JPWO2012133204A1 - battery - Google Patents

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JPWO2012133204A1 JP2013507524A JP2013507524A JPWO2012133204A1 JP WO2012133204 A1 JPWO2012133204 A1 JP WO2012133204A1 JP 2013507524 A JP2013507524 A JP 2013507524A JP 2013507524 A JP2013507524 A JP 2013507524A JP WO2012133204 A1 JPWO2012133204 A1 JP WO2012133204A1
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西出 宏之
宏之 西出
研一 小柳津
研一 小柳津
壮介 山口
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信貴 藤本
信貴 藤本
祐治 金原
祐治 金原
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瞬 橋本
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繁之 岩佐
中原 謙太郎
謙太郎 中原
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Abstract

本発明は、電極成分の電解液への溶出を抑制することが可能な電池を提供する。本発明は、ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極および電解液を有する電池であって、前記電解液は、ポリエチレングリコール類を含有する電池である。The present invention provides a battery capable of suppressing elution of electrode components into an electrolyte solution. The present invention is a battery having an electrode containing a pyrroline-based nitroxide polymer and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution contains a polyethylene glycol.

Description

本発明は、電極成分の電解液への溶出を抑制することが可能な電池に関する。 The present invention relates to a battery capable of suppressing elution of electrode components into an electrolyte solution.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の携帯用電子機器の高性能化が進んでいる。このような携帯用電子機器の電源としては、エネルギー密度が大きく、長寿命の二次電池が期待されている。
現在、このような携帯用電子機器の電源として、正極にリチウム含有遷移金属化合物、負極に炭素材料等のリチウム吸蔵化合物を用いたリチウムイオン二次電池が広く普及している。
しかしながら、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が理論的限界に近づいており高容量を実現可能な新たな二次電池の開発が求められている。また、リチウムイオン二次電池は、電極反応の反応速度が小さいため、大きな電流を流すと電池性能が著しく低下する。更に、リチウムイオン二次電池は、小型化した場合に、期待される容量や出力を大きく下回ることが多く、充電についても長時間行う必要がある。
In recent years, the performance of portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones has been increasing. As a power source for such a portable electronic device, a secondary battery having a high energy density and a long life is expected.
Currently, lithium ion secondary batteries using a lithium-containing transition metal compound as a positive electrode and a lithium storage compound such as a carbon material as a negative electrode are widely used as power sources for such portable electronic devices.
However, the energy density of the lithium ion secondary battery is approaching the theoretical limit, and development of a new secondary battery capable of realizing a high capacity is demanded. Moreover, since the reaction rate of an electrode reaction is small in a lithium ion secondary battery, the battery performance is remarkably lowered when a large current is passed. Furthermore, when the lithium ion secondary battery is downsized, the capacity and output are often much lower than expected, and charging needs to be performed for a long time.

そこで、このような二次電池の問題を解決すべく、近年、有機ラジカル化合物(樹脂)を電極反応の反応物、または生成物とする二次電池の研究、開発が盛んに行われている。
有機ラジカル化合物を電極活物質として使用した二次電池は、ラジカルの酸化還元反応を利用して充放電を行うので、反応速度が大きい。そのため、高出力を有し、充電も比較的短時間で完了するという特徴を有している。
Therefore, in order to solve such problems of secondary batteries, research and development of secondary batteries using an organic radical compound (resin) as a reaction product or product of an electrode reaction have been actively conducted in recent years.
A secondary battery using an organic radical compound as an electrode active material charges and discharges using a radical oxidation-reduction reaction, and thus has a high reaction rate. Therefore, it has the characteristics that it has high output and charging is completed in a relatively short time.

このような二次電池に使用されるラジカル化合物としては、ピロリン環状ニトロキシド構造を有する高分子化合物が提案されている(特許文献1、2参照)。このような高分子化合物を用いることで、エネルギー密度が高く大容量の二次電池が得られるとしている。 As radical compounds used in such secondary batteries, polymer compounds having a pyrroline cyclic nitroxide structure have been proposed (see Patent Documents 1 and 2). By using such a polymer compound, a secondary battery having a high energy density and a large capacity can be obtained.

国際公開WO2009/038125号パンフレットInternational Publication WO2009 / 038125 Pamphlet 国際公開WO2010/104002号パンフレットInternational Publication WO 2010/104002 Pamphlet

しかしながら、特許文献1、2に記載のピロリン環状ニトロキシド構造を有する高分子化合物は、二次電池用電極等に使用した場合、ジエチルカーボネート等の電解液に、前記電極に含まれる成分が溶出するという問題が生じている。このように、電解液に溶出した成分は、セパレータの閉塞を引き起こすため、充放電を繰り返す毎に電池性能が劣化し、電池としての機能が著しく損なわれるおそれがある。また、繰り返し充放電後の容量低下の面において改善の余地があった。 However, when the polymer compound having a pyrroline cyclic nitroxide structure described in Patent Documents 1 and 2 is used for an electrode for a secondary battery, a component contained in the electrode is eluted in an electrolytic solution such as diethyl carbonate. There is a problem. As described above, the component eluted in the electrolytic solution causes the separator to be clogged, so that the battery performance deteriorates every time charging and discharging are repeated, and the function as the battery may be significantly impaired. Moreover, there was room for improvement in terms of capacity reduction after repeated charging and discharging.

本発明は、電極成分の電解液への溶出を抑制することが可能な電池を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the battery which can suppress the elution to the electrolyte solution of an electrode component.

本発明は、
項1.ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極および電解液を有する電池であって、前記電解液は、ポリエチレングリコール類を含有する電池、
項2.ピロリン系ニトロキシド重合体が、下記一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体である項1に記載の電池、

Figure 2012133204
式(1)中、nは0または1を表す。
項3.ピロリン系ニトロキシド重合体が、下記一般式(2)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体である項1に記載の電池、
Figure 2012133204
項4.ポリエチレングリコール類の使用量が、電解液100質量部に対して、0.05〜30質量部である項1に記載の電池、
に関する。
以下に本発明を詳細に説明する。The present invention
Item 1. A battery having an electrode containing a pyrroline-based nitroxide polymer and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution contains a polyethylene glycol,
Item 2. Item 2. The battery according to Item 1, wherein the pyrroline nitroxide polymer is a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (1).
Figure 2012133204
In formula (1), n represents 0 or 1.
Item 3. Item 2. The battery according to Item 1, wherein the pyrroline nitroxide polymer is a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (2).
Figure 2012133204
Item 4. Item 2. The battery according to Item 1, wherein the amount of polyethylene glycol used is 0.05 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrolyte solution.
About.
The present invention is described in detail below.

本発明に係る電池は、ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極を有する。
前記ピロリン系ニトロキシド重合体は、ピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られるものである。
The battery according to the present invention has an electrode containing a pyrroline-based nitroxide polymer.
The pyrroline nitroxide polymer is obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound.

前記ピロリン系ニトロキシド重合体としては、下記一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体が好ましい。 The pyrroline nitroxide polymer is preferably a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (1).

Figure 2012133204
式(1)中、nは0または1を表す。
Figure 2012133204
In formula (1), n represents 0 or 1.

前記一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物としては、nが0である3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル、nが1であるピロリン系ニトロキシド置換グリシジルエーテル等が挙げられる。 Examples of the pyrroline nitroxide compound represented by the general formula (1) include 3-oxiranyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl where n is 0, and pyrroline nitroxide where n is 1. Examples thereof include substituted glycidyl ethers.

前記3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、例えば、下記式(3)に示すように、3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを用いる方法(Tetrahedron Letters,43(4),553−555(2002))により製造することができる。
具体的には、水酸化ナトリウム水溶液等を用いて3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを加水分解して3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルとし、次に、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、水素化リチウムアルミニウム−tert−ブトキシド等を用いてこれを還元することにより3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルとし、さらにトリメチルスルホニウムヨージド等を用いてこれを環化することにより3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを製造することができる。
The 3-oxiranyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl is, for example, 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-, as shown in the following formula (3): It can be produced by a method using 1-oxyl (Tetrahedron Letters, 43 (4), 553-555 (2002)).
Specifically, 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl is hydrolyzed using an aqueous sodium hydroxide solution or the like to give 3-carboxy-2,2,5,5-tetra Methylpyrroline-1-oxyl is then reduced, and this is reduced using 3-aluminum-2,2,2, by using lithium aluminum hydride-tert-butoxide or the like in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. 5-Oxylanyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl is produced by cyclizing 5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl with trimethylsulfonium iodide and the like. can do.

Figure 2012133204
Figure 2012133204

前記ピロリン系ニトロキシド置換グリシジルエーテルは、例えば、水酸化ナトリウムの存在下、テトラブチルアンモニウム硫酸水素ナトリウムを触媒に用いて、エピクロロヒドリンと4−ヒドロキシプロキシルとを反応させる方法(Macromolecules,26,3227−3229(1993))により製造することができる。 The pyrroline-based nitroxide-substituted glycidyl ether is, for example, a method of reacting epichlorohydrin with 4-hydroxyproxyl in the presence of sodium hydroxide using tetrabutylammonium sodium hydrogensulfate as a catalyst (Macromolecules, 26, 3227-3229 (1993)).

前記一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して、ピロリン系ニトロキシド重合体とする方法としては、例えば、塊状重合法および溶液重合法等を用いて重合する方法が挙げられる。前記塊状重合法を用いて重合する方法としては、例えば、攪拌機、温度計、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入管および冷却管を備えた反応器を用いて、所定量のニトロキシド化合物を仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、攪拌しながら重合開始剤を添加する方法等が挙げられる。前記溶液重合法を用いて重合する方法としては、例えば、前記塊状重合法を用いて重合する場合において、所定量のニトロキシド化合物とともに不活性溶媒を仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、攪拌しながら重合開始剤を添加する方法等が挙げられる。 Examples of a method for polymerizing the pyrroline nitroxide compound represented by the general formula (1) to obtain a pyrroline nitroxide polymer include a polymerization method using a bulk polymerization method, a solution polymerization method, and the like. As a method of polymerizing using the bulk polymerization method, for example, using a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a gas introduction pipe for introducing an inert gas such as argon gas or nitrogen gas, and a cooling pipe, Examples thereof include a method in which a predetermined amount of a nitroxide compound is charged, deoxygenated with an inert gas, and then a polymerization initiator is added while stirring. As a method of polymerizing using the solution polymerization method, for example, in the case of polymerizing using the bulk polymerization method, an inert solvent is charged together with a predetermined amount of nitroxide compound, deoxygenated with an inert gas, and then stirred. Examples of the method include adding a polymerization initiator.

また、前記ピロリン系ニトロキシド重合体としては、下記一般式(2)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体が好ましい。 The pyrroline nitroxide polymer is preferably a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (2).

Figure 2012133204
Figure 2012133204

前記一般式(2)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物は、例えば、下記式(4)に示すように、3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを用いる方法(CAN.J.CHEM.,64,1482−1490(1986))により製造することができる。
具体的には、水酸化ナトリウム水溶液等を用いて3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを加水分解して3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルとし、次に、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、水素化リチウムアルミニウム−tert−ブトキシド等を用いてこれを還元することにより3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルとし、さらにメチルトリホスホニウムブロミド等を用いてこれをビニル化することにより3−ビニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルを製造することができる。
The pyrroline nitroxide compound represented by the general formula (2) is, for example, a method using 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl as shown in the following formula (4) (CAN. J. CHEM., 64, 1482-1490 (1986)).
Specifically, 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl is hydrolyzed using an aqueous sodium hydroxide solution or the like to give 3-carboxy-2,2,5,5-tetra Methylpyrroline-1-oxyl is then reduced, and this is reduced using 3-aluminum-2,2,2, by using lithium aluminum hydride-tert-butoxide or the like in an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas. 3-vinyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl is produced by converting it to 5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl and further vinylating it with methyltriphosphonium bromide or the like. can do.

Figure 2012133204
Figure 2012133204

前記一般式(2)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して、ピロリン系ニトロキシド重合体とする方法としては、例えば、塊状重合法および溶液重合法等を用いて重合する方法が挙げられる。前記塊状重合法を用いて重合する方法としては、例えば、攪拌機、温度計、アルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを導入するためのガス導入管および冷却管を備えた反応器を用いて、所定量のニトロキシド化合物を仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、攪拌しながら重合開始剤を添加する方法等が挙げられる。前記溶液重合法を用いて重合する方法としては、例えば、前記塊状重合法を用いて重合する場合において、所定量のニトロキシド化合物とともに不活性溶媒を仕込み、不活性ガスにより脱酸素した後、攪拌しながら重合開始剤を添加する方法等が挙げられる。 Examples of a method for polymerizing the pyrroline nitroxide compound represented by the general formula (2) to obtain a pyrroline nitroxide polymer include a polymerization method using a bulk polymerization method, a solution polymerization method, and the like. As a method of polymerizing using the bulk polymerization method, for example, using a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a gas introduction pipe for introducing an inert gas such as argon gas or nitrogen gas, and a cooling pipe, Examples thereof include a method in which a predetermined amount of a nitroxide compound is charged, deoxygenated with an inert gas, and then a polymerization initiator is added while stirring. As a method of polymerizing using the solution polymerization method, for example, in the case of polymerizing using the bulk polymerization method, an inert solvent is charged together with a predetermined amount of nitroxide compound, deoxygenated with an inert gas, and then stirred. Examples of the method include adding a polymerization initiator.

前記ピロリン系ニトロキシド重合体の数平均分子量は、500〜5,000,000であることが好ましく、より好ましくは1,000〜1,000,000である。数平均分子量が500未満の場合は、ピロリン系ニトロキシド重合体が電解液に溶解して、電池を繰り返して使用した際に、容量が低下するおそれがある。一方、数平均分子量が5,000,000を超える場合には、電解液への溶解性が低下して、電池を繰り返して使用した際に、容量が低下するおそれがある。
なお、本発明での数平均分子量とは、高速液体クロマトグラフィーにより測定し、分子量既値のポリスチレンに換算した値をいう。
The number average molecular weight of the pyrroline-based nitroxide polymer is preferably 500 to 5,000,000, more preferably 1,000 to 1,000,000. When the number average molecular weight is less than 500, the pyrroline-based nitroxide polymer is dissolved in the electrolytic solution, and the capacity may be reduced when the battery is used repeatedly. On the other hand, when the number average molecular weight exceeds 5,000,000, the solubility in the electrolytic solution is lowered, and the capacity may be lowered when the battery is repeatedly used.
In addition, the number average molecular weight in this invention means the value measured by the high performance liquid chromatography and converted into polystyrene of the molecular weight existing value.

前記ピロリン系ニトロキシド重合体は単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 The pyrroline nitroxide polymer may be used alone or in combination of two or more.

前記電極は、前記ピロリン系ニトロキシド重合体以外に電極活物質、導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材、結着剤、増粘剤、触媒からなることが好ましい。
以下に、電極を構成する部材等に関して説明する。
The electrode preferably comprises an electrode active material, a conductivity-imparting agent (auxiliary conductive material), an ion conduction auxiliary material, a binder, a thickener, and a catalyst in addition to the pyrroline-based nitroxide polymer.
Below, the member etc. which comprise an electrode are demonstrated.

(1)電極活物質
本発明において「電極活物質」とは、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことをいい、電池システムの中心的役割を果たすものである。
電極活物質は、前記ピロリン系ニトロキシド重合体を含有するものであり、正極および/または負極の電極活物質として、前記ピロリン系ニトロキシド重合体をそれぞれ単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよく、また、他の電極活物質と組み合わせて電極活物質としてもよい。
(1) Electrode Active Material In the present invention, the “electrode active material” refers to a material that directly contributes to electrode reactions such as charge reaction and discharge reaction, and plays a central role in the battery system.
The electrode active material contains the pyrroline nitroxide polymer, and the pyrroline nitroxide polymer may be used alone or in combination of two or more as the positive electrode and / or negative electrode active material. Alternatively, the electrode active material may be combined with other electrode active materials.

前記ピロリン系ニトロキシド重合体を正極の電極活物質に用いる場合、他の電極活物質としては、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挙げることができる。 When the pyrroline-based nitroxide polymer is used as a positive electrode active material, examples of other electrode active materials include metal oxides, disulfide compounds, other stable radical compounds, and conductive polymers.

前記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。Examples of the metal oxide include lithium manganate such as LiMnO 2 and Li x Mn 2 O 4 (0 <x <2), lithium manganate having a spinel structure, MnO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , or Li y V 2 O 5 (0 <y <2), olivine-based material LiFePO 4 , materials obtained by substituting a part of Mn in the spinel structure with other transition metals, 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 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.

前記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.

前記他の安定ラジカル化合物としては、ポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジノキシメタクリレート)等が挙げられる。 Examples of the other stable radical compound include poly (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinoxymethacrylate) and the like.

前記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.

これらの中では、マンガン酸リチウムおよびLiCoOが好適に用いられる。これら他の電極活物質は、1種単独を前記ピロリン系ニトロキシド重合体と組み合わせてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。Among these, lithium manganate and LiCoO 2 are preferably used. These other electrode active materials may be used alone or in combination with the pyrroline nitroxide polymer, or may be used in combination of two or more.

前記ピロリン系ニトロキシド重合体を負極の電極活物質に用いる場合、他の電極活物質としては、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、他の安定ラジカル化合物および導電性高分子等を挙げることができる。 When the pyrroline-based nitroxide polymer is used as an electrode active material for a negative electrode, other electrode active materials include graphite, amorphous carbon, metallic lithium and lithium alloy, lithium ion storage carbon, metallic sodium, and other stable radical compounds. And conductive polymers.

他の安定ラジカル化合物としては、ポリ(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジノキシメタクリレート)等が挙げられる。 Other stable radical compounds include poly (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinoxymethacrylate) and the like.

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。なお、これらの形状としては特に限定されず、薄膜状のもの、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よい。これら他の電極活物質は、1種単独を前記ピロリン系ニトロキシド重合体と組み合わせてもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Among these, it is preferable to combine with metallic lithium or graphite. These shapes are not particularly limited, and may be a thin film, a bulk, a powder, a fiber, a flake, or the like. These other electrode active materials may be used alone or in combination with the pyrroline nitroxide polymer, or may be used in combination of two or more.

本発明において、エネルギー密度の観点から、前記ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極活物質は、正極の電極活物質として用いるのが好ましく、前記ピロリン系ニトロキシド重合体を前記他の電極活物質と組み合わせることなく単独で用いるのがより好ましい。また、このときの負極の電極活物質としては、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 present invention, from the viewpoint of energy density, the electrode active material containing the pyrroline nitroxide polymer is preferably used as a positive electrode active material, and the pyrroline nitroxide polymer is combined with the other electrode active material. More preferably, it is used alone. Moreover, it is preferable to use metallic lithium or graphite as the electrode active material of the negative electrode at this time.

(2)導電付与剤(補助導電材)およびイオン伝導補助材
前記ピロリン系ニトロキシド重合体を電極活物質として使用する場合、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤(補助導電材)やイオン伝導補助材を混合させてもよい。
(2) Conductivity imparting agent (auxiliary conductive material) and ion conductivity assisting material When the pyrroline-based nitroxide polymer is used as an electrode active material, the conductivity imparting agent is used for the purpose of reducing impedance and improving energy density and output characteristics. (Auxiliary conductive material) or ion conduction auxiliary material may be mixed.

前記補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。
また、前記イオン伝導補助材としては、高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。これらの中でも、炭素繊維が好適に用いられ、中でも気相成長炭素繊維がより好適に用いられる。炭素繊維を用いることにより、電極の引張り強度がより大きくなり、電極にひびが入ったり剥がれたりすることが少なくなる。これら補助導電材やイオン伝導補助材は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
前記補助導電材やイオン伝導補助材を用いる場合、電極中における混合割合としては、10〜80質量%が好ましい。
Examples of the auxiliary conductive material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, carbon fibers such as vapor grown carbon fiber (VGCF) and carbon nanotubes, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. Molecule.
Examples of the ion conduction auxiliary material include polymer gel electrolytes and polymer solid electrolytes. Among these, carbon fibers are preferably used, and vapor-grown carbon fibers are more preferably used. By using carbon fiber, the tensile strength of the electrode is increased, and the electrode is less likely to crack or peel off. These auxiliary conductive materials and ion conductive auxiliary materials may be used alone or in combination of two or more.
When the auxiliary conductive material or the ion conductive auxiliary material is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 10 to 80% by mass.

(3)結着剤
前記電極活物質では、各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を混合させてもよい。
前記結着剤としては、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ーが挙げられる。これら結着剤は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
前記結着剤を用いる場合、電極中の混合割合としては、5〜30質量%が好ましい。
(3) Binder In the electrode active material, a binder may be mixed in order to strengthen the bond between the constituent materials.
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, polypropylene, polyethylene, and polyimide. And resin binders such as various polyurethanes. These binders may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
When using the said binder, as a mixing ratio in an electrode, 5-30 mass% is preferable.

(4)増粘剤
前記電極活物質を形成させるためのスラリーを作製しやすくするために、増粘剤を混合させてもよい。
前記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、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。これら増粘剤は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
前記増粘剤を用いる場合、電極中の混合割合としては、0.1〜5質量%が好ましい。
(4) Thickener In order to make it easy to produce a slurry for forming the electrode active material, a thickener may be mixed.
Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose, polypropylene oxide, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, hydroxyethyl polyacrylate, ammonium polyacrylate, and sodium polyacrylate. . These thickeners may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
When using the said thickener, 0.1-5 mass% is preferable as a mixing ratio in an electrode.

(5)触媒
前記電極活物質において、電極反応をより円滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を混合させてもよい。
前記触媒としては、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。これら触媒は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
前記触媒を用いる場合、電極中の混合割合としては、10質量%以下が好ましい。
(5) Catalyst In the electrode active material, in order to perform the electrode reaction more smoothly, a catalyst that assists the oxidation-reduction reaction may be mixed.
Examples of the catalyst 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. . These catalysts may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
When the catalyst is used, the mixing ratio in the electrode is preferably 10% by mass or less.

本発明に係る電池は、電解液を有する。
本発明に係る電池において、電解液は、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。前記電解液としては、例えば、電解質塩を溶媒に溶解した電解液を用いることができる。
The battery according to the present invention has an electrolytic solution.
In the battery according to the present invention, the electrolytic solution performs charge carrier transport between the negative electrode and the positive electrode, and generally has an ionic conductivity of 10 −5 to 10 −1 S / cm at 20 ° C. Preferably it is. As the electrolytic solution, for example, an electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a solvent can be used.

前記電解質塩としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、Li(CFSON、Li(CSON、Li(CFSOC、Li(CSOC等の従来公知の材料を挙げることができる。これら電解質塩は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
前記溶媒としては、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挙げることができる。これら溶媒は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上を併用してもよい。
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 ) Conventionally known materials such as 3 C and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C can be mentioned. These electrolyte salts may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl. An organic solvent such as -2-pyrrolidone can be mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

前記電解液は、ポリエチレングリコール類を含有する。前記ポリエチレングリコール類は、電気化学的に安定な樹脂である。 The electrolytic solution contains polyethylene glycols. The polyethylene glycols are electrochemically stable resins.

前記ポリエチレングリコール類としては、ポリエチレングリコール及びこれらの誘導体が挙げられ、例えば、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルメチルカルボン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテルエタンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸モノグリセライド、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレンラノリンアルコールエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸モノエステル、ポリエチレングリコール脂肪酸ジエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルおよびポリオキシエチレンアセチレングリコール、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。 Examples of the polyethylene glycols include polyethylene glycol and derivatives thereof, such as polyethylene glycol, sodium polyoxyethylene alkylphenyl ether alkylbenzene sulfonate, sodium polyoxyethylene alkyl ether sulfate, sodium polyoxyethylene alkyl ether methylcarboxylate. , Sodium polyoxyethylene alkyl ether ethanesulfonate, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyethylene fatty acid monoglyceride, polyoxyethylene sorbitol fatty acid partial ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid partial ester, polyoxyethylene lanolin Alcohol ether, polyethylene glycol fat Acid monoesters, polyethylene glycol fatty acid diesters, polyoxyethylene fatty amines, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, and polyoxyethylene acetylene glycol, polyethylene oxide, and the like.

上述したポリエチレングリコール類の中では、工業的に入手が容易で、安価であり、高い効果が得られる観点から、ポリエチレングリコールおよびポリエチレンオキシドが好ましく、ポリエチレングリコールがより好ましい。 Among the above-mentioned polyethylene glycols, polyethylene glycol and polyethylene oxide are preferable, and polyethylene glycol is more preferable from the viewpoint of being easily available industrially, inexpensive, and obtaining a high effect.

前記ポリエチレングリコール類は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The polyethylene glycols may be used alone or in combination of two or more.

前記ポリエチレングリコール類の数平均分子量は、通常500〜500,000であることが好ましく、より好ましくは1,000〜50,000、さらに好ましくは2,000〜40,000、特に好ましくは5,000〜20,000である。数平均分子量が500未満の場合は、ピロリン系ニトロキシド重合体との親和性に劣り、ピロリン系ニトロキシド重合体の電解液への溶解性が高まるために、十分な効果が得られないことがある。一方、数平均分子量が500,000を超える場合には、電解液への溶解性が低下し、また電解液の粘度が増大し、得られる電池の酸化還元波が小さくなるおそれや、繰り返して使用した際に、容量が低下するおそれがある。
なお、本発明での数平均分子量とは、高速液体クロマトグラフィーにより測定し、分子量既値のポリスチレンに換算した値をいう。
The number average molecular weight of the polyethylene glycols is usually preferably 500 to 500,000, more preferably 1,000 to 50,000, still more preferably 2,000 to 40,000, and particularly preferably 5,000. ~ 20,000. When the number average molecular weight is less than 500, the affinity with the pyrroline nitroxide polymer is inferior and the solubility of the pyrroline nitroxide polymer in the electrolytic solution is increased, so that a sufficient effect may not be obtained. On the other hand, when the number average molecular weight exceeds 500,000, the solubility in the electrolytic solution is decreased, the viscosity of the electrolytic solution is increased, and the oxidation-reduction wave of the obtained battery may be reduced, or it may be used repeatedly. When doing so, the capacity may be reduced.
In addition, the number average molecular weight in this invention means the value measured by the high performance liquid chromatography and converted into polystyrene of the molecular weight existing value.

前記ポリエチレングリコール類の使用量は、ポリエチレングリコール類の分子量によって適宜調整することができるが、前記電解液100質量部に対して0.05〜30質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。前記ポリエチレングリコール類の使用量が0.05質量部未満の場合、ピロリン系ニトロキシド重合体の電解液への溶出を抑制する効果が低下するおそれがある。また、前記ポリエチレングリコール類の使用量が30質量部を超える場合、使用量に見合う効果がなく経済的ではない。また、電解液粘度が増大することで、電池特性が低下するおそれがある。 The amount of the polyethylene glycol used can be appropriately adjusted according to the molecular weight of the polyethylene glycol, but is preferably 0.05 to 30 parts by mass, and 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrolytic solution. More preferred. When the amount of the polyethylene glycol used is less than 0.05 parts by mass, the effect of suppressing elution of the pyrroline nitroxide polymer into the electrolytic solution may be reduced. Moreover, when the usage-amount of the said polyethyleneglycol exceeds 30 mass parts, there is no effect corresponding to a usage-amount and it is not economical. Moreover, there exists a possibility that a battery characteristic may fall because electrolyte solution viscosity increases.

また、電解液には、前記ポリエチレングリコール類とは別に高分子化合物を添加してもよい。
前記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ロニトリル系重合体;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等が挙げられる。
In addition to the polyethylene glycols, a polymer compound may be added to the electrolytic solution.
Examples of the polymer compound include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer. Polymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-based polymer such as 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, acryloni Lil - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer; and polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymer, polymer and the like of these acrylates body or methacrylate products thereof.

前記電解液を製造する方法としては特に限定されないが、例えば、前記電解液をホモミキサーなどの攪拌機を用いて混合しながら、前記ポリエチレングリコール類を添加する方法等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a method to manufacture the said electrolyte solution, For example, the method etc. which add the said polyethyleneglycol, mixing the said electrolyte solution using stirrers, such as a homomixer, etc. are mentioned.

本発明に係る電池は、前記電極、電解液に加えて、集電体およびセパレータを有することが好ましい。特に、前記集電体およびセパレータは、電極活物質に接触させて用いることが好ましい。
前記電極活物質に接触させて用いられる集電体としては、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、炭素等が挙げられ、箔、金属平板、メッシュ状等の形状のものを用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
一方、セパレータとしては、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等を挙げることができる。
The battery according to the present invention preferably includes a current collector and a separator in addition to the electrode and the electrolytic solution. In particular, the current collector and the separator are preferably used in contact with an electrode active material.
Examples of the current collector used in contact with the electrode active material include nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, stainless steel, carbon, etc., and those having a shape such as a foil, a metal flat plate, and a mesh shape. Can be used. Further, the current collector may have a catalytic effect, or the electrode active material and the current collector may be chemically bonded.
On the other hand, examples of the separator include porous films and nonwoven fabrics made of polyethylene, polypropylene, and the like.

本発明に係る電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。例えば、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等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、およびシート型等が挙げられる。 The shape of the battery according to the present invention is not particularly limited, and a conventionally known battery can be used. For example, an electrode laminate or a wound body is sealed with a metal case, a resin case, or a laminate film composed of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film, etc. Examples include molds and sheet molds.

図1に本発明に係る電池の実施形態の一例を示す。図1に示す電池は、正極5と負極3とを、電解液を含有するセパレータ4を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極5に正極集電体6を重ね合わせた構成となっている。これらは負極側のステンレス外装1と正極側のステンレス外装1とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン2が配置される。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of a battery according to the present invention. The battery shown in FIG. 1 has a configuration in which a positive electrode 5 and a negative electrode 3 are stacked so as to face each other with a separator 4 containing an electrolytic solution, and a positive electrode current collector 6 is further stacked on the positive electrode 5. . These are externally covered with a stainless steel exterior 1 on the negative electrode side and a stainless steel exterior 1 on the positive electrode side, and an insulating packing 2 made of an insulating material such as a plastic resin is disposed between them for the purpose of preventing electrical contact therebetween. .

本発明に係る電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。例えば、前記ピロリン系ニトロキシド重合体物を含有する電極活物質、導電付与剤等に溶媒を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶媒を揮発させることにより電極を作製し、さらにこの電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミン系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素系溶媒;クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン等のアルキルケトン系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド、水等が挙げられる。また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤等を乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。 The battery manufacturing method according to the present invention is not particularly limited, and a method appropriately selected according to the material can be used. For example, an electrode is prepared by adding a solvent to the electrode active material containing the pyrroline-based nitroxide polymer, a conductivity-imparting agent, etc., and applying it to the electrode current collector, and volatilizing the solvent at room temperature or heating. Further, this electrode is laminated or wound with a counter electrode and a separator in between, wrapped in an outer package, and sealed by injecting an electrolytic solution. Solvents for slurrying include ether solvents such as tetrahydrofuran, diethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether and dioxane; amine solvents such as N, N-dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone; benzene, toluene and xylene Aromatic hydrocarbon solvents such as hexane, heptane, etc .; Halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, trichloroethane, carbon tetrachloride; Alkyl ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone Alcoholic solvents such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; dimethyl sulfoxide, water and the like. In addition, as an electrode manufacturing method, there is a method in which an electrode active material, a conductivity-imparting agent, and the like are kneaded in a dry manner and then thinned and laminated on an electrode current collector.

本発明によると、電解液中にポリエチレングリコール類を添加することにより、ピロリン系ニトロキシド重合体の電解液への溶出を抑制し、その結果、電池特性を長期に渡って維持することが可能な電池を提供することができる。その機構は明確ではないが、ピロリン系ニトロキシド重合体との親和性に優れるポリエチレングリコール類が電極の表面を保護するためであると考えられる。 According to the present invention, by adding polyethylene glycols to the electrolytic solution, the elution of the pyrroline nitroxide polymer into the electrolytic solution is suppressed, and as a result, the battery characteristics can be maintained over a long period of time. Can be provided. Although the mechanism is not clear, it is considered that polyethylene glycols having excellent affinity with the pyrroline nitroxide polymer protect the surface of the electrode.

本発明に係る電池の実施形態の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of embodiment of the battery which concerns on this invention.

以下に、製造例、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら製造例、実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be specifically described below with reference to production examples and examples, but the present invention is not limited to these production examples and examples.

[製造例1]
(ピロリン系ニトロキシド化合物の製造)
撹拌機、温度計、還流冷却管および流量計を備えた100mL容の4つ口フラスコに、3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1.17gおよび10重量%水酸化ナトリウム水溶液16.8mLを仕込み、懸濁させ、100℃にて2時間保持した。その後、適量の希塩酸を加えて中和し、黄色溶液を得た。これにジエチルエーテル50mLを加えて抽出した後、濃縮することにより、黄色結晶の3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1.12gを得た。
[Production Example 1]
(Production of pyrroline-based nitroxide compounds)
To a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser and flow meter was added 1.17 g and 10 wt% 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl. An aqueous sodium hydroxide solution (16.8 mL) was charged, suspended, and held at 100 ° C. for 2 hours. Thereafter, an appropriate amount of dilute hydrochloric acid was added for neutralization to obtain a yellow solution. This was extracted with 50 mL of diethyl ether, and concentrated to obtain 1.12 g of 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl as yellow crystals.

得られた3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):3300,2500,1707cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):184
The obtained 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 3300, 2500, 1707 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 184

得られた3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1gを、撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および還流冷却管を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した100mL容の4つ口フラスコに仕込み、ベンゼン12mL/ピリジン0.44mLの混合溶媒を加えて溶解させた。
次に、アルゴン雰囲気下、5℃に冷却し、塩化チオニル0.44mL/ベンゼン2mLを加え、1時間撹拌した後、溶媒を留去し、THF10mLを加えて溶解させた。
その後、−78℃に冷却し、同温度で1mol/L水素化リチウムアルミニウム−tert−ブトキシドTHF溶液10mLを2時間かけて滴下した。
次いで、酢酸エチル50mLを用いて抽出した後、濃縮することにより、黄色結晶の3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.44gを得た。
The obtained 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl (1 g) was equipped with a stirrer, an argon gas introduction tube, a thermometer and a reflux condenser, and was previously substituted with argon gas in a volume of 100 mL. Were mixed and dissolved by adding a mixed solvent of benzene 12 mL / pyridine 0.44 mL.
Next, it was cooled to 5 ° C. in an argon atmosphere, 0.44 mL of thionyl chloride / 2 mL of benzene was added and stirred for 1 hour, and then the solvent was distilled off, and 10 mL of THF was added and dissolved.
Then, it cooled to -78 degreeC and 10 mL of 1 mol / L lithium aluminum hydride-tert-butoxide THF solution was dripped at the same temperature over 2 hours.
Subsequently, extraction was performed using 50 mL of ethyl acetate, followed by concentration to obtain 0.44 g of 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl as yellow crystals.

得られた3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):2834,2736,1688cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):168
The obtained 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 2834, 2736, 1688 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 168

次に、撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および還流冷却管を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した100mL容の4つ口フラスコに、水素化ナトリウム125mgおよびジメチルスルホキシド2mLを仕込み、アルゴンガス雰囲気下、65℃で1時間撹拌した。
その後、THF2.5mLを加えた後、食塩氷浴により−10℃に冷却し、同温度でトリメチルスルホニウムヨージド0.64g/ジメチルスルホキシド溶液2.5mLを加え、5分間撹拌した。
これに前記3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.44g/THF溶液1mLを−10℃にて30分かけて滴下し、さらに室温で2時間撹拌した。
次いで、酢酸エチル50mLを用いて抽出した後、濃縮することにより、一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物のうちnが0である3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルの燈色液体0.34gを得た。
Next, 125 mg of sodium hydride and 2 mL of dimethyl sulfoxide were charged into a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer, an argon gas introduction tube, a thermometer, and a reflux condenser and previously substituted with argon gas, And stirred at 65 ° C. for 1 hour.
Thereafter, 2.5 mL of THF was added, and the mixture was cooled to −10 ° C. with a salt ice bath. At the same temperature, 0.64 g of a trimethylsulfonium iodide / 2.5 mL of dimethylsulfoxide solution was added, and the mixture was stirred for 5 minutes.
The 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl 0.44 g / THF solution 1 mL was added dropwise at -10 ° C over 30 minutes, and the mixture was further stirred at room temperature for 2 hours.
Next, after extracting with 50 mL of ethyl acetate and concentrating, 3-oxiranyl-2,2,5,5-tetra in which n is 0 among the pyrroline nitroxide compounds represented by the general formula (1) 0.34 g of an amber liquid of methylpyrroline-1-oxyl was obtained.

得られた3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
H NMR(CDCl):5.49,3.27,2.93,2.64,1.35,1.30,1.24,1.22ppm
13C NMR(CDCl):142.0,129.0,70.2,68.0,49.2,47.5,25.7,25.2,25.0,24.4ppm
IR(KBr):1249,932,846cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):182
The obtained 3-oxiranyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
1 H NMR (CDCl 3 ): 5.49, 3.27, 2.93, 2.64, 1.35, 1.30, 1.24, 1.22 ppm
13 C NMR (CDCl 3 ): 142.0, 129.0, 70.2, 68.0, 49.2, 47.5, 25.7, 25.2, 25.0, 24.4 ppm
IR (KBr): 1249, 932, 846 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 182

(ピロリン系ニトロキシド重合体の製造)
撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および還流冷却管を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した5mL容の4つ口フラスコに、ジエチル亜鉛の1mol/Lヘキサン溶液2mL(ジエチル亜鉛0.25g)を仕込み、−78℃に冷却後、水36μLを加え、室温にもどして1時間反応させることにより、重合開始剤としての黄色液体のジエチル亜鉛/水系開始剤を製造した。
次に、撹拌機、アルゴンガス導入管、温度計および還流冷却管を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した5mL容の4つ口フラスコに、前記ピロリン系ニトロキシド化合物の製造と同様にして得られた3−オキシラニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.18g(1ミリモル)を仕込み、前記ジエチル亜鉛/水系開始剤0.2mLを加えた後、アルゴンガス雰囲気下、室温にて48時間重合反応させた。その後、適量のメタノールを添加して反応を停止させた後、反応液をヘキサン50mL中に加え、ろ過した後、ヘキサン10mLで洗浄し、減圧乾燥することにより燈色固体のピロリン系ニトロキシド重合体0.03gを得た(収率15%)。
得られたピロリン系ニトロキシド重合体について、数平均分子量を測定したところ、180,000であった。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー株式会社製、商品名:HLC−8020)を用いて、LiBr(0.01mol/L)を含むN,N−ジメチルホルムアミド中30℃にて測定し、標準ポリスチレンを基準にして算出した。
(Manufacture of pyrroline nitroxide polymer)
A 5 mL 4-neck flask equipped with a stirrer, argon gas introduction tube, thermometer, and reflux condenser and charged with argon gas in advance was charged with 2 mL of 1 mol / L hexane solution of diethyl zinc (0.25 g of diethyl zinc). After cooling to −78 ° C., 36 μL of water was added, and the mixture was returned to room temperature and reacted for 1 hour to produce a yellow liquid diethylzinc / water-based initiator as a polymerization initiator.
Next, a 3 mL 4-neck flask equipped with a stirrer, an argon gas introduction tube, a thermometer, and a reflux condenser and previously substituted with argon gas was obtained in the same manner as in the production of the pyrroline nitroxide compound. -0.18 g (1 mmol) of oxiranyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl was added, 0.2 mL of the diethyl zinc / water-based initiator was added, and the mixture was brought to room temperature under an argon gas atmosphere. For 48 hours. Thereafter, an appropriate amount of methanol was added to stop the reaction, and then the reaction solution was added to 50 mL of hexane, filtered, washed with 10 mL of hexane, and dried under reduced pressure to obtain an amber solid pyrroline nitroxide polymer 0. 0.03 g was obtained (15% yield).
The number average molecular weight of the obtained pyrroline nitroxide polymer was measured and found to be 180,000. The number average molecular weight is 30 ° C in N, N-dimethylformamide containing LiBr (0.01 mol / L) using gel permeation chromatography (trade name: HLC-8020, manufactured by Tosoh Corporation). Measured and calculated with reference to standard polystyrene.

[製造例2]
(ピロリン系ニトロキシド化合物の製造)
撹拌機、温度計、還流冷却管および流量計を備えた100mL容の4つ口フラスコに、3−カルバモイル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1.17gおよび10重量%水酸化ナトリウム水溶液16.8mLを仕込み、懸濁させ、100℃にて2時間保持した。その後、適量の希塩酸を加えて中和し、黄色溶液を得た。これにジエチルエーテル50mLを加えて抽出した後、濃縮することにより、黄色結晶の3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1.12gを得た。
得られた3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):3300,2500,1707cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):184
[Production Example 2]
(Production of pyrroline-based nitroxide compounds)
To a 100 mL four-necked flask equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser and flow meter was added 1.17 g and 10 wt% 3-carbamoyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl. An aqueous sodium hydroxide solution (16.8 mL) was charged, suspended, and held at 100 ° C. for 2 hours. Thereafter, an appropriate amount of dilute hydrochloric acid was added for neutralization to obtain a yellow solution. This was extracted with 50 mL of diethyl ether, and concentrated to obtain 1.12 g of 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl as yellow crystals.
The obtained 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 3300, 2500, 1707 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 184

得られた3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル1gを、撹拌機、アルゴンガス導入管および温度計を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した100mL容の4つ口フラスコに仕込み、ベンゼン12mL/ピリジン0.44mLの混合溶媒を加えて溶解させた。次に、アルゴン雰囲気下、5℃に冷却し、塩化チオニル0.44mL/ベンゼン2mLを加え、1時間撹拌した後、溶媒を留去し、THF10mLを加えて溶解させた。その後、−78℃に冷却し、同温度で1mol/L水素化リチウムアルミニウム−tert−ブトキシドTHF溶液5.4mLを2時間かけて滴下した。次いで、酢酸エチル50mLを用いて抽出した後、濃縮することにより、黄色結晶の3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.44gを得た。
得られた3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
IR(KBr):2834,2736,1688cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):168
4 mL of 100 mL capacity obtained by replacing 1 g of the obtained 3-carboxy-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl with a stirrer, an argon gas introduction tube and a thermometer and previously substituted with argon gas The flask was charged and dissolved by adding a mixed solvent of 12 mL of benzene / 0.44 mL of pyridine. Next, it was cooled to 5 ° C. in an argon atmosphere, 0.44 mL of thionyl chloride / 2 mL of benzene was added and stirred for 1 hour, and then the solvent was distilled off, and 10 mL of THF was added and dissolved. Thereafter, the mixture was cooled to −78 ° C., and 5.4 mL of a 1 mol / L lithium aluminum hydride-tert-butoxide THF solution was added dropwise at the same temperature over 2 hours. Subsequently, extraction was performed using 50 mL of ethyl acetate, followed by concentration to obtain 0.44 g of 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl as yellow crystals.
The obtained 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
IR (KBr): 2834, 2736, 1688 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 168

次に、撹拌機、アルゴンガス導入管および温度計を備え、あらかじめアルゴンガスで置換した100mL容の4つ口フラスコに、0℃にて、メチルトリホスホニウムブロミド3.19g、炭酸カリウム1.36g、テトラヒドロフラン8.4mLを仕込み、溶解させ、30分間保持した。その後、3−ホルミル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.50g/テトラヒドロフラン2.3mLを加え、25℃にて48時間攪拌した後、ジエチルエーテル50mLを加えて抽出した後、濃縮することにより、式(2)で表される3−ビニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルの橙色液体0.23gを得た。
得られた3−ビニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシルは、下記の物性を有することから同定することができた。
H NMR(CDCl):6.16,5.60,5.41,5.11,1.39,1.25ppm
13C NMR(CDCl):131.3,130.2,115.1,113.7,69.8,67.3,25.3,24.6ppm
IR(KBr):2974,1635,1593cm−1
分子量(大気圧イオン化法による質量分析):166
Next, in a 100 mL four-neck flask equipped with a stirrer, an argon gas introduction tube and a thermometer and previously substituted with argon gas, at 0 ° C., 3.19 g of methyltriphosphonium bromide, 1.36 g of potassium carbonate, Tetrahydrofuran (8.4 mL) was charged, dissolved, and held for 30 minutes. Thereafter, 0.50 g of 3-formyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl / 2.3 mL of tetrahydrofuran was added and stirred at 25 ° C. for 48 hours, followed by extraction with 50 mL of diethyl ether. Thereafter, by concentration, 0.23 g of an orange liquid of 3-vinyl-2,2,5,5-tetramethylpyrrolin-1-oxyl represented by the formula (2) was obtained.
The obtained 3-vinyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1-oxyl could be identified from the following physical properties.
1 H NMR (CDCl 3 ): 6.16, 5.60, 5.41, 5.11, 1.39, 1.25 ppm
13 C NMR (CDCl 3 ): 131.3, 130.2, 115.1, 113.7, 69.8, 67.3, 25.3, 24.6 ppm
IR (KBr): 2974, 1635, 1593 cm −1
Molecular weight (mass spectrometry by atmospheric pressure ionization method): 166

(ピロリン系ニトロキシド重合体の製造)
撹拌機およびアルゴンガス導入管を備えた5mL容のナス型フラスコに、前記ピロリン系ニトロキシド化合物の製造と同様にして得られた3−ビニル−2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル0.17g(1ミリモル)を仕込み、25℃に保ちながら、アルゴンガスを通じて反応系内の酸素を除去した。次に、重合開始剤としてのシクロペンタジエニルチタニウム(IV)トリクロリド0.13mg(0.0006ミリモル)、メチルアルミノキサン11.25mg(0.194ミリモル)を加えて、アルゴンガス雰囲気下、25℃で撹拌下22時間重合反応させた後、適量のメタノールを添加して反応を停止させた。反応終了後、ヘキサン50mL中に加え、ろ過した後、ヘキサン10mLで洗浄し、減圧乾燥することにより薄茶色のピロリン系ニトロキシド重合体0.02gを得た(収率11%)。
得られたピロリン系ニトロキシド重合体について、数平均分子量を測定したところ、26,000であった。なお、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製)を用いて、LiBr(0.01mol/L)を含むN,N−ジメチルホルムアミド中30℃にて測定し、標準ポリスチレンを基準にして算出した。
(Manufacture of pyrroline nitroxide polymer)
3-vinyl-2,2,5,5-tetramethylpyrroline-1- obtained in the same manner as in the production of the pyrroline nitroxide compound in a 5 mL eggplant type flask equipped with a stirrer and an argon gas introduction tube. 0.17 g (1 mmol) of oxyl was charged, and while maintaining the temperature at 25 ° C., oxygen in the reaction system was removed through argon gas. Next, 0.13 mg (0.0006 mmol) of cyclopentadienyltitanium (IV) trichloride as a polymerization initiator and 11.25 mg (0.194 mmol) of methylaluminoxane were added, and the reaction was performed at 25 ° C. under an argon gas atmosphere. After the polymerization reaction for 22 hours under stirring, an appropriate amount of methanol was added to stop the reaction. After completion of the reaction, the mixture was added to 50 mL of hexane, filtered, washed with 10 mL of hexane, and dried under reduced pressure to obtain 0.02 g of a light brown pyrroline nitroxide polymer (yield 11%).
It was 26,000 when the number average molecular weight was measured about the obtained pyrroline type | system | group nitroxide polymer. The number average molecular weight was measured at 30 ° C. in N, N-dimethylformamide containing LiBr (0.01 mol / L) using gel permeation chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation). Calculated with reference.

(参考例1)
ポリフッ化ビニリデン1.0gに対してN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)9.0gを加えて溶解し、ポリフッ化ビニリデン溶液を得た。
製造例1と同様にして得られたピロリン系ニトロキシド重合体0.3gおよびポリエチレングリコール0.015g(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量35,000)を加え、攪拌機を使用して均一になるまで攪拌してラジカル組成物を得た。
得られたラジカル組成物に、NMP3.0gとポリフッ化ビニリデン溶液3.0gとを加え、攪拌機を使用して均一になるまで攪拌してニトロキシド重合体分散液を得た。
その後、得られたニトロキシド重合体分散液に、補助導電材としてのグラファイト粉末2.4gを添加し、攪拌機にて均一になるまで攪拌して電極用インキを作成した。
得られた電極用インキをITO/ガラス電極基板上にキャストし、120℃、1時間減圧乾燥することにより、溶媒を除去し、電極上にフィルムを形成させることで、フィルム形成電極を作製した。
(Reference Example 1)
To 1.0 g of polyvinylidene fluoride, 9.0 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) was added and dissolved to obtain a polyvinylidene fluoride solution.
Add 0.3 g of pyrroline nitroxide polymer and 0.015 g of polyethylene glycol (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight 35,000) obtained in the same manner as in Production Example 1, and use a stirrer to make uniform. To obtain a radical composition.
To the obtained radical composition, 3.0 g of NMP and 3.0 g of a polyvinylidene fluoride solution were added and stirred using a stirrer until uniform to obtain a nitroxide polymer dispersion.
Thereafter, 2.4 g of graphite powder as an auxiliary conductive material was added to the obtained nitroxide polymer dispersion, and the mixture was stirred with a stirrer until uniform, thereby preparing an electrode ink.
The obtained ink for electrodes was cast on an ITO / glass electrode substrate and dried under reduced pressure at 120 ° C. for 1 hour to remove the solvent and form a film on the electrode, thereby producing a film-forming electrode.

得られたフィルム形成電極について、電気化学アナライザー(BAS株式会社製、商品名:ALSモデル600B電気化学アナライザー)により、予めポリエチレングリコール(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)を溶解(5質量%濃度)させたアセトニトリル中、過塩素酸テトラブチルアンモニウムを電解基質とし(0.1mol/L)、参照電極をAg/AgClとして、走査速度20mV/s、25℃にてCV曲線を測定した。
その結果、0.88Vにピロリン系ニトロキシド重合体に由来する酸化還元波が現れ、1000回掃引後にも酸化還元波に変化は認められなかった。
About the obtained film forming electrode, polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight ≈ 8,500 to 11, by an electrochemical analyzer (manufactured by BAS, trade name: ALS model 600B electrochemical analyzer). 500) in acetonitrile (concentration of 5% by mass), tetrabutylammonium perchlorate as an electrolytic substrate (0.1 mol / L), a reference electrode as Ag / AgCl, and a scanning speed of 20 mV / s at 25 ° C. CV curve was measured.
As a result, a redox wave derived from the pyrroline-based nitroxide polymer appeared at 0.88 V, and no change was observed in the redox wave even after 1000 sweeps.

(参考例2)
参考例1において、予めポリエチレングリコール(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)を溶解(5質量%濃度)させたアセトニトリルに変えて、アセトニトリル(ポリエチレングリコール無添加)を用いた以外は参考例1と同様にして、CV曲線を測定した。その結果、掃引と共に曲線が減衰した。
(Reference Example 2)
In Reference Example 1, in place of acetonitrile in which polyethylene glycol (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500) was dissolved (5% by mass concentration), acetonitrile (no addition of polyethylene glycol) was used. A CV curve was measured in the same manner as in Reference Example 1 except that was used. As a result, the curve attenuated with the sweep.

(実施例1)
(ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極活物質を用いた電池)
製造例1と同様にして得られたピロリン系ニトロキシド重合体0.01g、補助導電材としてのグラファイト粉末0.08gおよび結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン0.01gをそれぞれ量りとり、メノウ乳鉢を用いて混練した。10分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約150μmの薄膜とした。これを、真空中100℃で一晩乾燥した後、直径12mmの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は13.1mgであった。
次に、電解液として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1:1)1.95質量部に、ポリエチレングリコール(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)0.10質量部を添加し、ポリエチレングリコール含有の電解液を調製した。
次いで、上記により得られた電極を、前記ポリエチレングリコール含有の電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を含浸させた。その後、電解液を含浸させた電極を、正極集電体を兼ねたステンレス外装(かがつう株式会社製)上に置き、その上に同じく上記電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウムディスクを積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で負極側ステンレス外装(かがつう株式会社製)を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質として製造例1で得られたピロリン系ニトロキシド重合体を、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池を製造した。
Example 1
(Battery using electrode active material containing pyrroline nitroxide polymer)
Weigh 0.01 g of a pyrroline nitroxide polymer obtained in the same manner as in Production Example 1, 0.08 g of graphite powder as an auxiliary conductive material, and 0.01 g of polytetrafluoroethylene as a binder, and prepare an agate mortar. And kneaded. The mixture obtained by dry-mixing for about 10 minutes was subjected to roller stretching under pressure to obtain a thin film having a thickness of about 150 μm. This was dried overnight at 100 ° C. in a vacuum and then punched into a circle having a diameter of 12 mm to form a coin battery electrode. The mass of this electrode was 13.1 mg.
Next, polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd.) was added to 1.95 parts by mass of an ethylene carbonate / diethyl carbonate mixed solution (mixing volume ratio 1: 1) containing 1.0 mol / L LiPF 6 electrolyte salt as an electrolytic solution. (Number average molecular weight≈8,500 to 11,500) 0.10 parts by mass was added to prepare an electrolyte containing polyethylene glycol.
Next, the electrode obtained as described above was immersed in the electrolytic solution containing polyethylene glycol, and the voids in the electrode were impregnated with the electrolytic solution. Then, the electrode impregnated with the electrolytic solution is placed on a stainless steel sheath (manufactured by Kagatsu Co., Ltd.) that also serves as a positive electrode current collector, and a polypropylene porous film separator impregnated with the electrolytic solution is laminated thereon. did. Furthermore, the lithium disk used as a negative electrode was laminated | stacked, and the negative electrode side stainless steel exterior (made by Kagatsu Co., Ltd.) was piled up in the state which has arrange | positioned the insulating packing around. By applying pressure with a caulking machine, a sealed coin-type battery using the pyrroline nitroxide polymer obtained in Production Example 1 as the positive electrode active material and metallic lithium as the negative electrode active material was manufactured.

(実施例2)
ポリエチレングリコール0.10質量部に代えて、ポリエチレングリコール0.02質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 2)
A sealed coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.02 part by mass of polyethylene glycol was used instead of 0.10 part by mass of polyethylene glycol.

(実施例3)
ポリエチレングリコール0.10質量部に代えて、ポリエチレングリコール0.19質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 3)
A sealed coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.19 parts by mass of polyethylene glycol was used instead of 0.10 parts by mass of polyethylene glycol.

(実施例4)
ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)に代えて、ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒570〜630)を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 4)
Instead of 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500), 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈ A sealed coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 570 to 630) was used.

(実施例5)
ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)に代えて、ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒400,000)を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 5)
Instead of 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500), 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈ A sealed coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 400,000) was used.

(実施例6)
ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)に代えて、ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒285〜315)を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 6)
Instead of 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500), 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈ A sealed coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 285-315) was used.

(実施例7)
ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)に代えて、ポリエチレングリコール0.10質量部(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒900,000)を用いた以外は、実施例1と同様にして密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 7)
Instead of 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500), 0.10 parts by mass of polyethylene glycol (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈ A sealed coin-type battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 900,000) was used.

(実施例8)
製造例1と同様にして得られたピロリン系ニトロキシド重合体0.10gに代えて、製造例2と同様にして得られたピロリン系ニトロキシド重合体0.10gを用いた以外は、実施例1と同様にしてラジカル組成物および密閉型のコイン型電池を製造した。
(Example 8)
Example 1 except that 0.10 g of the pyrroline nitroxide polymer obtained in the same manner as in Production Example 2 was used instead of 0.10 g of the pyrroline nitroxide polymer obtained in the same manner as in Production Example 1. Similarly, a radical composition and a sealed coin-type battery were produced.

(比較例1)
実施例1において、ポリエチレングリコール(シグマアルドリッチジャパン株式会社製、数平均分子量≒8,500〜11,500)を含まない電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてコイン型電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a coin-type battery was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution not containing polyethylene glycol (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., number average molecular weight≈8,500 to 11,500) was used. did.

(評価)
(1)CV曲線測定
実施例および比較例で得られたコイン型電池について、電位掃引範囲3.2〜4.2Vでのサイクリックボルタモグラムを測定した。
その結果、実施例1〜5、8で得られたコイン型電池では、3.66Vにニトロキシドラジカルのp型レドックス由来の酸化還元波が現れ、繰り返し掃引しても酸化還元波は安定していた。
実施例6,7で得られたコイン型電池では、3.66Vにニトロキシドラジカルのp型レドックス由来の酸化還元波が現れ、繰り返し掃引した際に、実施例1〜5のものと比較して、酸化還元波が僅かに小さくなっていた。
比較例1で得られたコイン型電池では、3.66Vにニトロキシドラジカルのp型レドックス由来の酸化還元波が現れ、繰り返し掃引した際に、酸化還元波は観測されなくなった。
これは、電解液にニトロキシド重合体が溶出したことによるものと考えられる。
(Evaluation)
(1) CV curve measurement The cyclic voltammogram in the potential sweep range of 3.2 to 4.2 V was measured for the coin-type batteries obtained in the examples and comparative examples.
As a result, in the coin-type batteries obtained in Examples 1 to 5 and 8, a redox wave derived from the p-type redox of the nitroxide radical appeared at 3.66 V, and the redox wave was stable even after repeated sweeps. .
In the coin-type batteries obtained in Examples 6 and 7, an oxidation-reduction wave derived from the p-type redox of the nitroxide radical appears at 3.66 V, and when repeatedly swept, compared with those of Examples 1 to 5, The redox wave was slightly smaller.
In the coin-type battery obtained in Comparative Example 1, a redox wave derived from the p-type redox of the nitroxide radical appeared at 3.66 V, and no redox wave was observed when it was repeatedly swept.
This is considered to be due to the elution of the nitroxide polymer in the electrolytic solution.

(2)充放電曲線測定
実施例および比較例で得られたコイン型電池について、定電流0.1mA(電流密度150μA/cm)での充放電曲線を測定した。
その結果、実施例1〜5、8で得られたコイン型電池では、3.64Vにプラトー電位が現れ、2000サイクル後も顕著な容量低下は見られず、安定な充放電挙動を示した。
実施例6,7で得られたコイン型電池では、3.64Vにプラトー電位が現れ、2000サイクル後は、実施例1〜5のものと比較して、容量が僅かに小さくなっていた。
一方で、比較例1で得られたコイン型電池では、3.64Vにプラトー電位が現れたが、2000サイクル後には顕著な容量低下が認められた。
(2) Charging / discharging curve measurement About the coin-type battery obtained by the Example and the comparative example, the charging / discharging curve in constant current 0.1mA (current density 150 microampere / cm < 2 >) was measured.
As a result, in the coin-type batteries obtained in Examples 1 to 5 and 8, a plateau potential appeared at 3.64 V, and no significant capacity reduction was observed even after 2000 cycles, indicating a stable charge / discharge behavior.
In the coin-type batteries obtained in Examples 6 and 7, a plateau potential appeared at 3.64 V, and after 2000 cycles, the capacity was slightly smaller than those in Examples 1-5.
On the other hand, in the coin-type battery obtained in Comparative Example 1, a plateau potential appeared at 3.64 V, but a significant capacity decrease was observed after 2000 cycles.

Figure 2012133204
Figure 2012133204

本発明によれば、電極成分の電解液への溶出を抑制することが可能な電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery which can suppress the elution to the electrolyte solution of an electrode component can be provided.

1 ステンレス外装
2 絶縁パッキン
3 負極
4 セパレータ
5 正極
6 正極集電体

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stainless steel exterior 2 Insulation packing 3 Negative electrode 4 Separator 5 Positive electrode 6 Positive electrode collector

Claims (4)

ピロリン系ニトロキシド重合体を含有する電極および電解液を有する電池であって、前記電解液は、ポリエチレングリコール類を含有する電池。 A battery comprising an electrode containing a pyrroline-based nitroxide polymer and an electrolytic solution, wherein the electrolytic solution contains polyethylene glycols. ピロリン系ニトロキシド重合体が、下記一般式(1)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体である請求項1に記載の電池。
Figure 2012133204
式(1)中、nは0または1を表す。
The battery according to claim 1, wherein the pyrroline nitroxide polymer is a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (1).
Figure 2012133204
In formula (1), n represents 0 or 1.
ピロリン系ニトロキシド重合体が、下記一般式(2)で表されるピロリン系ニトロキシド化合物を重合して得られる重合体である請求項1に記載の電池。
Figure 2012133204
The battery according to claim 1, wherein the pyrroline nitroxide polymer is a polymer obtained by polymerizing a pyrroline nitroxide compound represented by the following general formula (2).
Figure 2012133204
ポリエチレングリコール類の使用量が、電解液100質量部に対して、0.05〜30質量部である請求項1に記載の電池。
The battery according to claim 1, wherein the amount of polyethylene glycol used is 0.05 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrolytic solution.
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