JPWO2009145225A1 - Secondary battery, method for producing the same, and ink for electrode formation - Google Patents

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Abstract

本発明は、正極と負極とを備える二次電池であって、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に、電極活物質としての高分子ラジカル材料と導電性付与剤とを含む混合物が塗布され、前記高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする二次電池を提供する。The present invention is a secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode, wherein a polymer radical material as an electrode active material and a conductivity-imparting agent are provided on a conductive substrate of at least one of the positive electrode and the negative electrode. A secondary battery is provided, wherein the polymer radical material has a mean particle size in the range of 2 μm to 25 μm.

Description

本発明は、電極活物質として高分子ラジカル材料を用いた二次電池およびその製造方法、ならびに上記二次電池の製造に用いる電極形成用インキに関する。   The present invention relates to a secondary battery using a polymer radical material as an electrode active material, a method for manufacturing the same, and an electrode forming ink used for manufacturing the secondary battery.

近年、通信システムの発展とともに、ノート型パソコン、携帯電話などの携帯電子機器が急激に普及してきた。携帯電子機器は、高機能化される一方で、機能や形状などの多様化も進んでいる。そこで、その電源である電池に対して、小型化、軽量化、高エルギー密度化、高出力密度化などの様々な要求が高まっている。   In recent years, with the development of communication systems, portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones have rapidly spread. While portable electronic devices are becoming highly functional, diversification of functions and shapes is also progressing. Therefore, various demands such as downsizing, weight reduction, high energy density, and high output density are increasing for the battery as the power source.

高エネルギー密度の電池としては、1990年代以降、リチウムイオン電池が広く用いられるようになった。このリチウムイオン電池は、電極活物質として正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物を用い、負極に炭素を用いたものであり、リチウムイオンの電極活物質への挿入・脱離反応を利用して充放電を行っている。リチウムイオン電池は、大きなエネルギー密度を持ち、またサイクル特性に優れているため、携帯電話をはじめとした種々の電子機器に利用されている。一方、大きな出力を得ることが難しく、また充電のために長時間を要するという欠点もある。   As a battery having a high energy density, lithium ion batteries have been widely used since the 1990s. This lithium ion battery uses a lithium-containing transition metal oxide such as lithium manganate or lithium cobaltate as an electrode active material and carbon as a negative electrode. Insertion / desorption of lithium ions into the electrode active material is possible. Charging / discharging is performed using a separation reaction. Lithium ion batteries have a large energy density and are excellent in cycle characteristics, and thus are used in various electronic devices such as mobile phones. On the other hand, there is a drawback that it is difficult to obtain a large output, and it takes a long time for charging.

大きな出力を得ることの出来る蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。この電気二重層キャパシタは、大電流を一度に放出できるため、大きな出力を得ることが可能である。しかしながら、エネルギー密度は非常に小さく、しかも小型化が困難であることから、多くの携帯電子機器の電源としては適していない。   An electric double layer capacitor is known as an electricity storage device capable of obtaining a large output. Since this electric double layer capacitor can discharge a large current at a time, it is possible to obtain a large output. However, since the energy density is very small and downsizing is difficult, it is not suitable as a power source for many portable electronic devices.

軽量な電極材料を得る目的で、電極活物質に硫黄化合物や有機化合物を用いた電池も開発されてきた。例えば、特許文献1には、ジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が提案されている。ジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。しかしながら、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや電極活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすいという欠点がある。   In order to obtain a lightweight electrode material, a battery using a sulfur compound or an organic compound as an electrode active material has been developed. For example, Patent Document 1 proposes a battery using an organic compound having a disulfide bond as a positive electrode. The electrochemical redox reaction accompanied by the formation and dissociation of disulfide bonds is used as the principle of the battery. Since this battery is composed of an electrode material mainly composed of an element having a small specific gravity such as sulfur or carbon, it has a certain effect in terms of a high-capacity battery having a high energy density. However, due to the low efficiency with which the dissociated bonds are recombined and the diffusion of the electrode active material into the electrolyte, there are drawbacks in that the capacity tends to decrease with repeated charge / discharge cycles.

また、有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極活物質に用いた電池が提案されている。導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ここでドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ラジカルに、対イオンがドープされる反応のことである。特許文献2には、導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として期待された。しかし、導電性高分子には、酸化還元によって生じる荷電ラジカルがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが静電反発やラジカルの消失をもたらす相互作用をするという特性がある。これはドープ濃度に制限をもたらすもの、すなわち電池の容量を制限するものである。例えば、ポリアニリンを正極に用いた電池のドープ率は50%以下であり、またポリアセチレンの場合は7%であると報告されている。導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、大きなエネルギー密度をもつ電池は得られていない。   In addition, as a battery using an organic compound, a battery using a conductive polymer as an electrode active material has been proposed. It is a battery based on the principle of doping and dedoping of electrolyte ions to a conductive polymer. Here, the dope reaction is a reaction in which a counter ion is doped into a charged radical generated by oxidation or reduction of a conductive polymer. Patent Document 2 discloses a battery using a conductive polymer as a positive electrode or negative electrode material. This battery was composed only of elements having a small specific gravity such as carbon and nitrogen, and was expected as a high capacity battery. However, conductive polymers have the property that charged radicals generated by redox are delocalized over a wide range of π-electron conjugated systems and interact with each other, resulting in electrostatic repulsion and radical disappearance. . This limits the dope concentration, i.e. limits the capacity of the battery. For example, it has been reported that the doping rate of a battery using polyaniline as a positive electrode is 50% or less, and 7% in the case of polyacetylene. A battery using a conductive polymer as an electrode material has a certain effect in terms of weight reduction, but a battery having a large energy density has not been obtained.

また、導電性高分子を電極材料に用いた非水電解質キャパシタも提案されている(特許文献3参照)。この非水電解質キャパシタにおいては、大きな出力を得ることができ、従来の電気二重層キャパシタに比べ高いエネルギー密度をもっている。しかしながら、導電性高分子を電極活物質として用いた電池と同様に、発生するドープ濃度に限界があり、エネルギー密度は小さいものであった。   A non-aqueous electrolyte capacitor using a conductive polymer as an electrode material has also been proposed (see Patent Document 3). In this non-aqueous electrolyte capacitor, a large output can be obtained and the energy density is higher than that of a conventional electric double layer capacitor. However, like the battery using a conductive polymer as an electrode active material, the generated dope concentration is limited and the energy density is small.

特許文献4には、正極、負極の少なくとも一方の活物質がラジカル材料を含有することを特徴とする二次電池が、また、特許文献5,6には、ニトロキシル高分子材料を正極中に含有した蓄電デバイスが提案されている。これら二次電池等の蓄電デバイスは、電極活物質(ラジカル化合物)自体の電極反応が速いため大電流で充放電ができ、そのため高い出力が得られるとされている。   Patent Document 4 discloses a secondary battery in which at least one active material of a positive electrode and a negative electrode contains a radical material, and Patent Documents 5 and 6 contain a nitroxyl polymer material in the positive electrode. An electricity storage device has been proposed. These power storage devices such as secondary batteries can charge and discharge with a large current because the electrode reaction of the electrode active material (radical compound) itself is fast, and therefore high output is obtained.

しかしながら、特許文献4〜6で提案された二次電池乃至蓄電デバイスの正極等を構成するラジカル化合物は、脂肪族有機化合物であり、それ自体の導電性は極めて低い。そのため、電極活物質として使用し、充放電を行うためには、電極の電気抵抗を低減させ、効率よくラジカル化合物と電子の受け渡しができるように導電性材料(導電付与剤)を加える必要がある。この導電付与剤には、比較的表面積が大きく、また高分子ラジカル材料と混ざり易いという点で、炭素繊維やカーボンブラック等の炭素材料が用いられてきた。しかし、これらを使用した場合、高分子ラジカル材料の内、充放電に関与できないラジカルサイトの割合が比較的大きく、電池容量が小さくなるという問題があった。   However, the radical compound constituting the secondary battery or the positive electrode of the electricity storage device proposed in Patent Documents 4 to 6 is an aliphatic organic compound, and its own conductivity is extremely low. Therefore, in order to use and charge and discharge as an electrode active material, it is necessary to add a conductive material (conductivity imparting agent) so that the electrical resistance of the electrode can be reduced and the radical compound and electrons can be efficiently transferred. . Carbon materials such as carbon fiber and carbon black have been used for the conductivity-imparting agent in that it has a relatively large surface area and is easily mixed with a polymer radical material. However, when these are used, there is a problem that the ratio of radical sites that cannot participate in charge / discharge among the polymer radical materials is relatively large, and the battery capacity is small.

特許第2715778号公報Japanese Patent No. 2715778 米国特許第4,442,187号明細書U.S. Pat. No. 4,442,187 特開2000−315527号公報JP 2000-315527 A 特許3687736号公報Japanese Patent No. 3687736 特開2002−304996号公報JP 2002-304996 A 特開2007−165054号公報JP 2007-165054 A

本発明の課題は、導電付与剤と高分子ラジカル材料を有する電極を用いた二次電池に関し、充放電に関与するラジカルサイトの割合を向上させ、高い電池容量を有する新たな二次電池およびその製造方法ならびにこの二次電池の製造に用いる電極形成用インクを提供することにある。   An object of the present invention relates to a secondary battery using an electrode having a conductivity-imparting agent and a polymer radical material, and a new secondary battery having a high battery capacity by improving the ratio of radical sites involved in charge / discharge and its An object of the present invention is to provide a manufacturing method and an electrode forming ink used for manufacturing the secondary battery.

本発明者らは鋭意検討した結果、電極を形成する工程において、特定の平均粒径を有する高分子ラジカル材料に導電性付与剤を分散してなる分散体の層を導電性基材上に形成することにより、充放電に関与できないラジカルサイトの割合を少なくすることができることを見出し、本発明に想到した。なお、本発明において平均粒径とは、体積における累積平均径(50%径)を表す。   As a result of intensive studies, the inventors of the present invention formed a dispersion layer formed by dispersing a conductivity imparting agent in a polymer radical material having a specific average particle diameter on a conductive substrate in the step of forming an electrode. As a result, the inventors have found that the proportion of radical sites that cannot participate in charge / discharge can be reduced, and have arrived at the present invention. In addition, in this invention, an average particle diameter represents the cumulative average diameter (50% diameter) in a volume.

すなわち、本発明は第一に、
正極と負極とを備える二次電池であって、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に、電極活物質としての高分子ラジカル材料と導電性付与剤とを含む混合物が塗布され、
前記高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする二次電池を提供する。
That is, the present invention firstly
A secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
On the conductive substrate of at least one of the positive electrode and the negative electrode, a mixture containing a polymer radical material as an electrode active material and a conductivity-imparting agent is applied,
Provided is a secondary battery wherein the polymer radical material has an average particle size in the range of 2 μm to 25 μm.

本発明は第二に、
電極活物質としての高分子ラジカル材料を、該高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない媒体中に分散して分散体を得る工程と、
前記分散体と導電付与剤とを混合して電極形成用インキを得る工程と、
前記電極形成用インキを、前記二次電池の正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に塗布する工程と、
を含む二次電池の製造方法であって、
前記分散体中の高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする二次電池の製造方法を提供する。
The present invention secondly,
Dispersing a polymer radical material as an electrode active material in a medium in which the polymer radical material is not substantially dissolved or swollen to obtain a dispersion;
Mixing the dispersion and a conductivity-imparting agent to obtain an electrode-forming ink;
Applying the electrode forming ink on a conductive substrate of at least one of a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery;
A method for producing a secondary battery comprising:
Provided is a method for manufacturing a secondary battery, wherein the polymer radical material in the dispersion has an average particle size in the range of 2 μm to 25 μm.

本発明は第三に、
正極もしくは負極の少なくとも一方の電極が、電極活物質として高分子ラジカル材料と、導電性を有する導電付与剤とを用いて成る電極である二次電池の前記電極の形成に用いるインキであって、
平均粒径が2μmから25μmの範囲にある前記高分子ラジカル材料と、前記高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒と、前記導電性付与剤とを含有することを特徴とする電極形成用インキを提供する。
Third, the present invention
The ink used for forming the electrode of the secondary battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode formed using a polymer radical material as an electrode active material and a conductive agent having conductivity,
Electrode formation comprising: the polymer radical material having an average particle diameter in the range of 2 μm to 25 μm; a solvent that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material; and the conductivity-imparting agent. Providing ink.

本発明によれば、充放電に関与できないラジカルサイトの割合を少なくすることができ、結果として、高容量の二次電池が得られる。   According to the present invention, the proportion of radical sites that cannot participate in charge / discharge can be reduced, and as a result, a high-capacity secondary battery can be obtained.

本発明の二次電池の構成の一例(斜視図)Example of configuration of secondary battery of the present invention (perspective view) 本発明の二次電池の構成の一例(分解斜視図)Example of configuration of secondary battery of the present invention (disassembled perspective view)

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

図1に本発明の二次電池の構成の一例を斜視図に示す。図2に本発明の二次電池の構成の一例を分解斜視図に示す。図2に示された電池は、正極リード3を有する正極集電体(アルミ箔)2上に形成された、ラジカル材料/導電付与剤正極1と、負極リード5を有する負極集電体(金属箔)7上に配置した負極6と、電解質溶液を含むセパレータ4を介して対向するように重ね合わせた構成を有している。これらはアルミラミネート外装体(外装用フィルム)8で封止される。なお、電解質溶液として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、セパレータ4に代えてこれら電解質を電極間に介在させる形態にすることもできる。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of the secondary battery of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the secondary battery of the present invention. The battery shown in FIG. 2 has a radical material / conductivity imparting agent positive electrode 1 formed on a positive electrode current collector (aluminum foil) 2 having a positive electrode lead 3 and a negative electrode current collector (metal) having a negative electrode lead 5. The foil 6 has a configuration in which the negative electrode 6 disposed on the foil 7 is overlapped with the separator 4 including the electrolyte solution so as to face each other. These are sealed with an aluminum laminate exterior body (exterior film) 8. In addition, when using solid electrolyte and gel electrolyte as electrolyte solution, it can replace with the separator 4 and can also be made into the form which interposes these electrolytes between electrodes.

本発明の二次電池は、このような構成において、正極1もしくは負極6または両電極が、電極形成工程において、特定粒径(平均粒径が2μmから25μmの範囲である粒径)の高分子ラジカル材料と導電性付与剤を主成分とする層を形成する工程を経て形成された電極(以下、特定電極ともいう)であることを特徴とする。本発明の二次電池は、高い電圧が得られるという点から、正極に上記の電極を用い、負極にはリチウム、または炭素などのリチウム層間挿入化合物を用いることが好ましい。   In the secondary battery of the present invention, in such a configuration, the positive electrode 1 or the negative electrode 6 or both electrodes are polymers having a specific particle size (average particle size in the range of 2 μm to 25 μm) in the electrode forming step. It is an electrode (hereinafter also referred to as a specific electrode) formed through a step of forming a layer mainly composed of a radical material and a conductivity-imparting agent. The secondary battery of the present invention preferably uses the above electrode for the positive electrode and a lithium intercalation compound such as lithium or carbon for the negative electrode from the viewpoint that a high voltage can be obtained.

本発明の二次電池における特定電極の主成分は、特定粒径の高分子ラジカル材料および導電性付与剤である。この特定電極は、特定粒径(平均粒径が2μmから25μmの範囲である粒径)の高分子ラジカル材料と、導電性付与剤とを含有する混合物を、導電性基板上に塗布することにより形成されたものであり、より具体的には、特定粒径の高分子ラジカル材料と、この高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒と、導電性付与剤とを含有する電極形成用インキを用いて形成されたものである。その他にも、他の電極活物質や導電剤を組み合わせることができる。また、電極の安定性を増したり、作製を容易にしたりすることを目的として結着剤や増粘剤を添加することができる。   The main components of the specific electrode in the secondary battery of the present invention are a polymer radical material having a specific particle size and a conductivity imparting agent. This specific electrode is obtained by applying a mixture containing a polymer radical material having a specific particle size (average particle size in the range of 2 μm to 25 μm) and a conductivity imparting agent on a conductive substrate. More specifically, for forming an electrode containing a polymer radical material having a specific particle diameter, a solvent that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material, and a conductivity-imparting agent It is formed using ink. In addition, other electrode active materials and conductive agents can be combined. Further, a binder or a thickener can be added for the purpose of increasing the stability of the electrode or facilitating the production.

[1]高分子ラジカル材料
本発明に用いる高分子ラジカル材料は、二次電池において電極活物質として機能するものであり、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことである。ここで、電極を形成する工程が、高分子ラジカル材料に導電性付与剤を分散してなる分散体の層を導電性基材上に形成する工程を有しており、この時の高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲であることを必須としている。好ましくは、平均粒径が4μmから15μmの範囲である。平均粒径が2μmより小さい場合、高分子ラジカル材料の表面積が大きくなりすぎる。例えば、高分子ラジカル材料含有率の高い電極においては、導電付与剤の含有率が低くなり、導電付与剤による電子移動に関与できない高分子ラジカル表面の割合が大きくなる。その結果、充放電に関与できないラジカルサイトの割合が大きくなる。また、平均粒径が25μmより大きくなると、導電付与剤による高分子ラジカル表面の電子移動は充分機能するが、粒子内部のラジカルサイトの多くが導電付与剤を通した電子の移動に関与できなくなり、充放電に関与できないラジカルサイトの割合が大きくなる。
[1] Polymer Radical Material The polymer radical material used in the present invention functions as an electrode active material in a secondary battery, and is a substance that directly contributes to electrode reactions such as charge reaction and discharge reaction. Here, the step of forming an electrode has a step of forming a dispersion layer formed by dispersing a conductivity imparting agent in a polymer radical material on a conductive substrate. It is essential that the average particle size of the material is in the range of 2 μm to 25 μm. Preferably, the average particle size is in the range of 4 μm to 15 μm. When the average particle size is smaller than 2 μm, the surface area of the polymer radical material becomes too large. For example, in an electrode having a high polymer radical material content, the content of the conductivity-imparting agent is reduced, and the proportion of the polymer radical surface that cannot participate in electron transfer by the conductivity-imparting agent is increased. As a result, the proportion of radical sites that cannot participate in charge / discharge increases. When the average particle size is larger than 25 μm, the electron transfer on the surface of the polymer radical by the conductivity imparting agent functions sufficiently, but many of the radical sites inside the particle cannot participate in the electron migration through the conductivity imparting agent, The proportion of radical sites that cannot participate in charge / discharge increases.

(粒径の測定)
前記の粒径の測定は、下記の機器を用いて得られる値である。
粒径測定器:MICROTRAC MT−3000(日機装株式会社製)
測定原理:レーザー光回折・散乱式
測定値:体積における累積平均径(50%径)
(Measurement of particle size)
The measurement of the particle size is a value obtained using the following equipment.
Particle size measuring instrument: MICROTRAC MT-3000 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.)
Measurement principle: Laser diffraction / scattering type Measurement value: Cumulative average diameter in volume (50% diameter)

高分子ラジカル材料としては、ラジカル自体の長期的な安定性が高く、また酸化還元の繰り返し耐性が高いことより、一般式(1)で表されるニトロキシルラジカル構造をもつ高分子ラジカル材料であることが好ましい。   The polymer radical material is a polymer radical material having a nitroxyl radical structure represented by the general formula (1) because the radical itself has high long-term stability and high resistance to redox repetition. It is preferable.

Figure 2009145225
Figure 2009145225

ニトロキシルラジカル材料は、還元状態において一般式(1)で示されるラジカル部分構造をとり、酸化状態において一般式(2)で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとるニトロキシル高分子化合物である。

Figure 2009145225
The nitroxyl radical material is a nitroxyl polymer compound having a radical partial structure represented by the general formula (1) in a reduced state and a nitroxyl cation partial structure represented by the general formula (2) in an oxidized state.
Figure 2009145225

ニトロキシルラジカル材料は、下記反応式(A)に示す反応により繰り返し充電および放電を行うことができる。このニトロキシルラジカル材料は、充電時にニトロキシルラジカル構造からニトロキシルカチオン構造へ、放電時にはニトロキシルカチオン構造からニトロキシルラジカル構造へ構造が変化する(反応式A)。   The nitroxyl radical material can be repeatedly charged and discharged by the reaction shown in the following reaction formula (A). This nitroxyl radical material changes its structure from a nitroxyl radical structure to a nitroxyl cation structure during charging, and from a nitroxyl cation structure to a nitroxyl radical structure during discharge (Reaction Formula A).

Figure 2009145225
Figure 2009145225

尚、反応式(A)は正極の電極反応を表しており、こうした反応を伴う高分子ラジカル材料は、電子の蓄積と放出を行う蓄電デバイス用材料として機能させることができる。反応式(A)に示す酸化還元反応は、有機化合物の構造変化を伴わない反応機構であるため、反応速度が大きく、この高分子ラジカル材料を電極材料として蓄電デバイスを構成すれば、一度に大きな電流を流すことが可能となる。   The reaction formula (A) represents the electrode reaction of the positive electrode, and the polymer radical material that accompanies such a reaction can function as a material for an electricity storage device that accumulates and releases electrons. Since the oxidation-reduction reaction shown in the reaction formula (A) is a reaction mechanism that does not involve a change in the structure of the organic compound, the reaction rate is high, and if this polymer radical material is used as an electrode material to construct an electricity storage device, it is large at once. It becomes possible to pass an electric current.

本発明において、ニトロキシル高分子化合物としては、長期安定性の観点からその構造中に一般式(3)で示されるピペリジノキシルラジカル、一般式(4)で示されるピロリジノキシルラジカル、および一般式(5)で示されるピロリノキシルラジカルからなる群より選ばれるものを有するものがより好ましく、さらには一般式(6)で示される2、2、6、6−テトラメチルピペリジノキシルラジカル、一般式(7)で示される2、2、5、5−テトラメチルピロリジノキシルラジカル、および一般式(8)で示される2、2、5、5−テトラメチルピロリノキシルラジカル構造を持つものがより好ましい。   In the present invention, the nitroxyl polymer compound includes a piperidinoxyl radical represented by the general formula (3), a pyrrolidinoxyl radical represented by the general formula (4), and a general compound from the viewpoint of long-term stability. More preferred are those having a group selected from the group consisting of pyrrolinoxyl radicals represented by formula (5), and 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radicals represented by general formula (6). And having a 2,2,5,5-tetramethylpyrrolinoxyl radical represented by the general formula (7) and a 2,2,5,5-tetramethylpyrrolinoxyl radical structure represented by the general formula (8) Those are more preferred.

Figure 2009145225
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上記一般式(3)、(4)、(5)においてR〜Rは、炭素数1から4のアルキル基を表わす。In the general formulas (3), (4), and (5), R 1 to R 4 each represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

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上記一般式(6)、(7)、(8)においてMeは、メチル基を表わす。   In the general formulas (6), (7), and (8), Me represents a methyl group.

主鎖ポリマーの構造としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリデセン、ポリドデセン、ポリヘプテン、ポリイソブテン、ポリオクタデセン等のポリアルキレン系ポリマー;ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソプレン、ポリイソブテン等のジエン系ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸;ポリ(メタ)アクリロニトリル;ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリメチル(メタ)アクリルアミド、ポリジメチル(メタ)アクリルアミド、ポリイソプロピル(メタ)アクリルアミド等のポリ(メタ)アクリルアミド類ポリマー;   Examples of the structure of the main chain polymer include polyalkylene polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polydecene, polydodecene, polyheptene, polyisobutene, and polyoctadecene; diene polymers such as polybutadiene, polychloroprene, polyisoprene, and polyisobutene; (Meth) acrylic acid; poly (meth) acrylonitrile; poly (meth) acrylamide polymers such as poly (meth) acrylamide, polymethyl (meth) acrylamide, polydimethyl (meth) acrylamide, polyisopropyl (meth) acrylamide;

ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート等のポリアルキル(メタ)アクリレート類;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー;ポリスチレン、ポリブロモスチレン、ポリクロロスチレン、ポリメチルスチレン等のポリスチレン系ポリマー;ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン等のビニル系ポリマー;   Polyalkyl (meth) acrylates such as polymethyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate, and polybutyl (meth) acrylate; Fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; polystyrene, polybromostyrene, polychlorostyrene Polystyrene polymers such as polymethylstyrene; vinyl polymers such as polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinyl methyl ether, polyvinyl carbazole, polyvinyl pyridine, and polyvinyl pyrrolidone;

ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブテンオキシド、ポリオキシメチレン、ポリアセトアルデヒド、ポリメチルビニルエーテル、ポリプロピルビニルエーテル、ポリブチルビニルエーテル、ポリベンジルビニルエーテル等のポリエーテル系ポリマー;ポリメチレンスルフィド、ポリエチレンスルフィド、ポリエチレンジスルフィド、ポリプロピレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテトラフルフィド、ポリエチレントリメチレンスルフィド等のポリスルフィド系ポリマー;   Polyether oxides such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, polybutene oxide, polyoxymethylene, polyacetaldehyde, polymethyl vinyl ether, polypropyl vinyl ether, polybutyl vinyl ether, polybenzyl vinyl ether; polymethylene sulfide, polyethylene sulfide, polyethylene disulfide, polypropylene sulfide Polysulfide polymers such as polyphenylene sulfide, polyethylene tetrafluoride and polyethylene trimethylene sulfide;

ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンイソフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンパラフェニレンジアセテート、ポリエチレンイソプロピリデンジベンゾエート等のポリエステル類;ポリトリメチレンエチレンウレタン等のポリウレタン類;ポリエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン等のポリケトン系ポリマー;ポリオキシイソフタロイル等のポリ無水物系ポリマー;ポリエチレンアミン、ポリヘキサメチレンアミン、ポリエチレントリメチレンアミン等のポリアミン系ポリマー;ナイロン、ポリグリシン、ポリアラニン等のポリアミド系ポリマー;ポリアセチルイミノエチレン、ポリベンゾイルイミノエチレン等のポリイミン系ポリマー;ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズイミド、ポリピロメルイミド等のポリイミド系ポリマー;   Polyesters such as polyethylene terephthalate, polyethylene adipate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene paraphenylene diacetate, polyethylene isopropylidene dibenzoate; polyurethanes such as polytrimethylene ethylene urethane; polyether ketone, polyallyl ether ketone, etc. Polyketone polymers; Polyanhydride polymers such as polyoxyisophthaloyl; Polyamine polymers such as polyethyleneamine, polyhexamethyleneamine, and polyethylenetrimethyleneamine; Polyamide polymers such as nylon, polyglycine, and polyalanine; Polyacetyl Polyimine polymers such as iminoethylene and polybenzoyliminoethylene; polyesterimide, polyetherimide, Ribenzuimido, polyimide-based polymers such as poly pyromellitic Mel imides;

ポリアリレン、ポリアリレンアルキレン、ポリアリレンアルケニレン、ポリフェノール、フェノール樹脂、セルロース、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾキサジン、ポリベンゾキサゾール、オリカルボラン、ポリジベンゾフラン、ポリオキソイソインドリン、ポリフランテトラカルボキシル酸ジイミド、ポリオキサジアゾール、ポリオキシンドール、ポリフタラジン、ポリフタライド、ポリシアヌレート、ポリイソシアヌレート、ポリピペラジン、ポリピペリジン、ポリピラジノキノキサン、ポリピラゾール、ポリピリダジン、ポリピリジン、ポリピロメリチミン、ポリキノン、ポリピロリジン、ポリキノキサリン、ポリトリアジン、ポリトリアゾール等のポリアロマティック系ポリマー;ポリジシロキサン、ポリジメチルシロキサン等のシロキサン系ポリマー;ポリシラン系ポリマー;ポリシラザン系ポリマー;ポリホスファゼン系ポリマー;ポリチアジル系ポリマー;ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の共役系ポリマーを挙げることができる。なお、(メタ)アクリルとはメタクリル又はアクリルを意味する。   Polyarylene, polyarylene alkylene, polyarylene alkenylene, polyphenol, phenol resin, cellulose, polybenzimidazole, polybenzothiazole, polybenzoxazine, polybenzoxazole, olicarborane, polydibenzofuran, polyoxoisoindoline, polyfuran Tetracarboxylic acid diimide, polyoxadiazole, polyoxindole, polyphthalazine, polyphthalide, polycyanurate, polyisocyanurate, polypiperazine, polypiperidine, polypyrazinoquinoxane, polypyrazole, polypyridazine, polypyridine, polypyromellitimine, Polyaromatic polymers such as polyquinone, polypyrrolidine, polyquinoxaline, polytriazine, polytriazole; Siloxane polymers dimethylsiloxane and the like; polysilane polymers; polysilazane-based polymer; polyphosphazene polymers; polythiazyl polymer; can be exemplified polyacetylene, polypyrrole, a conjugated polymer such as polyaniline. In addition, (meth) acryl means methacryl or acrylic.

この中で、電気化学的な耐性に優れている点で、ポリアルキレン系ポリマー、ポリ(メタ)アクリレート類、ポリ(メタ)アクリルアミド類、ポリスチレンを主鎖構造として有することが好ましい。   Among these, it is preferable to have a polyalkylene polymer, poly (meth) acrylates, poly (meth) acrylamides, and polystyrene as a main chain structure in terms of excellent electrochemical resistance.

以下に、本発明の二次電池で好ましく用いられるニトロキシル高分子が有する単位の例として、一般式(9)で表されるポリ(4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、一般式(10)で表されるポリ(4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、一般式(11)で表されるポリ(4−ビニルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)であること、またはこれらを成分として含む共重合体や架橋体であることがより好ましい。   Examples of units possessed by the nitroxyl polymer preferably used in the secondary battery of the present invention include poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine represented by the general formula (9): -1-oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) represented by the general formula (10), poly (4) represented by the general formula (11) 4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), or a copolymer or a crosslinked product containing these as a component is more preferable.

Figure 2009145225
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本発明の二次電池に用いるニトロキシル高分子化合物の分子量は特に制限はないが、蓄電デバイスを構成した際にその電解質に溶けにくくなる分子量を有していることが好ましい。これは電解質中の有機溶媒の種類との組み合わせにより異なる。一般には、重量平均分子量1,000以上であり、好ましくは10,000以上、特に20,000以上が好ましい。また上限としては、5,000,000以下、好ましくは500,000以下である。また、高分子ラジカル材料は、架橋していてもよく、それにより電解質に対する溶解性を下げることができるため、電解液に対する耐久性を向上させることができる。   The molecular weight of the nitroxyl polymer compound used in the secondary battery of the present invention is not particularly limited, but preferably has a molecular weight that makes it difficult to dissolve in the electrolyte when an electricity storage device is constructed. This differs depending on the combination with the type of organic solvent in the electrolyte. In general, the weight average molecular weight is 1,000 or more, preferably 10,000 or more, particularly preferably 20,000 or more. Moreover, as an upper limit, it is 5,000,000 or less, Preferably it is 500,000 or less. In addition, the polymer radical material may be cross-linked, and thereby the solubility in the electrolyte can be lowered, so that the durability against the electrolytic solution can be improved.

また、本発明の電池の一つの極の電極活物質において、本発明で用いる特定粒径の高分子ラジカル材料を単独で用いることができるが、他の電極活物質と組み合わせて用いても良い。このとき、電極活物質中に、本発明で用いる特定粒径の高分子ラジカル材料が10〜90質量%含まれていることが好ましく、また20〜80質量%含まれていることがより好ましい。   Moreover, in the electrode active material of one electrode of the battery of the present invention, the polymer radical material having a specific particle size used in the present invention can be used alone, but it may be used in combination with other electrode active materials. At this time, it is preferable that 10 to 90 mass% of the polymer radical material having a specific particle size used in the present invention is contained in the electrode active material, and more preferably 20 to 80 mass%.

本発明の二次電池で、高分子ラジカル材料を正極に用いる場合、他の電極活物質として、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物、および導電性高分子等を組み合わせることができる。ここで、金属酸化物としては、例えば、LiMnO、LiMn(0<x<2)等のマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、MnO、LiCoO、LiNiO、あるいはLi(0<y<2)、オリビン系材料LiFePO、スピネル構造中のMnの一部を他の遷移金属で置換した材料LiNi0.5Mn1.5、LiCr0.5Mn1.5、LiCo0.5Mn1.5、LiCoMnO、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.33Mn0,33Co0.33、LiNi0.8Co0.2、LiN0.5Mn1.5−zTi(0<z<1.5)、等が挙げられる。When the polymer radical material is used for the positive electrode in the secondary battery of the present invention, a metal oxide, a disulfide compound, another stable radical compound, a conductive polymer, or the like can be combined as another electrode active material. Here, as the metal oxide, for example, lithium manganate such as LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2) or lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Alternatively, Li y V 2 O 5 (0 <y <2), olivine-based material LiFePO 4 , a material obtained by substituting a part of Mn in the spinel structure with another transition metal, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCr 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCo 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiCoMnO 4 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.33 Mn 0,33 Co 0.33 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2, LiN 0.5 Mn 1.5-z Ti z O 4 (0 <z <1.5), and the like.

ジスルフィド化合物としては、ジチオグリコール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、S−トリアジン−2,4,6−トリチオール等が挙げられる。   Examples of the disulfide compound include dithioglycol, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, S-triazine-2,4,6-trithiol and the like.

他の安定ラジカル化合物としては、2,2−ジフェニルピクリル−1−ヒドラジルやガルビノキシルなどが挙げられる。   Examples of other stable radical compounds include 2,2-diphenylpicryl-1-hydrazyl and galvinoxyl.

また、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。   Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole.

これらの中でも特に、マンガン酸リチウムまたはLiCoOと組み合わせることが好ましい。本発明では、これらの他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用することもできる。Among these, it is particularly preferable to combine with lithium manganate or LiCoO 2 . In the present invention, these other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

本発明の二次電池において、高分子ラジカル材料を負極に用いる場合、他の電極活物質は特に限定されないが、グラファイトや非晶質カーボン、リチウム合金、導電性高分子等を用いることができる。また、他の安定ラジカル化合物を用いてもよい。これらの形状としては特に限定されず、例えば金属リチウムでは薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。また、これらの他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用できる。   In the secondary battery of the present invention, when the polymer radical material is used for the negative electrode, other electrode active materials are not particularly limited, but graphite, amorphous carbon, lithium alloy, conductive polymer, and the like can be used. Moreover, you may use another stable radical compound. These shapes are not particularly limited. For example, metallic lithium is not limited to a thin film shape, and may be a bulk shape, a powdered shape, a fiber shape, a flake shape, or the like. Among these, it is preferable to combine with metallic lithium or graphite. These other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.

本発明の二次電池は、正極もしくは負極の一方の電極、または両方の電極における電極活物質として、電極形成工程において特定粒径の高分子ラジカル材料を用いるが、一方の電極のみに前記高分子ラジカル材料を電極活物質として用いる場合、他方の電極における電極活物質として、上記例示のような他の電極活物質が利用できる。これら他の電極活物質を単独、もしくは2種以上を組み合わせて使用することもできる。さらに、これら他の電極活物質の少なくとも1種と、前記の高分子ラジカル材料とを組み合わせて用いてもよい。また、前記高分子ラジカル材料を単独で用いることもできる。   In the secondary battery of the present invention, a polymer radical material having a specific particle size is used in the electrode forming step as an electrode active material in one of the positive electrode and the negative electrode, or in both electrodes. When a radical material is used as the electrode active material, other electrode active materials as exemplified above can be used as the electrode active material in the other electrode. These other electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. Furthermore, you may use combining at least 1 sort (s) of these other electrode active materials, and the said polymer radical material. In addition, the polymer radical material can be used alone.

本発明の二次電池では、正極もしくは負極での電極反応に、高分子ラジカル材料が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特にこの高分子ラジカル材料を正極の電極活物質として用いることが好ましい。このとき、正極活物質としては、この高分子ラジカル材料を単独で用いることが好ましい。ただし、他の正極活物質と組み合わせて使用することもでき、他の正極活物質としては、マンガン酸リチウムまたはLiCoOが好ましい。さらに、上記の正極活物質を用いる場合、負極活物質としては、金属リチウムまたはグラファイトを用いることが好ましい。In the secondary battery of the present invention, the polymer radical material only needs to directly contribute to the electrode reaction at the positive electrode or the negative electrode, and the electrode used as the electrode active material is not limited to either the positive electrode or the negative electrode. Absent. However, from the viewpoint of energy density, it is particularly preferable to use this polymer radical material as the positive electrode active material. At this time, it is preferable to use this polymer radical material alone as the positive electrode active material. However, it can also be used in combination with another positive electrode active material, and as the other positive electrode active material, lithium manganate or LiCoO 2 is preferable. Further, when the above positive electrode active material is used, it is preferable to use metallic lithium or graphite as the negative electrode active material.

[2]導電付与剤
導電付与剤としては、活性炭、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維等の炭素材料;ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子が挙げられる。特に、炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、更に、50nmから300nmの平均繊維径を有するものがより好ましい。
[2] Conductivity imparting agent Examples of the conductivity imparting agent include carbon materials such as activated carbon, graphite, carbon black, acetylene black, and carbon fiber; and conductive polymers such as polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, and polypyrrole. In particular, carbon fiber is preferable. As the carbon fiber, one having an average fiber diameter of 50 nm to 300 nm is more preferable.

[3]結着剤
電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダが挙げられる。これらの結着剤は、単独で又は2種類以上混合して用いることもできる。電極中の結着剤の割合としては、5〜30質量%が好ましい。
[3] Binder A binder can also be used to strengthen the connection between the constituent materials of the electrode. Examples of such binders include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene / butadiene copolymer rubber, polypropylene, and polyethylene. Resin binders such as polyimide and various polyurethanes. These binders can be used alone or in admixture of two or more. As a ratio of the binder in an electrode, 5-30 mass% is preferable.

[4]増粘剤
本発明の二次電池は、電極形成工程で、高分子ラジカル材料を、その高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒に混合して分散することにより、その高分子ラジカル材料の平均粒径を2μmから25μmの範囲とする工程を有することを特徴としている。高分子ラジカル材料の分散体である電極スラリーを作製しやすくするために、増粘剤を用いることもできる。このような増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ヒドロキシエチル、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ソーダ等が挙げられる。これらの増粘剤は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。電極中の増粘剤の割合としては、0.1〜5質量%が好ましい。
[4] Thickener The secondary battery of the present invention has a high molecular weight material by mixing and dispersing the polymer radical material in a solvent that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material in the electrode forming step. It has the process which makes the average particle diameter of molecular radical material the range of 2 micrometers-25 micrometers. In order to make it easy to produce an electrode slurry that is a dispersion of a polymer radical material, a thickener can also be used. Such thickeners include carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, hydroxyethyl polyacrylate, ammonium polyacrylate, polyacrylic acid Examples include soda. These thickeners can be used alone or in admixture of two or more. As a ratio of the thickener in an electrode, 0.1-5 mass% is preferable.

[5]触媒
本発明の二次電池は、電極反応をより潤滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を用いることもできる。このような触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子;ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物;金属イオン錯体等が挙げられる。これらの触媒は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。電極中の触媒の割合としては、10質量%以下が好ましい。
[5] Catalyst The secondary battery of the present invention can also use a catalyst that assists the oxidation-reduction reaction in order to perform the electrode reaction more smoothly. Examples of such catalysts include conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene; basic compounds such as pyridine derivatives, pyrrolidone derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, and acridine derivatives; and metal ion complexes. Can be mentioned. These catalysts can be used alone or in admixture of two or more. The ratio of the catalyst in the electrode is preferably 10% by mass or less.

[6]集電体およびセパレータ
負極集電体、正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔、金属平板、メッシュ状などの形状のものを用いることができる。電位的な安定性より、正極の集電体としては、特にアルミ箔、負極の集電体としては、銅箔が好ましい。集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
[6] Current collector and separator As the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, foils made of nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, carbon, etc., metal flat plates, mesh shapes, etc. Things can be used. From the viewpoint of potential stability, the positive electrode current collector is particularly preferably an aluminum foil, and the negative electrode current collector is preferably a copper foil. The current collector may have a catalytic effect, or the electrode active material and the current collector may be chemically bonded.

一方、上記の正極、および負極が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布などのセパレータを用いることもできる。   On the other hand, a separator such as a porous film or non-woven fabric made of polyethylene, polypropylene, or the like can be used so that the positive electrode and the negative electrode are not in contact with each other.

[7]電解質
本発明の二次電池において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には20℃で10−5〜10−1S/cmのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質塩として、例えばLiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSOC等の材料を用いることができる。これらの電解質塩は、単独でまたは2種類以上混合して用いることもできる。
[7] Electrolyte In the secondary battery of the present invention, the electrolyte performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at 20 ° C. It is preferable to have. As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used. Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, Li (CF 3 SO 2 ) 3 C A material such as Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be used. These electrolyte salts can be used alone or in admixture of two or more.

また、電解液に溶剤を用いる場合、溶剤としては例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは2種類以上混合して用いることもできる。   When a solvent is used for the electrolytic solution, examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, N, N-dimethylformamide, N, Organic solvents such as N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone can be used. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、本発明の二次電池では、電解質として固体電解質を用いることもできる。固体電解質に用いられる高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体;アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体;さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま用いても良い。   Furthermore, in the secondary battery of the present invention, a solid electrolyte can be used as the electrolyte. Polymer compounds used for the solid electrolyte include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride- Vinylidene fluoride polymers such as trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer; acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer , Acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic acid copolymer Coalescence, acrylonitrile - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer; and polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates body or methacrylate body thereof. These polymer compounds may be used in the form of a gel containing an electrolytic solution, or only a polymer compound containing an electrolyte salt may be used as it is.

[8]電極の作製
電極の作製方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。ただし、特定電極については、高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒(媒体)に混合して分散することにより、その高分子ラジカル材料の平均粒径を2μmから25μmの範囲とすることが好ましい。ここで、分散する方法としては、例えば、ビーズミル、ロールミル、ニーダー等が利用できる。中でも、ビーズミルがより好ましい。
[8] Production of electrode The production method of the electrode is not particularly limited, and a method appropriately selected according to the material can be used. However, for a specific electrode, the polymer radical material is mixed and dispersed in a solvent (medium) that does not substantially dissolve or swell so that the average particle diameter of the polymer radical material is in the range of 2 μm to 25 μm. Is preferred. Here, as a dispersion method, for example, a bead mill, a roll mill, a kneader, or the like can be used. Among these, a bead mill is more preferable.

高分子ラジカル材料をその平均粒径が2μmから25μmの範囲にあるスラリー状の均一な分散液(分散体)とし、これに導電付与材を混合させた電極用インキを、電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させることにより電極を得る方法が好ましい。
ここで、高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒(媒体)としては、水が好ましい。高分子ラジカル材料と導電付与剤との質量比率(導電付与剤に対する高分子ラジカル材料の比率、高分子ラジカル材料/導電付与剤)は、1.5から18の範囲にあることが望ましい。更に、2から13の範囲にあることがより望ましい。
The polymer radical material is made into a slurry-like uniform dispersion (dispersion) with an average particle diameter in the range of 2 to 25 μm, and an electrode ink in which a conductive material is mixed is applied to the electrode current collector. And the method of obtaining an electrode by volatilizing a solvent by heating or normal temperature is preferable.
Here, water is preferable as the solvent (medium) that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material. The mass ratio between the polymer radical material and the conductivity-imparting agent (ratio of polymer radical material to conductivity-imparting agent, polymer radical material / conductivity-imparting agent) is desirably in the range of 1.5 to 18. Furthermore, it is more desirable to be in the range of 2 to 13.

上記電極形成用インキを電極集電体に塗布し、正極もしくは負極を作製するに当り、用いられる方式としては、特に制限されないが、印刷方式もしくは塗工方式が利用できる。
例えば、スクリーン印刷方式、ロータリースクリーン印刷方式、グラビア印刷方式、グラビアオフセット印刷方式、フレキソ印刷方式、ダイコート法、キャップコート法、ロールコート法等が利用できる。
A method used for applying the electrode forming ink to the electrode current collector to produce a positive electrode or a negative electrode is not particularly limited, but a printing method or a coating method can be used.
For example, a screen printing method, a rotary screen printing method, a gravure printing method, a gravure offset printing method, a flexographic printing method, a die coating method, a cap coating method, a roll coating method and the like can be used.

また、電極を作製する場合、電極活物質として、特定粒径の高分子ラジカル材料そのものを用いて作製する場合と、電極反応によって本発明に用いる高分子ラジカル材料に変化する重合体を用いて作製する場合とがある。このような電極反応によって上記高分子ラジカル材料に変化する重合体の例としては、上記高分子ラジカル材料を還元したアニオン体とリチウムイオンやナトリウムイオン等の電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、あるいは、上記高分子ラジカル材料を酸化したカチオン体とPF やBF 等の電解質アニオンとからなる塩等が挙げられる。In addition, when preparing an electrode, as an electrode active material, using a polymer radical material itself having a specific particle size, and using a polymer that changes to a polymer radical material used in the present invention by an electrode reaction. There is a case to do. Examples of the polymer that changes to the polymer radical material by such an electrode reaction include a lithium salt or a sodium salt comprising an anion body obtained by reducing the polymer radical material and an electrolyte cation such as lithium ion or sodium ion, Alternatively, the cation body by oxidizing the polymer radical material and PF 6 - and BF 4 - salts consisting of the electrolyte anions, and the like.

[9]電池形状
本発明の二次電池において、電池の形状は特に限定されない。電池形状としては、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[9] Battery shape In the secondary battery of the present invention, the shape of the battery is not particularly limited. Examples of the battery shape include an electrode laminate or a wound body sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film made of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film, etc. A mold, a coin mold, and a sheet mold are used, but the present invention is not limited to these.

[10]電池の製造方法
電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止する等の方法が挙げられる。電池を製造する際には、電極活物質として高分子ラジカル材料そのものを用いて電池を製造する場合と、電極反応によって本発明に用いる高分子ラジカル材料に変化する重合体を用いて電池を製造する場合とがある。
[10] Battery manufacturing method Examples include a method of laminating or winding an electrode with a counter electrode and a separator interposed therebetween, wrapping it with an outer package, and injecting an electrolyte solution to seal it. When manufacturing a battery, a battery is manufactured using a polymer radical material itself as an electrode active material and a polymer that changes into a polymer radical material used in the present invention by an electrode reaction. There are cases.

本発明の二次電池において、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は特に限定されない。   In the secondary battery of the present invention, other manufacturing conditions such as lead extraction from the electrode and exterior are not particularly limited.

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

(実施例1)
水48.6gに、前述の一般式(11)に相当する高分子ラジカル材料、ポリ(4−ビニルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(以下PTVE:理論容量135mAh/g)8gを加え、ビーズミルにて分散し、平均粒径9μm(日機装製MICROTRAC MT−3000にて測定)の高分子ラジカル分散液を得た。その後、導電付与剤炭素繊維カーボンナノファイバーVGCF(以下VGCF:昭和電工製)2.85g、結着剤ポリテトラフルオロエチレン(以下PTFE:ダイキン工業製)0.11g、増粘剤カルボキシメチルセルロース(以下CMC:ダイセル工業)0.46gを加え撹拌機にて均一になるまで撹拌して、電極形成用インキを得た。得られた電極形成用インキをメタルマスク(ステンシル)による孔版印刷(ニューロング精密工業製スクリーン印刷機LS−150)によりアルミ集電体上に塗布し、真空オーブンにて乾燥後、プレスを行い、膜厚88μm、横25×16mmの正極を得た。
Example 1
To 48.6 g of water, a polymer radical material corresponding to the aforementioned general formula (11), poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (hereinafter PTVE: theoretical capacity 135 mAh / g) 8 g was added and dispersed by a bead mill to obtain a polymer radical dispersion having an average particle size of 9 μm (measured by Nikkiso MICROTRAC MT-3000), and then a conductivity-imparting agent carbon fiber carbon nanofiber VGCF 2.85 g of VGCF (Showa Denko), 0.11 g of binder polytetrafluoroethylene (hereinafter PTFE: manufactured by Daikin Industries), and 0.46 g of thickener carboxymethylcellulose (hereinafter CMC: Daicel Industries) were added with a stirrer. The mixture was stirred until uniform to obtain an electrode forming ink.The obtained electrode forming ink was used as a metal mask (stainless steel). ) Stencil printing (Neurong Seimitsu Kogyo screen printing machine LS-150), coated on an aluminum current collector, dried in a vacuum oven, and then pressed to form a positive electrode having a thickness of 88 μm and a width of 25 × 16 mm. Obtained.

この正極のアルミ箔面に、長さ65mm幅0.4mmのアルミリードを溶接した。また、リチウム張り合わせ銅箔(リチウム厚30μm)を正極同様に25×16mmの長方形に打ち抜き金属リチウム負極とし、長さ65mm幅0.4mmのニッケルリードを銅箔面に溶接した。正極、多孔質ポリプロピレンセパレータ(30×20mmの長方形)、負極の順に、ラジカル正極層と金属リチウム負極を対峙する向きで重ね合わせて蓄電体とした。2枚の熱融着可能なアルミラミネートフィルム(縦58mm×横52mm×厚さ0.12mm)の三方を熱融着することにより袋状のケースとし、蓄電体を入れた。ここへ電解液[1.0mol/LのLiPF電解質塩を含むエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート混合溶液(混合体積比3:7)]をアルミラミネートケースの中に加えた。An aluminum lead having a length of 65 mm and a width of 0.4 mm was welded to the aluminum foil surface of the positive electrode. Further, a lithium-laminated copper foil (lithium thickness 30 μm) was punched into a 25 × 16 mm rectangle like the positive electrode to form a metal lithium negative electrode, and a nickel lead 65 mm long and 0.4 mm wide was welded to the copper foil surface. A positive electrode, a porous polypropylene separator (30 × 20 mm rectangle), and a negative electrode were stacked in this order to face the radical positive electrode layer and the metal lithium negative electrode to form a power storage unit. Two sheets of aluminum laminate film (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.12 mm) that can be heat-sealed were heat-sealed to form a bag-like case, and a power storage unit was placed. The electrolytic solution [ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt (mixing volume ratio 3: 7)] was added to the aluminum laminate case.

この際アルミおよびニッケルリード付電極の端を2.7cm外に出し、アルミラミネートケースの未溶着の一辺を1.6mmHgの低圧化で熱融着した。これにより、電極と電解液をアルミラミネートケース中に完全に密閉した。以上のように薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。   At this time, the ends of the aluminum and nickel leaded electrodes were taken out of 2.7 cm, and one side of the unlaminated aluminum laminate case was heat-sealed at a low pressure of 1.6 mmHg. As a result, the electrode and the electrolyte were completely sealed in the aluminum laminate case. As described above, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced.

この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、111mAh/gの電池容量値を得た。尚、mAh/gは高分子ラジカル材料1g当たりの充電容量を表す。   The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 111 mAh / g was obtained. MAh / g represents the charge capacity per 1 g of the polymer radical material.

(実施例2)
ビーズミルにて平均粒子径15μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚87μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。
この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、102mAh/gの電池容量値を得た。
(Example 2)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 15 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 87 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1.
The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 102 mAh / g was obtained.

(実施例3)
ビーズミルにて平均粒子径25μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚79μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。
この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、99mAh/gの電池容量値を得た。
(Example 3)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 25 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 79 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1.
The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 99 mAh / g was obtained.

(実施例4)
ビーズミルにて平均粒子7μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚84μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、110mAh/gの電池容量値を得た。
Example 4
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 7 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 84 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1. The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 110 mAh / g was obtained.

(実施例5)
ビーズミルにて平均粒子3μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚110μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、92mAh/gの電池容量値を得た。
(Example 5)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 3 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 110 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1. The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 92 mAh / g was obtained.

(比較例1)
ビーズミルにて平均粒子1μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚86μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、55mAh/gの電池容量値を得た。
(Comparative Example 1)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 1 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 86 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1. The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 55 mAh / g was obtained.

(比較例2)
ビーズミルにて平均粒子30μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚122μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。
この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、87mAh/gの電池容量値を得た。
(Comparative Example 2)
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 30 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 122 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1.
The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 87 mAh / g was obtained.

以上により、電極を形成する工程が、高分子ラジカル材料に導電性付与剤を分散してなる分散体の層を導電性基材上に形成する工程を有しており、この時の高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあるものが90mAh/g以上の高い電池容量を示した。   As described above, the step of forming an electrode includes the step of forming a dispersion layer formed by dispersing a conductivity-imparting agent in a polymer radical material on a conductive substrate. When the average particle size of the material was in the range of 2 μm to 25 μm, a high battery capacity of 90 mAh / g or more was shown.

本発明の二次電池は、薄層タイプで高い電池容量が得られ、各種電子機器の小型軽量化に資する。   The secondary battery of the present invention is a thin layer type and has a high battery capacity, and contributes to reducing the size and weight of various electronic devices.

1 ラジカル材料/導電付与剤正極、 2 正極集電体、 3 正極リード、 4 セパレータ、 5 負極リード、 6 負極、 7 負極集電体、 8 アルミラミネート外装。 1 radical material / conductivity imparting agent positive electrode, 2 positive electrode current collector, 3 positive electrode lead, 4 separator, 5 negative electrode lead, 6 negative electrode, 7 negative electrode current collector, 8 aluminum laminate exterior.

すなわち、本発明は第一に、
正極と負極とを備える二次電池であって、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に、電極活物質としての高分子ラジカル材料と導電性付与剤とを含む混合物が塗布され、
前記高分子ラジカル材料の平均粒径がμmから15μmの範囲にあることを特徴とする二次電池を提供する。
That is, the present invention firstly
A secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
On the conductive substrate of at least one of the positive electrode and the negative electrode, a mixture containing a polymer radical material as an electrode active material and a conductivity-imparting agent is applied,
Provided is a secondary battery wherein the polymer radical material has an average particle size in the range of 4 μm to 15 μm.

本発明は第二に、
電極活物質としての高分子ラジカル材料を、該高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない媒体中に分散して分散体を得る工程と、
前記分散体と導電付与剤とを混合して電極形成用インキを得る工程と、
前記電極形成用インキを、前記二次電池の正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に塗布する工程と、
を含む二次電池の製造方法であって、
前記分散体中の高分子ラジカル材料の平均粒径がμmから15μmの範囲にあることを特徴とする二次電池の製造方法を提供する。
The present invention secondly,
Dispersing a polymer radical material as an electrode active material in a medium in which the polymer radical material is not substantially dissolved or swollen to obtain a dispersion;
Mixing the dispersion and a conductivity-imparting agent to obtain an electrode-forming ink;
Applying the electrode forming ink on a conductive substrate of at least one of a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery;
A method for producing a secondary battery comprising:
Provided is a method for producing a secondary battery, wherein the polymer radical material in the dispersion has an average particle size in the range of 4 μm to 15 μm.

本発明は第三に、
正極もしくは負極の少なくとも一方の電極が、電極活物質として高分子ラジカル材料と、導電性を有する導電付与剤とを用いて成る電極である二次電池の前記電極の形成に用いるインキであって、
平均粒径がμmから15μmの範囲にある前記高分子ラジカル材料と、前記高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒と、前記導電性付与剤とを含有することを特徴とする電極形成用インキを提供する。
Third, the present invention
The ink used for forming the electrode of the secondary battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode formed using a polymer radical material as an electrode active material and a conductive agent having conductivity,
It contains the polymer radical material having an average particle size in the range of 4 μm to 15 μm, a solvent that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material, and the conductivity-imparting agent. An electrode forming ink is provided.

(実施例3(参考例)
ビーズミルにて平均粒子径25μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚79μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。
この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、99mAh/gの電池容量値を得た。
(Example 3 (reference example) )
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 25 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 79 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1.
The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 99 mAh / g was obtained.

(実施例5(参考例)
ビーズミルにて平均粒子3μmの高分子ラジカル分散液を得たこと以外は、実施例1と同様の方法で電極を作製し、膜厚110μmの正極を得た。その後、実施例1と同様な方法で薄型有機ラジカル電池(縦58mm×横52mm×厚さ0.3mm)を作製した。この電池を0.1Cで充電した際の充電容量を測定した。その結果、92mAh/gの電池容量値を得た。
(Example 5 (reference example) )
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that a polymer radical dispersion having an average particle size of 3 μm was obtained by a bead mill, and a positive electrode having a thickness of 110 μm was obtained. Thereafter, a thin organic radical battery (length 58 mm × width 52 mm × thickness 0.3 mm) was produced in the same manner as in Example 1. The charge capacity when this battery was charged at 0.1 C was measured. As a result, a battery capacity value of 92 mAh / g was obtained.

すなわち、本発明は第一に、
正極と負極とを備える二次電池であって、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に、電極活物質としての高分子ラジカル材料と導電性付与剤とを含む混合物が塗布され、
前記高分子ラジカル材料の平均粒径が4μmから15μmの範囲にあり、
前記高分子ラジカル材料が、ポリ(4−ビニルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、またはこれらを成分として含む共重合体であることを特徴とする二次電池を提供する。
That is, the present invention firstly
A secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
On the conductive substrate of at least one of the positive electrode and the negative electrode, a mixture containing a polymer radical material as an electrode active material and a conductivity-imparting agent is applied,
Ri range near the mean particle size from 4μm of 15μm of the polymer radical material,
The polymer radical material is poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1). -Oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), or a copolymer containing these as a component is provided. .

本発明は第二に、
電極活物質としての高分子ラジカル材料を、該高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない媒体中に分散して分散体を得る工程と、
前記分散体と導電付与剤とを混合して電極形成用インキを得る工程と、
前記電極形成用インキを、前記二次電池の正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に塗布する工程と、
を含む二次電池の製造方法であって、
前記分散体中の高分子ラジカル材料の平均粒径が4μmから15μmの範囲にあり、
前記高分子ラジカル材料が、ポリ(4−ビニルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、またはこれらを成分として含む共重合体であることを特徴とする二次電池の製造方法を提供する。
The present invention secondly,
Dispersing a polymer radical material as an electrode active material in a medium in which the polymer radical material is not substantially dissolved or swollen to obtain a dispersion;
Mixing the dispersion and a conductivity-imparting agent to obtain an electrode-forming ink;
Applying the electrode forming ink on a conductive substrate of at least one of a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery;
A method for producing a secondary battery comprising:
Ri range near the mean particle size of 15μm from 4μm polymeric radical material in the dispersion,
The polymer radical material is poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1). -Oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), or a copolymer containing these as components, a method for producing a secondary battery I will provide a.

本発明は第三に、
正極もしくは負極の少なくとも一方の電極が、電極活物質として高分子ラジカル材料と、導電性を有する導電付与剤とを用いて成る電極である二次電池の前記電極の形成に用いるインキであって、
平均粒径が4μmから15μmの範囲にある前記高分子ラジカル材料と、前記高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒と、前記導電性付与剤とを含有し、
前記高分子ラジカル材料が、ポリ(4−ビニルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−メタクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、ポリ(4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル)、またはこれらを成分として含む共重合体であることを特徴とする電極形成用インキを提供する。
Third, the present invention
The ink used for forming the electrode of the secondary battery, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode formed using a polymer radical material as an electrode active material and a conductive agent having conductivity,
The polymer radical material having an average particle size in the range of 4 μm to 15 μm, a solvent that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material, and the conductivity-imparting agent ,
The polymer radical material is poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1). -Oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), or a copolymer containing these as a component is provided. To do.

Claims (13)

正極と負極とを備える二次電池であって、
前記正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に、電極活物質としての高分子ラジカル材料と導電性付与剤とを含む混合物が塗布され、
前記高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする二次電池。
A secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode,
On the conductive substrate of at least one of the positive electrode and the negative electrode, a mixture containing a polymer radical material as an electrode active material and a conductivity-imparting agent is applied,
A secondary battery, wherein the polymer radical material has an average particle size in the range of 2 μm to 25 μm.
前記混合物は、前記高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない媒体を含む電極形成用インキで、
前記電極形成用インキは、前記導電性基材上に塗布された後、乾燥されることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
The mixture is an electrode forming ink containing a medium that does not substantially dissolve or swell the polymer radical material,
The secondary battery according to claim 1, wherein the electrode forming ink is applied on the conductive substrate and then dried.
前記媒体が水性媒体であることを特徴とする請求項2に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 2, wherein the medium is an aqueous medium. 前記導電付与剤が炭素繊維であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the conductivity-imparting agent is carbon fiber. 前記炭素繊維の平均繊維径が50nmから300nmの範囲にあることを特徴とする請求項4に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 4, wherein an average fiber diameter of the carbon fibers is in a range of 50 nm to 300 nm. 前記導電付与剤に対する前記高分子ラジカル材料の質量比率が1.5から18の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein a mass ratio of the polymer radical material to the conductivity-imparting agent is in a range of 1.5 to 18. 前記高分子ラジカル材料が、繰り返し単位中に一般式(1)に示すニトロキシドラジカル構造を持つポリニトロキシドラジカル化合物であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
Figure 2009145225
The secondary battery according to claim 1, wherein the polymer radical material is a polynitroxide radical compound having a nitroxide radical structure represented by the general formula (1) in a repeating unit.
Figure 2009145225
前記ポリニトロキシドラジカル化合物が、ポリ(4-メタクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)、ポリ(4-アクリロイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)、またはこれらを成分として含む共重合体であることを特徴とする請求項7に記載の二次電池。   The polynitroxide radical compound is poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl), poly (4-acryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine- The secondary battery according to claim 7, which is 1-oxyl) or a copolymer containing these as components. 前記ポリニトロキシドラジカル化合物が、ポリ(4-ビニルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル)、またはこれを成分として含む共重合体であることを特徴とする請求項7に記載の二次電池。   8. The polynitroxide radical compound is poly (4-vinyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) or a copolymer containing this as a component. The secondary battery as described. 前記ポリニトロキシドラジカル化合物が架橋構造を持つことを特徴とする請求項7に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 7, wherein the polynitroxide radical compound has a crosslinked structure. 前記二次電池が、リチウム二次電池であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium secondary battery. 電極活物質としての高分子ラジカル材料を、該高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない媒体中に分散して分散体を得る工程と、
前記分散体と導電付与剤とを混合して電極形成用インキを得る工程と、
前記電極形成用インキを、前記二次電池の正極及び負極の少なくとも一方の電極の導電性基材上に塗布する工程と、
を含む二次電池の製造方法であって、
前記分散体中の高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする二次電池の製造方法。
Dispersing a polymer radical material as an electrode active material in a medium in which the polymer radical material is not substantially dissolved or swollen to obtain a dispersion;
Mixing the dispersion and a conductivity-imparting agent to obtain an electrode-forming ink;
Applying the electrode forming ink on a conductive substrate of at least one of a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery;
A method for producing a secondary battery comprising:
The method for producing a secondary battery, wherein the polymer radical material in the dispersion has an average particle size in the range of 2 μm to 25 μm.
電極活物質としての高分子ラジカル材料と、
前記高分子ラジカル材料を実質的に溶解または膨潤しない溶媒と、
導電性付与剤と、
を含む電極形成用インキであって、
前記高分子ラジカル材料の平均粒径が2μmから25μmの範囲にあることを特徴とする電極形成用インキ。
A polymer radical material as an electrode active material;
A solvent that does not substantially dissolve or swell the polymeric radical material;
A conductivity-imparting agent;
An electrode forming ink comprising:
An electrode forming ink, wherein the polymer radical material has an average particle size in the range of 2 μm to 25 μm.
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