydrogen atom of the sulfur-containing group is replaced with a lithium atom. Specifically, when the sulfur-containing group is a thiol group, it is lithium-decomposed into a group represented by -SLi.

このような化合物を使用することで、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができる。 By using such compounds, it is possible to manufacture secondary batteries with excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability.

本発明の二次電池用正極活物質において、上記したピリジン骨格の化合物のリチウム化物は1種のみを含むことができ、あるいは、異なる2種以上を含むこともできる。また、これらピリジン骨格の化合物のリチウム化物は、例えば、公知又は市販品のピリジン骨格の化合物に対して、リチウム材料(リチウム金属等)を反応させることで合成することができる。この際の反応条件等は特に制限されず、適宜調整することができる。 In the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention, the lithium oxide of the pyridine skeleton compound described above may be only one type, or may be two or more different types. In addition, the lithium oxide of these pyridine skeleton compounds may be synthesized, for example, by reacting a known or commercially available pyridine skeleton compound with a lithium material (lithium metal, etc.). The reaction conditions, etc. at this time are not particularly limited and may be adjusted as appropriate.

なお、本発明の二次電池用正極活物質は、その性能を阻害しない範囲であれば、その他の不純物も含まれ得る。 The positive electrode active material for secondary batteries of the present invention may contain other impurities as long as they do not impair its performance.

これらの不純物の量については、上記した本発明の二次電池用正極活物質の性能を阻害しない範囲が好ましく、本発明の二次電池用正極活物質の総量を100質量%として、通常、2質量%以下(0~2質量%)が好ましい。 The amount of these impurities is preferably within a range that does not impair the performance of the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention described above, and is usually preferably 2% by mass or less (0 to 2% by mass) based on 100% by mass of the total amount of the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention.

以上のように、本発明の二次電池用正極活物質は、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性を有する二次電池を製造することができることから、二次電池用正極活物質(特にリチウムイオン二次電池用正極活物質)として有用である。 As described above, the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention can be used to produce secondary batteries having excellent electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, and cycle stability, and is therefore useful as a positive electrode active material for secondary batteries (particularly as a positive electrode active material for lithium ion secondary batteries).

3.二次電池用陰極液
本発明の二次電池用陰極液は、少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物(つまり、本発明の二次電池用正極活物質)を含有する。少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物や、そのリチウム化物については、上記したピリジン骨格を有する化合物や、そのリチウム化物の説明を採用できる。
3. Catholyte for secondary battery The catholyte for secondary battery of the present invention contains a lithium compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule (i.e., the positive electrode active material for secondary battery of the present invention). For the compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule and the lithium compound thereof, the above description of the compound having a pyridine skeleton and the lithium compound thereof can be adopted.

本発明の二次電池用陰極液は、上記した本発明の二次電池用正極活物質を含有していれば特に制限はないが、通常、本発明の二次電池用正極活物質の他、溶媒及びアルカリ金属が含まれ得る。 The cathode solution for the secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it contains the above-mentioned cathode active material for the secondary battery of the present invention, but typically may contain a solvent and an alkali metal in addition to the cathode active material for the secondary battery of the present invention.

溶媒としては、特に制限はなく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、1,3-ジオキソラン(DOL)、1,2-ジメトキシエタン(DME)等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 The solvent is not particularly limited, and examples thereof include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), 1,3-dioxolane (DOL), 1,2-dimethoxyethane (DME), etc. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

溶媒の使用量は、過剰量であれば特に制限されない。具体的には、本発明の二次電池用正極活物質の濃度が0.1~5mol/L、特に0.5~3mol/Lとなるように使用することができる。 There are no particular limitations on the amount of solvent used, so long as it is an excess amount. Specifically, it can be used so that the concentration of the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention is 0.1 to 5 mol/L, and particularly 0.5 to 3 mol/L.

アルカリ金属としては、特に制限はなく、リチウム金属、ナトリウム金属、カリウム金属等が挙げられる。これらの溶媒は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。なかでも、リチウム金属を採用する場合には、本発明の二次電池用正極活物質を合成すると同時に、本発明の二次電池用陰極液を製造することも可能である点で有用である。 The alkali metal is not particularly limited, and examples thereof include lithium metal, sodium metal, potassium metal, and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more. In particular, when lithium metal is used, it is useful in that it is possible to synthesize the positive electrode active material for the secondary battery of the present invention and simultaneously produce the catholyte for the secondary battery of the present invention.

アルカリ金属の使用量は、特に制限されないが、電気化学的可逆特性、レート特性、サイクル安定性等の観点から、本発明の二次電池用正極活物質100質量部に対して、アルカリ金属を100~300質量部、特に110~200質量部含むことが好ましい。なお、アルカリ金属の使用量を多めにすると、反応をより徹底することができ、最終的に得られる本発明の二次電池用正極活物質の純度もより高めることが可能である。 The amount of alkali metal used is not particularly limited, but from the viewpoints of electrochemical reversibility, rate characteristics, cycle stability, etc., it is preferable to contain 100 to 300 parts by mass, and particularly 110 to 200 parts by mass, of alkali metal per 100 parts by mass of the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention. Note that using a larger amount of alkali metal can make the reaction more thorough, and it is also possible to further increase the purity of the final positive electrode active material for secondary batteries of the present invention.

本発明の二次電池用陰極液には、さらに、必要に応じて、電解質塩を含ませることもできる。 The cathode fluid for secondary batteries of the present invention may further contain an electrolyte salt, if necessary.

電解質塩としては、例えば、硝酸リチウム(LiNO)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF)、リチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF)、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiFSI)、リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド(LiSOCF)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)等の1種又は2種以上が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt include one or more of lithium nitrate (LiNO 3 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisoxalatoborate (LiBOB), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium bisfluorosulfonylimide (LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiSO 3 CF 3 ), and lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI).

電解質塩の使用量は、特に制限されないが、電気化学的可逆特性、レート特性、サイクル安定性等の観点から、本発明の二次電池用正極活物質100質量部に対して、電解質塩を100~1000質量部、特に200~600質量部含むことが好ましい。なお、電解質塩の使用量を多めにすると、負極の安定性をより向上させることが可能である。 The amount of electrolyte salt used is not particularly limited, but from the viewpoints of electrochemical reversibility characteristics, rate characteristics, cycle stability, etc., it is preferable to contain 100 to 1000 parts by mass, and particularly 200 to 600 parts by mass, of electrolyte salt per 100 parts by mass of the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention. Note that using a larger amount of electrolyte salt can further improve the stability of the negative electrode.

上記のような本発明の二次電池用陰極液の製造方法は制限されない。例えば、アルカリ金属がリチウム金属である場合は、本発明の二次電池用正極活物質を合成するために、溶媒中で本発明の二次電池用正極活物質前駆体とリチウム金属とを反応させる場合は、過剰量のリチウム金属を使用することで、本発明の二次電池用正極活物質を合成すると同時に、本発明の二次電池用陰極液を製造することも可能である。 The method for producing the cathode solution for secondary batteries of the present invention as described above is not limited. For example, when the alkali metal is lithium metal, when reacting a precursor of the cathode active material for secondary batteries of the present invention with lithium metal in a solvent to synthesize the cathode active material for secondary batteries of the present invention, it is possible to synthesize the cathode active material for secondary batteries of the present invention and produce the cathode solution for secondary batteries of the present invention at the same time by using an excess amount of lithium metal.

4.二次電池用正極及び二次電池
本発明の二次電池用正極は、本発明の二次電池用正極活物質を含有する。本発明の二次電池用正極は、例えば、リチウムイオン二次電池用正極等のように、各種二次電池に好適に使用することができ、二次電池、特にリチウムイオン二次電池において、優れた電気化学的可逆特性、レート特性及びサイクル安定性をもたらすことができる。
4. Positive electrode for secondary battery and secondary battery The positive electrode for secondary battery of the present invention contains the positive electrode active material for secondary battery of the present invention. The positive electrode for secondary battery of the present invention can be suitably used in various secondary batteries, such as a positive electrode for lithium ion secondary batteries, and can provide excellent electrochemical reversibility, rate characteristics, and cycle stability in secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries.

この本発明の二次電池用正極は、本発明の二次電池用正極活物質を含有する他は、公知の二次電池用負極と同様の構造とすることができる。 The positive electrode for a secondary battery of the present invention can have the same structure as a known negative electrode for a secondary battery, except that it contains the positive electrode active material for a secondary battery of the present invention.

例えば、正極集電体を本発明の二次電池用陰極液に浸漬させることにより、正極集電体中に本発明の陰極液が含浸した二次電池用正極を形成することができる。この場合、本発明の二次電池用陰極液を、二次電池用正極を構成する材料として使用するのみならず、二次電池用電解質としても使用することが好ましい。具体的には、負極上に本発明の二次電池用陰極液を配置し、その上から正極集電体を落とし、正極集電体中には本発明の二次電池用陰極液を含浸させて本発明の正極としつつ、正極集電体が存在しない領域の本発明の二次電池用陰極液は二次電池用電解質として使用することができる点で簡便である。 For example, by immersing a positive electrode collector in the cathode solution for a secondary battery of the present invention, a positive electrode for a secondary battery in which the cathode solution for the secondary battery of the present invention is impregnated in the positive electrode collector can be formed. In this case, it is preferable to use the cathode solution for a secondary battery of the present invention not only as a material for constituting a positive electrode for a secondary battery, but also as an electrolyte for a secondary battery. Specifically, the cathode solution for a secondary battery of the present invention is placed on a negative electrode, a positive electrode collector is dropped on top of it, and the cathode solution for a secondary battery of the present invention is impregnated into the positive electrode collector to form a positive electrode of the present invention, while the cathode solution for a secondary battery of the present invention in the area where the positive electrode collector is not present can be used as an electrolyte for a secondary battery, which is simple.

一方、本発明の二次電池の製造方法は上記のみに限定されることはなく、以下の方法によっても製造することができる。具体的には、正極集電体を本発明の二次電池用陰極液に浸漬させたり、正極集電体に本発明の二次電池用陰極液を塗布したりする方法により、正極集電体中に本発明の陰極液が含浸した本発明の二次電池用正極を形成することができる。そして、負極上に液体電解質を含浸させたセパレーターを載置し、その上に本発明の二次電池用正極を載置することによっても、本発明の二次電池を製造することができる。 On the other hand, the method for producing the secondary battery of the present invention is not limited to the above, and the secondary battery can also be produced by the following method. Specifically, the positive electrode collector is immersed in the cathode liquid for the secondary battery of the present invention, or the cathode liquid for the secondary battery of the present invention is applied to the positive electrode collector, thereby forming a positive electrode for the secondary battery of the present invention in which the cathode liquid for the secondary battery of the present invention is impregnated in the positive electrode collector. The secondary battery of the present invention can also be produced by placing a separator impregnated with a liquid electrolyte on the negative electrode, and placing the positive electrode for the secondary battery of the present invention on the separator.

正極集電体としては、例えば、カーボンファイバーペーパー(CFP)、カーボンナノチューブペーパー、グラファイトペーパー、グラフェンフォーム等の各種多孔性集電体を使用することができる。また、正極集電体としては、上記した炭素材料のみに限定されず、金属箔に活物質が担持された構造を有することもできる。金属箔としては、アルミニウム、チタン、白金、モリブデン、ステンレス、銅等が挙げられる。金属箔の形状は、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。 As the positive electrode current collector, various porous current collectors such as carbon fiber paper (CFP), carbon nanotube paper, graphite paper, graphene foam, etc. can be used. In addition, the positive electrode current collector is not limited to the above-mentioned carbon materials, and can also have a structure in which an active material is supported on a metal foil. Examples of the metal foil include aluminum, titanium, platinum, molybdenum, stainless steel, and copper. Examples of the shape of the metal foil include a porous body, a foil, a plate, and a mesh made of fibers.

なお、正極集電体に本発明の陰極液を含浸又は塗布する方法については、特に制限されず、常法にしたがい行うことができる。各種条件も適宜調整することができる。 The method for impregnating or applying the cathode liquid of the present invention to the positive electrode current collector is not particularly limited and can be carried out according to a conventional method. Various conditions can also be adjusted as appropriate.

負極としては、例えば、各種金属板を使用することができる。金属板としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等が挙げられる。なお、各種金属板以外にも、例えば、金属箔に活物質が担持された構造を採用することもできる。金属箔としては、アルミニウム、チタン、白金、モリブデン、ステンレス、銅等が挙げられる。金属箔の形状は、例えば、多孔質体、箔、板、繊維からなるメッシュ等が挙げられる。アノードの活物質としては、Li、Na、K、Mg、Al、Zn等の金属;グラファイト及び他の炭素材料;Si(C)ベース、Si(O)ベース又はSnベースの合金又は金属酸化物;LiTi12等を挙げることができる。 As the negative electrode, for example, various metal plates can be used. Examples of the metal plate include lithium, sodium, potassium, magnesium, aluminum, zinc, etc. In addition to the various metal plates, for example, a structure in which an active material is supported on a metal foil can be adopted. Examples of the metal foil include aluminum, titanium, platinum, molybdenum, stainless steel, copper, etc. Examples of the shape of the metal foil include a porous body, a foil, a plate, a mesh made of fibers, etc. Examples of the active material of the anode include metals such as Li, Na, K, Mg, Al, and Zn; graphite and other carbon materials; Si(C)-based, Si(O)-based, or Sn-based alloys or metal oxides; Li 4 Ti 5 O 12 , etc.

セパレーターに液体電解質を含浸させる場合、当該液体電解質としては、本発明の陰極液を使用することもできるし、公知の液体電解質を使用することもできる。公知の液体電解質を使用する場合、液体電解質としては、極性溶媒に溶解したリチウム塩が挙げられる。極性溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート化合物;ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、トリエチレングリコールジメチルエーテル(トリグリム)、1,3-ジオキソラン(DOL)、1,2-ジメトキシエタン(DME)等のエーテル化合物;酢酸プロピル等のエステル化合物等の1種又は2種以上を挙げることができる。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF)、リチウムビスオキサレートボラート(LiBOB)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF)、リチウムビスフルオロスルホニルイミド(LiFSI)、リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド(LiSOCF)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)等の1種又は2種以上が挙げられる。 When the separator is impregnated with a liquid electrolyte, the catholyte of the present invention or a known liquid electrolyte can be used as the liquid electrolyte. When a known liquid electrolyte is used, the liquid electrolyte can be a lithium salt dissolved in a polar solvent. Examples of the polar solvent include one or more of carbonate compounds such as propylene carbonate, ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate (DEC); ether compounds such as diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), triethylene glycol dimethyl ether (triglyme), 1,3-dioxolane (DOL), and 1,2-dimethoxyethane (DME); and ester compounds such as propyl acetate. Examples of the lithium salt include one or more of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisoxalatoborate (LiBOB), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium bisfluorosulfonylimide (LiFSI), lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiSO 3 CF 3 ), and lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI).

なかでも、セパレーターに含浸させる液体電解質として、本発明の陰極液を採用した場合には、サイクル安定性をさらに向上させることが可能である。 In particular, when the cathode electrolyte of the present invention is used as the liquid electrolyte to be impregnated into the separator, it is possible to further improve cycle stability.

セパレーターとしては、リチウムイオン二次電池等の二次電池に適用されている公知のセパレーターを使用することができ、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂;ポリイミド;ポリビニルアルコール;末端アミノ化ポリエチレンオキシドポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;アクリル樹脂;ナイロン;芳香族アラミド;無機ガラス;セラミックス等の材質からなり、多孔質膜、不織布、織布等の形態の材料を用いることができる。 As the separator, a known separator that is applied to secondary batteries such as lithium ion secondary batteries can be used, and it is possible to use materials such as polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP); polyimide; polyvinyl alcohol; fluororesins such as aminated polyethylene oxide polytetrafluoroethylene; acrylic resins; nylon; aromatic aramid; inorganic glass; and ceramics, and materials in the form of porous membranes, nonwoven fabrics, woven fabrics, etc. can be used.

二次電池を組み立てる方法も特に制限はなく、公知の二次電池の組み立て方法と同様の方法で二次電池を得ることができる。 There are no particular limitations on the method for assembling the secondary battery, and the secondary battery can be obtained by a method similar to that used for assembling publicly known secondary batteries.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

本発明の二次電池用正極活物質前駆体である2-メルカプトピリジン(99%)は、シグマアルドリッチ社から購入した。液体電解質であるリチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド(LiTFSI)の1,3-ジオキソラン(DOL)及び1,2-ジメトキシエタン(DME)の混合溶媒(体積比1:1)への1M溶液(LiNOを1質量%含む)は、Xiamen Tob New Energy Technology Co.,Ltd.Chinaから購入した。以下、この液体電解質を「1M LiTFSI in DOL:DME(1:1vol.% containing 1%LiNO)」と表記することもある。 2-mercaptopyridine (99%), which is a precursor of the positive electrode active material for secondary batteries of the present invention, was purchased from Sigma-Aldrich Co. A 1M solution (containing 1% by mass of LiNO 3 ) of lithium trifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI) in a mixed solvent (volume ratio 1:1) of 1,3-dioxolane (DOL) and 1,2-dimethoxyethane (DME), which is a liquid electrolyte, was purchased from Xiamen Tob New Energy Technology Co., Ltd. China. Hereinafter, this liquid electrolyte may be referred to as "1M LiTFSI in DOL:DME (1:1 vol.% containing 1% LiNO 3 )".

なお、電池の構築においては、グローブボックス((株)美和製作所製)を不活性雰囲気下での電池製作のために使用し、HO及びO濃度がいずれも0.1ppm以下であるArガス雰囲気下で行った。また、電池製作に使用したセパレーターは直径16mm、厚さ0.025mmのポリプロピレン(PP)とし、負極集電体であるカーボンファイバーペーパー(CFP)は、直径12mm、厚さ0.1mmとし、正極であるリチウム箔は直径12mm、厚さ0.1mmとした。 In the construction of the battery, a glove box (manufactured by Miwa Manufacturing Co., Ltd.) was used for the production of the battery in an inert atmosphere, and the production was carried out in an Ar gas atmosphere in which the H2O and O2 concentrations were both 0.1 ppm or less. The separator used in the production of the battery was polypropylene (PP) with a diameter of 16 mm and a thickness of 0.025 mm, the carbon fiber paper (CFP) as the negative electrode current collector was 12 mm in diameter and 0.1 mm in thickness, and the lithium foil as the positive electrode was 12 mm in diameter and 0.1 mm in thickness.

比較例1:2-MP-Li陰極液なし:コインセル試作と性能測定
正極集電体であるカーボンファイバーペーパー(CFP)は、使用前に110℃で24時間乾燥させた。CR2025タイプのコインセルは、Arを充填したグローブボックス内で製作した。最初に、20μLの1M LiTFSI in DOL:DME(1:1vol.% containing 1%LiNO)からなるブランク電解質をCFP集電体に加えた。具体的には、室温で、CFP集電体をコインセルの正極ケースに入れ、CFP集電体が完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間ブランク電解質を点滴した。次に、得られたCFP電極(正極)の上部にPPセパレーターを配置し、PPセパレーターの上部に20μLの上記ブランク電解質を追加した。具体的には、上記と同様に、室温で、PPセパレーターが完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間ブランク電解質を点滴した。その後、電解質を含浸させたPPセパレーターの上にリチウム箔を載置し、さらに、ステンレス製のスペーサーで覆った後、コイン型電池セールに置いて圧着した。得られた電池をグローブボックスから取り出し、30℃でWuhan LAND electronics社の充放電装置(LAND batteries testing system CT2001A)を使用して、カットオフ電圧範囲は1.8~3.0Vとして、電気化学測定を行った。
Comparative Example 1: No 2-MP-Li catholyte: Coin cell prototype and performance measurement Carbon fiber paper (CFP), which is a positive electrode current collector, was dried at 110 ° C for 24 hours before use. A CR2025 type coin cell was fabricated in a glove box filled with Ar. First, 20 μL of a blank electrolyte consisting of 1 M LiTFSI in DOL:DME (1:1 vol.% containing 1% LiNO 3 ) was added to the CFP current collector. Specifically, at room temperature, the CFP current collector was placed in the positive electrode case of the coin cell, and the blank electrolyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds until the CFP current collector was completely wet. Next, a PP separator was placed on top of the obtained CFP electrode (positive electrode), and 20 μL of the above blank electrolyte was added to the top of the PP separator. Specifically, the blank electrolyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds at room temperature until the PP separator was completely wetted, as described above. Lithium foil was then placed on the electrolyte-impregnated PP separator, which was then covered with a stainless steel spacer and placed on a coin-type battery cell for compression bonding. The resulting battery was removed from the glove box and electrochemical measurements were performed at 30°C using a Wuhan LAND electronics charge/discharge device (LAND batteries testing system CT2001A) with a cutoff voltage range of 1.8 to 3.0 V.

実施例1:2-MP-Li陰極液の調製及び20μL陰極液あり:コインセル試作と性能測定
0.5mmolの2-メルカプトピリジン(2-MP)を、1mLの1M LiTFSI in DOL:DME(1:1vol.% containing 1%LiNO)からなるブランク電解質中に溶解させ、0.5Mの2-MP溶液を形成した。次に、6.042mgのリチウム金属を上記の溶液に加えて2-MPをリチウム化し、0.5Mの2-MP-Li陰極液を形成した。この結果、得られた2-MP-Liは、以下の構造を有する化合物である。また、実際に2-MP-Liが得られたことを、X線光電子分光法(XPS)で分析した。その結果を図1に示す。
Example 1: Preparation of 2-MP-Li cathode solution and 20 μL cathode solution: Coin cell prototype and performance measurement 0.5 mmol of 2-mercaptopyridine (2-MP) was dissolved in 1 mL of a blank electrolyte consisting of 1 M LiTFSI in DOL:DME (1:1 vol.% containing 1% LiNO 3 ) to form a 0.5 M 2-MP solution. Next, 6.042 mg of lithium metal was added to the above solution to lithiate 2-MP and form a 0.5 M 2-MP-Li cathode solution. As a result, the obtained 2-MP-Li is a compound having the following structure. In addition, the fact that 2-MP-Li was actually obtained was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results are shown in FIG. 1.

Figure 0007483222000013
Figure 0007483222000013

正極集電体であるカーボンファイバーペーパー(CFP)は、使用前に110℃で24時間乾燥させた。CR2025タイプのコインセルは、Arを充填したグローブボックス内で製作した。最初に、20μLの製造した陰極液をCFP集電体に加えた。具体的には、室温で、CFP集電体をコインセルの正極ケースに入れ、CFP集電体が完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間製造した陰極液を点滴した。次に、得られたCFP電極(正極)の上部にPPセパレーターを配置し、PPセパレーターの上部に1M LiTFSI in DOL:DME(1:1vol.% containing 1%LiNO)からなるブランク電解質を20μL追加した。具体的には、室温で、PPセパレーターが完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間ブランク電解質を点滴した。その後、電解質を含浸させたPPセパレーターの上にリチウム箔を載置し、さらに、ステンレス製のスペーサーで覆った後、コイン型電池セールに置いて圧着した。得られた電池をグローブボックスから取り出し、30℃でWuhan LAND electronics社の充放電装置(LAND batteries testing system CT2001A)を使用して、カットオフ電圧範囲は1.8~3.0Vとして、電気化学測定を行った。なお、上記のセルのサイクリックボルタンメトリー挙動は、30℃で1mVs-1のスキャンレートで1.8~3.0Vの電位範囲で実施した。 The carbon fiber paper (CFP), which is the positive electrode current collector, was dried at 110°C for 24 hours before use. The CR2025 type coin cell was fabricated in a glove box filled with Ar. First, 20 μL of the prepared catholyte was added to the CFP current collector. Specifically, at room temperature, the CFP current collector was placed in the positive electrode case of the coin cell, and the prepared catholyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds until the CFP current collector was completely wet. Next, a PP separator was placed on top of the obtained CFP electrode (positive electrode), and 20 μL of a blank electrolyte consisting of 1M LiTFSI in DOL:DME (1:1 vol.% containing 1% LiNO 3 ) was added to the top of the PP separator. Specifically, at room temperature, the blank electrolyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds until the PP separator was completely wet. Then, a lithium foil was placed on the electrolyte-impregnated PP separator, and the lithium foil was covered with a stainless steel spacer, and then placed on a coin-type battery cell and pressed. The resulting battery was removed from the glove box and electrochemical measurements were performed at 30°C using a Wuhan LAND electronics charge/discharge device (LAND batteries testing system CT2001A) with a cutoff voltage range of 1.8 to 3.0 V. The cyclic voltammetry behavior of the above cell was performed at 30°C with a scan rate of 1 mVs -1 in the potential range of 1.8 to 3.0 V.

実施例2:2-MP-Li陰極液の調製及び40μL陰極液あり:コインセル試作と性能測定
0.5mmolの2-メルカプトピリジン(2-MP)を、1mLの1M LiTFSI in DOL:DME(1:1vol.% containing 1%LiNO)からなるブランク電解質中に溶解させ、0.5Mの2-MP溶液を形成した。次に、6.042mgのリチウム金属を上記の溶液に加えて2-MPをリチウム化し、0.5Mの2-MP-Li陰極液を形成した。この結果、得られた2-MP-Liは、上記の構造を有する化合物である。また、実際に2-MP-Liが得られたことを、X線光電子分光法(XPS)で分析した。その結果を図1に示す。
Example 2: Preparation of 2-MP-Li cathode solution and 40 μL cathode solution: Coin cell prototype and performance measurement 0.5 mmol of 2-mercaptopyridine (2-MP) was dissolved in 1 mL of a blank electrolyte consisting of 1 M LiTFSI in DOL:DME (1:1 vol.% containing 1% LiNO 3 ) to form a 0.5 M 2-MP solution. Next, 6.042 mg of lithium metal was added to the above solution to lithiate 2-MP and form a 0.5 M 2-MP-Li cathode solution. As a result, the obtained 2-MP-Li is a compound having the above structure. In addition, the fact that 2-MP-Li was actually obtained was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results are shown in FIG. 1.

正極集電体であるカーボンファイバーペーパー(CFP)は、使用前に110℃で24時間乾燥させた。CR2025タイプのコインセルは、Arを充填したグローブボックス内で製作した。最初に、20μLの製造した陰極液をCFP集電体に加えた。具体的には、室温で、CFP集電体をコインセルの正極ケースに入れ、CFP集電体が完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間製造した陰極液を点滴した。次に、得られたCFP電極(正極)の上部にPPセパレーターを配置し、PPセパレーターの上部にさらに製造した陰極液を20μL追加した。具体的には、上記と同様に、室温で、PPセパレーターが完全に濡れるまで、上からピペットで1~5秒間製造した陰極液を点滴した。その後、陰極液を含浸させたPPセパレーターの上にリチウム箔を載置し、さらに、ステンレス製のスペーサーで覆った後、コイン型電池セールに置いて圧着した。得られた電池をグローブボックスから取り出し、30℃でWuhan LAND electronics社の充放電装置(LAND batteries testing system CT2001A)を使用して、カットオフ電圧範囲は1.8~3.0Vとして、電気化学測定を行った。なお、上記のセルのサイクリックボルタンメトリー挙動は、30℃で1mVs-1のスキャンレートで1.8~3.0Vの電位範囲で実施した。 The carbon fiber paper (CFP), which is the positive electrode current collector, was dried at 110°C for 24 hours before use. The CR2025 type coin cell was fabricated in a glove box filled with Ar. First, 20 μL of the prepared catholyte was added to the CFP current collector. Specifically, at room temperature, the CFP current collector was placed in the positive electrode case of the coin cell, and the prepared catholyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds until the CFP current collector was completely wet. Next, a PP separator was placed on top of the obtained CFP electrode (positive electrode), and 20 μL of the prepared catholyte was added to the top of the PP separator. Specifically, as above, at room temperature, the prepared catholyte was dripped from above with a pipette for 1 to 5 seconds until the PP separator was completely wet. Then, a lithium foil was placed on the PP separator impregnated with the catholyte, and the PP separator was covered with a stainless steel spacer, and then placed on a coin battery cell and pressed. The resulting battery was removed from the glove box and electrochemical measurements were performed at 30° C. using a Wuhan LAND electronics charge/discharge device (LAND batteries testing system CT2001A) with a cutoff voltage range of 1.8 to 3.0 V. The cyclic voltammetry behavior of the above cell was performed at 30° C. in the potential range of 1.8 to 3.0 V with a scan rate of 1 mV s −1 .

評価結果
図2は、比較例1のコインセルを用いた電気化学測定の結果を示す。2-MP-Li陰極液を使用しない場合、CFP正極、ブランク電解質及びリチウム金属負極の構成のコインセルでは、放電容量がほとんど0であった。つまり、CFP正極集電体は、放電容量を向上させるものではないことが理解できる。
2 shows the results of electrochemical measurements using the coin cell of Comparative Example 1. When the 2-MP-Li cathode solution was not used, the discharge capacity was almost zero in the coin cell having the CFP positive electrode, blank electrolyte, and lithium metal negative electrode. In other words, it can be understood that the CFP positive electrode current collector does not improve the discharge capacity.

図3は、実施例1のコインセルの充放電曲線(a)及びサイクリックボルタモグラム(b)を示す。CFP正極集電体中に2-MP-Li陰極液を20μL含浸させた、CFP正極(2-MP-Li含む)、ブランク電解質及びリチウム金属負極の構成のコインセルでは、優れた電気化学的特性を示した。また、図3(a)では、0.3C及び30℃の条件下で、1.8~3.0Vの電位範囲で明確な電位プラトーを示した。また、図3(b)にも示されるように、1mVs-1の条件においても良好な可逆特性を示し、図3(a)の電圧プロファイルとよく一致した。 FIG. 3 shows the charge/discharge curve (a) and cyclic voltammogram (b) of the coin cell of Example 1. The coin cell, which had a CFP positive electrode (containing 2-MP-Li), blank electrolyte, and lithium metal negative electrode, impregnated with 20 μL of 2-MP-Li catholyte in the CFP positive electrode current collector, showed excellent electrochemical properties. In addition, in FIG. 3(a), a clear potential plateau was shown in the potential range of 1.8 to 3.0 V under conditions of 0.3 C and 30° C. As shown in FIG. 3(b), the coin cell also showed good reversible properties under conditions of 1 mVs −1 , which was in good agreement with the voltage profile in FIG. 3(a).

図4は、実施例1のコインセルを用いた電気化学測定の結果(レート特性(a)及びサイクル安定性(b))を示す。図4(a)から、CFP正極集電体中に2-MP-Li陰極液を20μL含浸させた、CFP正極(2-MP-Li含む)、ブランク電解質及びリチウム金属負極の構成のコインセルでは、それぞれ0.1、0.3、0.5、1.0及び2.0Cのレートで132.5、112、107.2、102.6、101.1mAhg-1の放電容量を示した。さらに、2Cの高レートでサイクリングを終了した後、レートが0.1Cに戻ったときも、放電容量は131.7mAhg-1有していて、初期放電容量の99.4%に達した。一方、図4(b)に示したように、このコインセルは、150サイクル後でもクーロン効率が99.11%で、87.45%の高いサイクル安定性を有していた。これらの結果は、2-MP-Li陰極液を使用したコインセルは優れた可逆特性とサイクル安定性を有することを示している。 FIG. 4 shows the results of electrochemical measurements (rate characteristics (a) and cycle stability (b)) using the coin cell of Example 1. From FIG. 4(a), in a coin cell composed of a CFP positive electrode (containing 2-MP-Li), blank electrolyte, and lithium metal negative electrode, in which 20 μL of 2-MP-Li cathode solution was impregnated into the CFP positive electrode current collector, discharge capacities of 132.5, 112, 107.2, 102.6, and 101.1 mAhg −1 were shown at rates of 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, and 2.0 C, respectively. Furthermore, even when the rate returned to 0.1 C after cycling at a high rate of 2 C was completed, the discharge capacity was 131.7 mAhg −1 , reaching 99.4% of the initial discharge capacity. On the other hand, as shown in FIG. 4(b), this coin cell had a Coulombic efficiency of 99.11% even after 150 cycles, and a high cycle stability of 87.45%. These results indicate that the coin cells using 2-MP-Li catholyte have excellent reversible characteristics and cycle stability.

図5は、実施例2のコインセルの充放電曲線(a)及びサイクリックボルタモグラム(b)を示す。CFP正極集電体中及びPPセパレーター中の双方に、2-MP-Li陰極液を合計40μL含浸させた、CFP正極(2-MP-Li含む)、電解質(2-MP-Li含む)及びリチウム金属負極の構成のコインセルでも、優れた電気化学的特性を示した。また、図5(a)では、0.3C及び30℃の条件下で、1.8~3.0Vの電位範囲で明確な電位プラトーを示した。また、図5(b)にも示されるように、1mVs-1の条件においても良好な可逆特性を示し、図5(a)の電圧プロファイルとよく一致した。これらの現象は、再び2-MP-Liはリチウム金属と優れた電気化学的安定性があり、良好なリチウムイオン輸送能力及び高い電気絶縁性を有することを示している。 FIG. 5 shows the charge/discharge curve (a) and cyclic voltammogram (b) of the coin cell of Example 2. The coin cell, which was impregnated with a total of 40 μL of 2-MP-Li cathode solution in both the CFP cathode current collector and the PP separator, also showed excellent electrochemical properties. In addition, in FIG. 5(a), a clear potential plateau was shown in the potential range of 1.8 to 3.0 V under conditions of 0.3 C and 30° C. As shown in FIG. 5(b), the cell also showed good reversible properties under conditions of 1 mVs −1 , which was in good agreement with the voltage profile in FIG. 5(a). These phenomena again indicate that 2-MP-Li has excellent electrochemical stability with lithium metal, and has good lithium ion transport capacity and high electrical insulation.

図6は、実施例2のコインセルを用いた電気化学測定の結果(サイクル安定性)を示す。図6(a)では、比較のために、実施例1のコインセルを用いたサイクル安定性を20μL-catholyte-0.3Cとして、実施例2のコインセルを用いたサイクル安定性を40μL-catholyte-0.3Cとして示している。図6(a)から、CFP正極集電体中及びPPセパレーター中の双方に、2-MP-Li陰極液を合計40μL含浸させた、CFP正極(2-MP-Li含む)、電解質(2-MP-Li含む)及びリチウム金属負極の構成のコインセルでは、0.3Cにおける放電容量は、実施例1と比較すると約2倍となった。さらに、このコインセルは、0.5Cの高速で200サイクル充放電実験後も、94.72%の高いサイクル安定性と97.49%のクーロン効率を示した。通常の溶媒キャスト法により製作したカソードシートと比較して、実施例2のコインセルにおいては、2-MP-Liがイオン拡散の制限を回避し、バッテリー容量及びサイクル安定性を向上させることが示唆される。以上の結果、本発明の陰極液及びバッテリー動作モードは液体フローバッテリーにも使用できることが示唆される。このため、大規模なグリッドエネルギー貯蔵にも適用されることが期待される。 Figure 6 shows the results of electrochemical measurements (cycle stability) using the coin cell of Example 2. In Figure 6(a), for comparison, the cycle stability using the coin cell of Example 1 is shown as 20 μL-catholite-0.3C, and the cycle stability using the coin cell of Example 2 is shown as 40 μL-catholite-0.3C. From Figure 6(a), in a coin cell composed of a CFP positive electrode (containing 2-MP-Li), an electrolyte (containing 2-MP-Li), and a lithium metal negative electrode, in which a total of 40 μL of 2-MP-Li cathode solution was impregnated into both the CFP positive electrode collector and the PP separator, the discharge capacity at 0.3 C was about twice that of Example 1. Furthermore, this coin cell showed a high cycle stability of 94.72% and a Coulombic efficiency of 97.49% even after 200 cycles of charge/discharge experiment at a high rate of 0.5 C. Compared to cathode sheets produced by a conventional solvent casting method, it is suggested that 2-MP-Li avoids the limitations of ion diffusion in the coin cell of Example 2, improving battery capacity and cycle stability. The above results suggest that the catholyte and battery operation mode of the present invention can also be used in liquid flow batteries. For this reason, it is expected that they will also be applied to large-scale grid energy storage.

Claims (10)

少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物を含有し、前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基であり、
前記化合物が、一般式(1):
[式中、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[式中、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[式中、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、二次電池用正極活物質前駆体。
The present invention relates to a compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule, the sulfur-containing group being a thiol group or a derivative thereof,
The compound has the general formula (1):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group. However, at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A bipyridine compound represented by the formula:
General formula (3):
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a thiol group or a derivative group thereof, and n represents an integer of 2 to 4.]
The present invention relates to a positive electrode active material precursor for a secondary battery , which is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the following formula :
リチウムイオン二次電池用正極活物質前駆体である、請求項1に記載の二次電池用正極活物質前駆体。 The positive electrode active material precursor for a secondary battery according to claim 1 , which is a positive electrode active material precursor for a lithium ion secondary battery. 少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物を含有し、前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基であり、
前記化合物が、一般式(1):
[式中、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[式中、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[式中、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、二次電池用正極活物質。
The present invention includes a lithium compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule, the sulfur-containing group being a thiol group or a derivative thereof,
The compound has the general formula (1):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group. However, at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A bipyridine compound represented by the formula:
General formula (3):
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a thiol group or a derivative group thereof, and n represents an integer of 2 to 4.]
The positive electrode active material for a secondary battery is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the following formula :
リチウムイオン二次電池用正極活物質である、請求項に記載の二次電池用正極活物質。 The positive electrode active material for a secondary battery according to claim 3 , which is a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. 少なくとも1個の硫黄含有基を有し、分子内に1個以上のピリジン骨格を有する化合物のリチウム化物を含有し、前記硫黄含有基がチオール基又はその誘導体基であり、
前記化合物が、一般式(1):
[式中、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 11 、R 12 、R 13 、R 14 及びR 15 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるピリジン化合物、
一般式(2):
[式中、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 21 、R 22 、R 23 、R 24 、R 25 、R 26 、R 27 及びR 28 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。]
で表されるビピリジン化合物、及び
一般式(3):
[式中、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 は、同一又は異なって、1価の基を示す。ただし、R 31 、R 32 、R 33 、R 34 、R 35 、R 36 、R 37 及びR 38 の少なくとも一つはチオール基又はその誘導体基である。nは2~4の整数を示す。]
で表されるピリジン環化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、
二次電池用正極液。
The present invention includes a lithium compound having at least one sulfur-containing group and having one or more pyridine skeletons in the molecule, the sulfur-containing group being a thiol group or a derivative thereof,
The compound has the general formula (1):
[In the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are the same or different and each represents a monovalent group, provided that at least one of R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A pyridine compound represented by the formula:
General formula (2):
[In the formula, R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 are the same or different and represent a monovalent group. However, at least one of R 21 , R 22 , R 23 , R 24 , R 25 , R 26 , R 27 and R 28 is a thiol group or a derivative group thereof.]
A bipyridine compound represented by the formula:
General formula (3):
[In the formula, R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 are the same or different and represent a monovalent group, provided that at least one of R 31 , R 32 , R 33 , R 34 , R 35 , R 36 , R 37 and R 38 is a thiol group or a derivative group thereof, and n represents an integer of 2 to 4.]
The compound is at least one selected from the group consisting of pyridine ring compounds represented by the formula:
Positive electrolyte for secondary batteries.
リチウムイオン二次電池用正極液である、請求項に記載の二次電池用正極液。 The positive electrode liquid for a secondary battery according to claim 5 , which is a positive electrode liquid for a lithium ion secondary battery. 請求項3若しくは4に記載の二次電池用正極活物質又は請求項5若しくは6に記載の二次電池用正極液を含有する、二次電池用正極。 A positive electrode for a secondary battery, comprising the positive electrode active material for a secondary battery according to claim 3 or 4 or the positive electrode liquid for a secondary battery according to claim 5 or 6 . リチウムイオン二次電池用正極である、請求項に記載の二次電池用正極。 The positive electrode for a secondary battery according to claim 7 , which is a positive electrode for a lithium ion secondary battery. 請求項7又は8に記載の二次電池用正極を備える、二次電池。 A secondary battery comprising the positive electrode for secondary batteries according to claim 7 or 8 . リチウムイオン二次電池である、請求項に記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , which is a lithium ion secondary battery.
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