KR20030029482A - 전극 및 이를 이용한 전지 - Google Patents
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Abstract
전극 활성 물질로서 작용하며, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 전극. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 갖는 전극을 도입함으로써, 보다 높은 비밀도(specific density) 및 우수한 충전 및 방전 안정성의 신규 전지가 제공될 수 있다:
Description
본 발명은 전극 및 이 전극을 이용한 전지, 보다 구체적으로는 전극 활성 물질로서 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 화합물을 함유하는 전극 및 보다 높은 비밀도 (specific density) 및 우수한 충전 및 방전 안정성을 달성하기 위해 상기 화합물을 이용하는 전지에 관한 것이다.
전지는 양극 및 음극에서 발생하는 산화-환원 반응을 이용하여 화학 에너지를 전기 에너지로서 꺼내거나, 전기 에너지를 화학 에너지로 저장할 수 있고, 다양한 기구에 전원으로서 사용되는 장치이다.
최근, 이동식 전기 기구의 확산과 함께, 대용량의 경량 전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 수요를 충족시키기 위해, 단위 전하 당 질량이 작은 알칼리-금속 이온을 사용하는 전지가 개발되었다. 그 중에서, 특히 리튬-이온 전지가 그 안전성 및 대용량에 있어서의 우위로 다양한 이동식 기구에 사용된다. 리튬-이온 전지는 양극에 리튬을 활성 물질로서 함유하는 중금속 산화물, 음극에 활성 물질로서 탄소 전극을 각각 사용하고, 충전 및 방전은 이들 전극에서 리튬 이온의 삽입 및 제거 반응을 이용하여 수행된다.
그러나, 리튬-이온 전지가 특히 양극에서 활성 물질로서 큰 비중의 중금속 화합물을 사용하므로, 이는 충분한 전지 단위 질량 당 용량을 갖지 못하며, 고 에너지 밀도를 갖는 전지로서 작용할 수 없다는 문제가 있었다.
그러므로, 보다 작은 중량을 갖는 전극 물질을 사용하는 대용량 전지의 개발이 시도되었다. 예를 들면, 미국 특허 제 4,833,048 호 및 일본 특허 제 2,715,778 호는 양극에 활성 물질로서 디술파이드 결합을 갖는 유기 화합물을 사용하는 전지로, 디술파이드 결합의 형성 및 분해에 기초한 전기화학적 산화-환원 반응을 사용하는 전지를 개시하였다.
전지가 황, 탄소와 같이 보다 작은 질량을 갖는 원소를 함유하는 유기 화합물을 전극 물질로서 사용하므로, 이러한 물질은 고 에너지 밀도의 전지를 제공하는데 어느 정도까지는 효과적이나, 분해된 디술파이드 결합의 재결합 효율이 작고, 충전 및 방전 안정성이 충분하지 않다는 문제점이 있었다.
활성 물질로서 유기 화합물을 사용하는 전지, 즉, 전극 물질로서 전도성 중합체를 사용하는 전지가 제안되었다. 상기 전지는 전도성 중합체를 위한 전해질 이온의 도핑 및 반도핑(undoping) 반응에 의해 충전 및 방전을 수행한다. 여기에서 도핑 반응은, 전도성 중합체의 전기화학적 산화-환원 반응에 의해 발생된 하전된 솔리톤(soliton) 및 폴라론(polaron)과 같은 엑시톤(exciton)을 카운터이온에의해 안정화시키는 반응으로 정의된다. 한편, 반도핑 반응은 도핑 반응의 역 반응, 즉, 카운터 이온에 의해 안정화된 엑시톤을 전기화학적으로 산화 또는 환원시키는 반응으로 정의된다.
미국 특허 제 4,442,187 호는 전도성 중합체를 양극 물질 또는 음극 물질로서 사용하는 전지를 개시하였다. 전지의 전도성 중합체가 탄소, 질소와 같이 보다 작은 질량을 갖는 원소로 구성되므로, 대용량, 고 에너지 밀도를 갖는 전지의 개발이 기대되었다.
그러나, 전도성 중합체는 일반적으로 전기화학적 산화-환원 반응에 의해 발생된 엑시톤이 넓은 영역의 π-전자 공액계(conjugated system)에 걸쳐 비편재화되고, 상호작용하는 성질을 가져, 발생된 엑시톤의 농도를 제한하는 문제를 발생시키고, 따라서 전지의 용량에 제한을 가한다.
그러므로, 이러한 종류의 전도성 중합체를 전극 물질로서 사용하는 전지는 경량의 전지를 제조하는데는 효과적이었으나, 대용량의 전지 제조의 측면에서는 여전히 불충분하였다.
상기에 기술한 바와 같이, 중금속 산화물을 양극의 활성 물질로서 사용하는 리튬-이온 전지에 의해 현존하는 것보다 높은 에너지 밀도를 갖는 전지를 제조하는 것은 원칙적으로 불가능하다. 중 질량의 중금속 산화물 대신 경 질량 화합물을 전극의 활성물질로서 사용하는 전지에 대한 다양한 제안이 있어 왔으나, 우수한 안정성과 함께 고 에너지 밀도를 갖는 전지는 아직 수득하지 못하였다.
발명의 개요
그러므로, 보다 높은 비밀도 및 우수한 충전 및 방전 안정성을 갖는 전지 및 그러한 전지를 형성하는데 적합한 전극을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
발명자들은, 보다 작은 질량의 원자로 형성되었으면서도, 전극의 활성 물질로서 사용된 적이 없는 특수한 유기 화합물, 즉, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 특수한 화합물이 활성 물질로서 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 전극 활성 물질로서 작용하며, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전극을 제공한다:
[화학식 1]
[식 중, "n", "m", "n'" 및 "m'"은 독립적으로 0 이상의 정수를 표시하고; 디아진 고리 및 벤젠 고리의 축합 순서는 교대로, 또는 무작위로 있을 수 있고; 치환체 R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc및 Rd는 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실 기, 니트로 기, 니트로소 기, 시아노 기, 카르복실 기, 치환 또는 비치환 알킬 기, 치환, 또는 비치환 알케닐 기, 치환 또는 비치환 시클로알킬 기, 치환 또는 비치환 방향족 탄화수소 기, 치환 또는 비치환 방향족 헤테로시클릭 기, 치환 또는 비치환 아르알킬 기, 치환 또는 비치환 아미노 기, 치환 또는 비치환 알콕시 기, 치환 또는 비치환 아릴옥시 기, 치환 또는 비치환 아릴옥시카르보닐 기 또는 치환 또는 비치환 아실 기를 표시하고; "n"이 2 이상일 때, Ra및 Rb는 상호 동일하거나 상이할 수 있고; "n'"이 2 이상일 때, Rc및 Rd는 상호 동일하거나 상이할 수 있고; 이러한 치환체의 원자 중 하나 이상이, 황 원자, 규소 원자, 인 원자 또는 붕소 원자로 대체될 수 있고; 치환체를 이용하여 고리를 형성할 수 있다].
본 발명에 따라, 보다 높은 비밀도 및 충전 및 방전 시 우수한 안정성을 갖는 신규한 전지가 화학식 1의 화합물을 그 안에 도입함으로써 제공될 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적, 특색 및 장점이 하기 설명으로 보다 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 전지를 보여주는 절단투시도 (broken perspective view)이다.
본 발명의 바람직한 구현예
이제, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 보다 구체적으로 기술한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전지 11은, 마주보고 있는 캐소드(cathode) 12 및 애노드(anode) 13을 포함하고, 전해질을 함유하는 분리막(separator) 14가 끼여 있는 적재된(stacked) 구조를 갖는다. 캐소드 12 및 애노드 13은 각각, 캐소드 집전기(current collector) 15 및 애노드 집전기 16에 올려져 있다. 2개의 집전기 15, 16 사이에 프레임형(frame-like) 절연 패킹(packing) 17이 위치하여 그 사이의 전기적 접촉을 방지한다. 플라스틱 수지로 만들어진 절연 패킹 17은 양쪽 전극 12, 13 모두와 분리막 14를 감싼다. 고체 전해질 또는 겔 전해질이 분리막 대신 전극사이에 존재할 수 있다.
본 구현예에서, 캐소드 12 및/또는 애노드 13의 활성 물질은 화학식 1로 표시되는 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 화합물을 함유한다. 화합물은, 그 구조 단위의 일부 또는 전체 구조 단위가, R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc및 Rd로부터 선택된 2개의 치환체가 2개의 결합 전자를 갖는 2가 기로 대체된 2가 디아진 N,N'-디옥사이드 기를 포함하는 올리고머 또는 중합체 화합물로 대체될 수 있다. 이하에서, 화합물 및 올리고머 또는 중합체 화합물은 "디아진 N,N'-디옥사이드 화합물"로서 언급될 수 있다.
비용량 (specific capacity)의 관점에서, 본 발명의 전지는 바람직하게는 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물 및 리튬 이온을 각각, 캐소드 활성 물질 및 전해질 양이온으로서 함유하는 리튬 재충전가능 전지이다.
다음으로, 본 발명의 각각의 성분을 기술한다.
[1] 활성 물질
본 발명의 전극 활성 물질은 충전 및 방전과 같은 전극 반응에 직접적으로 기여하고, 전지 시스템의 주 역할을 하는 물질과 관계 있다.
[1-1] 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물
필수 활성 물질인 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 디아진 화합물 (화학식 1에서 "n+m+n'+m'=0" 만족), 폴리아센(polyacene) 화합물 (화학식 1에서 "n+m+n'+m'1" 만족) 및 폴리아센 화합물의 축합된 고리에 결합된 2가 기 구조 단위를 갖는 올리고머 또는 중합체 화합물 (화학식 1에서 "n+m+n'+m'2" 만족)을 포함한다. 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 이러한 화합물 중 하나, 또는 둘 이상의 화합물의 조합을 포함할 수 있다.
화학식 1 의 치환기 R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc및 Rd의 할로겐 원자에는, 불소, 염소, 브롬 및 요오드가 포함된다. 이 원자들 중 1 개의 원자 또는 조합된 2 개 이상의 원자들이 사용될 수 있다.
치환 또는 비치환 알킬기에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 히드록시메틸기, 1-히드록시에틸기, 2-히드록시에틸기, 2-히드록시이소부틸기, 1,2-디히드록시에틸기, 1,3-히드록시이소프로필기, 2,3-디히드록시-t-부틸기, 1,2,3-트리히드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1,2-클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, l,2,3-트리브로모프로필기, 요오도메틸기, 1-요오도에틸기, 2-요오도에틸기, 2-요오도이소부틸기, 1,2-디요오도에틸기, l,3-디요오도이소프로필기, 2,3-디요오도-t-부틸기, l,2,3-트리요오도프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, l,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, l,2-디시아노에틸기, l,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기 및 l,2,3-트리니트로프로필기가 포함된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기, 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 알케닐기에는, 비닐기, 알릴기, 1-부테닐기, 2-부테닐기, 3-부테닐기, 1,3-부탄디에닐기, 1-메틸비닐기, 스티릴기, 2,2-디페닐비닐기, 1,2-디페닐비닐기, 1-메틸알릴기, 1,1-디메틸알릴기, 2-메틸알릴기, 1-페닐알릴기, 2-페닐알릴기, 3-페닐알릴기, 3,3-디페닐알릴기, 1,2-디메틸알릴기, l-페닐-1-부테닐기 및 3-페닐-1-부테닐기가 포함된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 시클로알킬기의 예에는, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 및 4-메틸시클로헥실기가 포함된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 방향족 탄화수소기의 예에는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 9-플루오레닐기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프트아세닐기, 2-나프트아세닐기, 9-나프트아세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐릴기, 3-비페닐릴기, 4-비페닐릴기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸비페닐릴기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 및 이들의 유도체가 포함된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 방향족 복소환기의 예에는, 1-피롤릴기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인돌릴기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-이소인돌릴기, 2-이소인돌릴기, 3-이소인돌릴기, 4-이소인돌릴기, 5-이소인돌릴기, 6-이소인돌릴기, 7-이소인돌릴기, 2-푸릴기, 3-푸릴기, 2-벤조푸라닐기, 3-벤조푸라닐기, 4-벤조푸라닐기, 5-벤조푸라닐기, 6-벤조푸라닐기, 7-벤조푸라닐기, 1-이소벤조푸라닐기, 3-이소벤조푸라닐기, 4-이소벤조푸라닐기, 5-이소벤조푸라닐기, 6-이소벤조프라닐기, 7-이소벤조푸라닐기, 2-퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-이소퀴놀릴기, 3-이소퀴놀릴기, 4-이소퀴놀릴기, 5-이소퀴놀릴기, 6-이소퀴놀릴기, 7-이소퀴놀릴기, 8-이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살리닐기, 5-퀴녹살리닐기, 6-퀴녹살리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난트리디닐기, 2-페난트리디닐기, 3-페난트리디닐기, 4-페난트리디닐기, 6-페난트리디닐기, 7-페난트리디닐기, 8-페난트리디닐기, 9-페난트리디닐기, 10-페난트리디닐기, 1-아크리디닐기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, l,7-페난트롤린-2-일기, 1,7-페난트롤린-3-일기, 1, 7페난트롤린-4-일기, 1,7-페난트롤린-5-일기, 1,7-페난트롤린-6-일기, 1,7-페난트롤린-8-일기, 1,7-페난트롤린-9-일기, 1,7-페난트롤린-10-일기, 1,8-페난트롤린-2-일기, l,8-페난트롤린-3-일기, 1,8-페난트롤린-4-일기, 1,8-페난트롤린-5-일기, 1,8-페난트롤린-6-일기, 1,8-페난트롤린-7-일기, 1,8-페난트롤린-9-일기, 1,8-페난트롤린-10-일기, 1,9-페난트롤린-2-일기, 1,9-페난트롤린-3-일기, 1,9-페난트롤린-4-일기, 1,9-페난트롤린-5-일기, 1,9-페난트롤린-6-일기, 1,9-페난트롤린-7-기, l,9-페난트롤린-8-일기, 1,9-페난트롤린-10-일기, 1,10-페난트롤린-2-일기, 1,10-페난트롤린-3-일기, 1,10-페난트롤린-4-일기, 1,10-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-l-일기, 2,9-페난트롤린-3-일기, 2,9-페난트롤린-4-일기, 2,9-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-6-일기, 2,9-페난트롤린-7-일기, 2,9-페난트롤린-8-일기, 2,9-페난트롤린-10-일기, 2,8-페난트롤린-1-일기, 2,8-페난트롤린-3-일기, 2,8-페난트롤린-4-일기, 2,8-페난트롤린-5-일기, 2,8-페난트롤린-6-일기, 2,8-페난트롤린-7-일기, 2,8-페난트롤린-9-일기, 2,8-페난트롤린-l0-일기, 2,7-페난트롤린-1-일기, 2,7-페난트롤린-3-일기, 2,7-페난트롤린-4-일기, 2,7-페난트롤린-5-일기, 2, 7-페난트롤린-6-일기, 2,7-페난트롤린-8-일기, 2,7-페난트롤린-9-일기, 2,7-페난트롤린-10-일기, 1-페나지닐기, 2-페나지닐기, 1-페노티아지닐기, 2-페노티아지닐기, 3-페노티아지닐기, 4-페노티아지닐기, 10-페노티아지닐기, 1-페녹사지닐기, 2-페녹사지닐기, 3-페녹사지닐기, 4-페녹사지닐기, 10-페녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아졸릴기, 5-옥사디아졸릴기, 3-푸라자닐기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-부틸-1-인돌릴기, 4-t-부틸-1-인돌릴기, 2-t-부틸-3-인돌릴기, 4-t-부틸-3-인돌릴기, 및 이들의 유도체가 포함된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 아르알킬기의 예에는, 벤질기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 1-페닐이소프로필기, 2-페닐이소프로필기, 페닐-t-부틸기, α-나프틸메틸기, 1-α-나프틸에틸기, 2-α-나프틸에틸기, 1-α-나프틸이소프로필기, 2-α-나프틸이소프로필기, β-나프틸메틸기, 1-β-나프틸에틸기, 2-β-나프틸에틸기, 1-β-나프틸이소프로필기, 2-β-나프틸이소프로필기, 1-피롤릴메틸기, 2-(1-피롤릴)에틸기, p-메틸벤질기, m-메틸벤질기, o-메틸벤질기, p-클로로벤질기, m-클로로벤질기, o-클로로벤질기, p-브로모벤질기, m-브로모벤질기, o-브로모벤질기, p-요오도벤질기, m-요오도벤질기, o-요오도벤질기, p-히드록시벤질기, m-히드록시벤질기, o-히드록시벤질기, p-아미노벤질기, m-아미노벤질기, o-아미노벤질기, p-니트로벤질기, m-니트로벤질기, o-니트로벤질기, p-시아노벤질기, m-시아노벤질기, o-시아노벤질기, 1-히드록시-2-페닐이소프로필기 및 1-클로로-2-페닐이소프로필기가 포함되고, 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 아미노기는 -NX1X2(식 중, X1및 X2는 각기 독립적으로 수소 원자, 상기 치환 또는 비치환 알킬기, 상기 치환 또는 비치환 알케닐기, 상기 치환 또는 비치환 시클로알킬기, 상기 치환 또는 비치환 방향족 탄화수소기, 상기 치환 또는 비치환 방향족 복소환기, 및 상기 치환 또는 비치환 아르알킬기를 나타낸다) 로 표시된다. 상기 화합물은 이 기들 중 1 개의 기 또는 조합된 2 개 이상의 기들을 포함할 수 있다.
치환 또는 비치환 알콕시기 또는 치환 또는 비치환 알콕시카르보닐기는 각기 -OX3및 -COOX4로 나타낸다.
치환체 X3및 X4의 예로는, 상기 언급한 치환되거나 치환되지 않은 알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 시클로알킬기 및 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬기가 포함된다. 상기 화합물은 이들 기 중 하나, 또는 두 개 이상의 조합된 기를 함유할 수 있다.
치환되거나 치환되지 않은 아릴옥시기 및 치환되거나 치환되지 않은 아릴옥시카르보닐기는 각각 -OX5및 -COOX6로 표시된다. 치환체 X5및 X6의 예로는 상기 언급한 치환되거나 치환되지 않은 방향족 탄화수소기 및 치환되거나 치환되지 않은 방향족 헤테로고리기가 포함된다. 상기 화합물은 이들 기 중 하나, 또는 두 개 이상의 조합된 기를 함유할 수 있다.
치환되거나 치환되지 않은 아실기는 -C(=O)X7로 표시된다. 치환체 X7의 예로는 수소 원자, 상기 언급한 치환되거나 치환되지 않은 알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 알케닐기, 치환되거나 치환되지 않은 시클로알킬기, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 탄화수소기, 치환되거나 치환되지 않은 방향족 헤테로고리기 및 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬기가 포함된다. 상기 화합물은 이들 기 중 하나, 또는 두 개 이상의 조합된 기를 함유할 수 있다.
고리 형성을 위한 두 개의 결합성 전자를 갖는 2가 기의 예로는 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기, 디페닐메탄-2,2'-디일기, 디페닐에탄-3,3'-디일기, 디페닐프로판-4,4'-디일기, 1,3-부타디엔-1,4-디일기 및 이들의 유도체가 포함된다.
상기 언급한 치환체 중 하나 이상의 원자는 황 원자, 규소 원자, 인 원자 또는 붕소 원자로 치환될 수 있다. 황 원자로 치환된 치환체는, 예를 들면, 산소 원자가 황 원자로 치환된, 상기 언급한 산소-함유 기, 예컨대 히드록실기, 카르복실기, 알콕시기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시기, 아릴옥시카르보닐기 및 아실기일 수 있다. 이들 치환체의 예로는 머캅토기, 디티오카르복실기, 히드록시(티오카르보닐)기, 머캅토카르보닐기, 메틸티오기, 메톡시티오카르보닐기, 메틸티오카르보닐기, 메틸디티오카르보닐기, 페닐티오기, 페녹시티오카르보닐기, 페닐티오카르보닐기, 페닐디티오카르보닐기 및 메틸티오카르보닐기가 포함된다. 규소 원자로 치환된 치환체는, 예를 들면, 탄소 원자가 규소 원자로 치환된, 상기 언급한 알킬기, 알케닐기, 시클로알킬기 및 아르알킬기일 수 있다. 이들 치환체의 예로는, 실릴기, 메틸실릴기, 실릴메틸기, 에틸실릴기, (메틸실릴)메틸기, 디메틸실릴기, 트리메틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기 및 트리이소프로필실릴기가 포함된다. 인으로 치환된 치환체는, 예를 들면, 질소 원자가 인 원자로 치환된, 상기 언급한 아미노기일 수 있다. 이들 치환체의 예로는 포스피노기, 트리메틸포스피노기 및 트리페닐포스피노기가 포함된다. 붕소로 치환된 치환체는, 예를 들면, 질소 원자가 붕소 원자로 치환된, 상기 언급한 아미노기일 수 있다. 이들 치환체의 예로는 디메틸보릴기 및 디페닐보릴기가 포함된다.
본 발명의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 전극에서 전극활성 물질로서 작용하며, 충전 및 방전 반응에서 출발 물질, 생성물 또는 중간 생성물로서 함유된다. 디아진 N,N'-디옥사이드 고리는, 하기의 반응식 1 로 표시되는 전극 상의 산화-환원 반응을 가능하게 하는데, 하기 식에는 디아진 N,N'-디옥사이드 고리만이 나타난다. 특히, 반응식 1 에서 화합물 (III) 및 화합물 (IV) 간의 1 전자 산화-환원 반응, 화합물 (III) 및 화합물 (II) 간의 1 전자 산화-환원 반응, 및 화합물 (II) 및 화합물 (IV) 간의 1 전자 산화-환원 반응이 바람직하게 사용될 수 있다.
디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 전해질로의 용해도는, 이의 비용량의 감소를 방지하기 위해 낮을수록 바람직하다. 또는 바람직하게는, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 난용성이거나 불용성이다. 상기 화합물의 전해질로의 용해도는, 예를 들면, 프로필렌 카르보네이트와 같은 전해질 100 g에 대해 1 g 이하, 바람직하게는 0.5 g 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 g 이하이다.
전해질로의 용해도의 관점에서, 폴리아센-형 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물및 올리고머 또는 고분자-형 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 말단 디아진 고리는 바람직하게는 2 번 위치 및 3 번 위치에 수소 원자 이외의 저극성 치환체를 갖는다. 그러한 치환체에는 알킬기, 에컨대 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 이소부틸기, n-부틸기, sec-부틸기 및 tert-부틸기가 포함된다.
전해질로의 용해도 및 비밀도의 관점에서, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 바람직하게는 세 개 이상의 고리에 의해 형성된 축합 고리 (즉, 화학식 1에서 "n+m+n'+m' ≥2"가 만족된다)를 갖는다. 주로 전해질로의 용해도의 관점에서는, 하나 이상의 벤젠 고리를 함유하는 축합 고리 (즉, 화학식 1 에서 "n+n' ≥1"이 만족된다)가 바람직하다. 주로 비밀도의 관점에서는, 두 개 이상의 디아진 N,N'-디옥사이드 고리를 갖는 축합 고리 (즉, 화학식 1에서 "m+m' ≥1"가 만족된다)가 바람직하다.
또한, 전해질로의 용해도 및 비밀도의 관점에서, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 바람직하게는, 화학식 1의 폴리아센 화합물의 축합 고리 (n+m+n'+m' ≥2) 상에 두 개의 결합성 전자를 갖는 2가 기를 갖는 올리고머 또는 고분자 화합물이다.
전해질로의 용해도 관점에서는, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 분자량은 높을수록 바람직하다. 그러나, 반응 용매로의 용해도 관점에서는, 폴리아센 화합물에 대해 n+m+n'+m' ≤20 이 바람직하고, n+m+n'+m' ≤10 이 더욱 바람직하다. 올리고머 또는 고분자 화합물에 대해서는, 겔 투과 크로마토그래피 (GPC, 표준 시료: 폴리스티렌)에 의해 측정된 중량-평균 분자량이 200,000 이하가 바람직하고,100,000 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은, 상응하는 디아진 화합물과 과산화물 또는 과산과의 산화 반응과 같은 공지의 방법을 사용하여 합성할 수 있다. 과산화 우레아를 사용한 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 합성은 [Synlett., 제 533-535 면, 1990 년 9월호]에 기재되어 있다. 하기 화학식 4로 표시되는 화합물은, m-클로로퍼벤조산의 디클로로메탄 용액을 페나진의 디클로로메탄 용액에 첨가하고, 혼합된 용액을 실온에서 교반하고, 포화 탄산나트륨 용액을 첨가하여 상기 용액을 중화시킨 후, 통상의 방법으로 정제함으로써, 합성할 수 있다.
디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 올리고머 또는 고분자-형 화합물은 하기의 방법에 따라 합성할 수 있다. 디아진 고리 (피라진 고리)를 갖는 축합 고리 상에 두 개의 결합성 전자를 갖는 2가 기를 갖는 올리고머 또는 고분자 화합물을 과산화물과 반응시켜, 축합 고리 내 질소 원자를 N-옥사이드로 전환시킨다 (제 1 방법). 또다른 방법에서는, 폴리아센-형 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 축합 고리의 치환체로서 두 개의 할로겐을 갖는 디할라이드 화합물을, 유기 용매 중에서 이에 영가 (zero valency) 니켈 화합물을 첨가함으로써, 탈할로겐화시킨다 (제 2 방법).
폴리아센 화합물에 대한 제 1 방법에서는, 축합도가 높을수록 전해질을 위한 용매 이외의 반응 용매로의 용해도 또한 낮아져서, 디아진 고리는 산화되기 곤란할 수 있으며, 정제의 수행이 어려워질 수 있다.
잔류하는 비산화 디아진 고리 및 불순물은 비용량의 감소를 초래한다. 따라서, 축합 고리의 갯수는 바람직하게는 상기 범위 이내이다. 유사하게, 올리고머또는 중합체 화합물에 대한 제 1 방법에서는, 디아진 고리의 산화 및 정제가 어려워, 분자량이 너무 큰 경우에는 비용량을 감소시킨다. 따라서, 분자량은 바람직하게는 상기 범위 이내이다.
본 발명의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물의 예에는 화학식 2 내지 17 의 하기 화합물이 포함된다:
[1-2] 기타의 활성 물질
본 발명의 전지는, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물이 금속 산화물계 활성 물질보다 더 낮은 질량 밀도(mass density)를 가지므로, 우수한 비밀도를 특징으로 한다. 디옥사이드 화합물은 바람직하게는 캐소드 활성 물질로서 사용된다. 디옥사이드 물질이 전극의 하나로 사용되는 경우, 다른 전극에 사용되는 활성 물질은 하기에 열거한 임의의 통상적인 물질일 수 있다.
디아진 N,N'-디옥사이드 화합물이 애노드 활성 물질로서 사용되는 경우, 금속 산화물 입자, 디술파이드 화합물 및 전도성 중합체는 캐소드 활성 물질로서 사용될 수 있다. 금속 산화물의 예는, 망간화리튬 또는 스피넬(spinel)구조를 갖는 망간화리튬, 예컨대 LiMnO2및 LixMn2O4(0 < x < 2); MnO2, LiCoO2, LiNiO2및 LixV2O5(0 < x < 2) 를 포함한다. 디술파이드 화합물의 예는 디티오글리콜, 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 및 S-트리아진-2,4,6-트리티올을 포함한다. 전도성 중합체의 예는 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리아닐린 및 폴리피롤을 포함한다. 상기 캐소드 활성 물질은 단독 물질로서 또는 2 종 이상의 물질이 배합되어 사용될 수 있다. 상기의 통상적인 활성 물질은 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물과 혼합되어 복합 활성 물질로 제조될 수 있다.
한편, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물이 캐소드 활성 물질로 사용되는 경우, 애노드 활성 물질, 예컨대 흑연, 부정형 탄소, 리튬 금속, 리튬 합금, 리튬 이온 흡수 탄소 및 전도성 중합체가 사용될 수 있다. 상기 애노드 활성 물질은 단독 물질로서 또는 2 종 이상의 물질이 배합되어 사용될 수 있다.
활성 물질의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 리튬 금속 및 리튬 합금의 경우 필름에 부가하여 벌크, 고형화 분말, 섬유상 및 플레이크가 사용될 수 있다.
[2] 보조 전도성 금속 및 보조 이온 전도성 물질
임피던스를 감소시키기 위해, 보조 전도성 물질 및/또는 보조 이온 전도성 물질을 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물에 혼합하여 전극을 제조할 수 있다. 보조 전도성 물질은 탄소 입자, 예컨대 흑연, 카본 블랙 및 아세틸렌 블랙; 및 전도성 중합체, 예컨대 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 및 폴리아센을포함한다. 보조 이온 전도성 물질은 겔 전해질 및 고체 전해질을 포함한다.
[3] 결합제
전극 물질 사이의 결합력을 증가시키기 위해, 결합제가 본 발명에서 혼합될 수 있다. 결합제의 예는 수지 결합제, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체 러버, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리이미드를 포함한다.
[4] 촉매
전극 반응을 더욱 원활하게 수행하기 위해, 산화-환원 반응을 가속하기 위한 촉매가 전극 물질에 혼합될 수 있다. 상기 촉매는 전도성 중합체, 예컨대 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌 및 폴리아센; 염기성 화합물, 예컨대 피리딘 유도체, 피롤리돈 유도체, 벤지미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체 및 아크리딘 유도체; 및 금속 이온 착물을 포함한다.
[5] 전류 집전기 및 분리막
본 발명에서, 니켈, 알루미늄, 구리, 금, 은, 알루미늄 합금 및 스테인레스 스틸로 제조된 금속박 또는 금속판, 메쉬 전극 (meshed electrode) 및 탄소 전극이 캐소드 또는 애노드 전류 집전기로서 사용될 수 있다. 촉매를 함유하거나 또는 화학적으로 결합된 활성 물질을 함유하는 전류 집전기도 사용될 수 있다. 전류 집전기 사이의 전기적 접촉을 막기 위해서, 플라스틱 수지로 제조된 절연 패킹을 둘 수 있다.
분리막의 재료는 다공성 막 또는 부직포 직물일 수 있다.
[6] 전해질
전해질은 전극 사이에 채워진 담체를 이동시키는 역할을 한다. 전해질은 바람직하게는 10-5내지 10-1S/cm 의 이온 전도성을 갖는다. 전해질은 전해염을 용매에 용해시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 전해염은 공지된 물질, 예컨대 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N, Li(CF3SO2)3C 및 Li(C2F5SO2)3C 를 포함한다.
전해질용 용매는 유기 용매, 예컨대 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 메틸에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 테트라히드로푸란, 디옥솔란, 술포란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈일 수 있다. 본 발명에서, 상기 용매 중 하나가 사용될 수 있거나, 또는 2 종 이상의 용매가 혼합 용매로서 사용될 수 있다.
본 발명에서, 중합체 전해질, 예컨대 전해질로 침지된 중합체 화합물 및 자체로서 고체 전해질로서 사용되는 중합체 화합물이 또한 사용될 수 있다.
상기 중합체 화합물은, 비닐리덴 플루오라이드계 중합체 화합물, 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드, 비닐리덴 플루오라이드-에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-모노플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로에틸렌 공중합체 및 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 3 원 공중합체; 아크릴로니트릴계 중합체 화합물, 예컨대 아크릴로니트릴-메틸 메트아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-에틸 메트아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-메틸 아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴-에틸 아크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴 메트아크릴산 공중합체, 아크릴로니트릴-아크릴산 공중합체 및 아크릴로니트릴-비닐 아세테이트 공중합체; 폴리에틸렌 옥시드, 에틸렌 옥시드-프로필렌 옥시드 공중합체 및 이들의 아크릴레이트 에스테르 및 메트아크릴레이트 에스테르를 포함한다. 이들 중 한 화합물이 개별적으로 사용되거나 또는 2 종 이상의 화합물의 혼합물로서 사용될 수 있다.
무기 고체 전해질, 예컨대 CaF2, AgI, LiF, β-알루미나 및 유리 물질 (glass material) 도 본 발명에 사용될 수 있다.
요구되는 보다 높은 이온 전도성을 고려하면, 본 발명의 전지 전해질은 바람직하게는 전해 용액 또는 겔 전해질이며, 전해 용액으로의 용해도가 보다 낮은 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물이 사용되는 경우, 특히는 전해 용액이다. 한편, 용해도가 비교적 더 높은 화합물이 사용되는 경우, 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물을 전해질로 거의 용해시키지 않는 고체 전해질이 사용될 수 있다.
[7] 전지의 모양 및 외관
본 발명의 전지의 모양 및 외관은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 모양 및 외관이 채택될 수 있다. 이와 같은 모양으로는 금속 케이싱(casing), 수지 케이싱 내에 밀봉되거나 또는 알루미늄과 같은 금속 호일로 만들어진 적층 필름 및 합성수지 필름에 의해 밀봉된 적재형(stacked) 또는 감긴형(wound) 전극이 포함된다. 전지 외관은 원통형, 사각형, 동전형 및 시트형일 수 있다.
[8] 전극의 적재 배치
전극의 적재 배치는 본 발명에 있어서 특별히 제한되지 않는다. 임의의 공지된 배치를 사용함으로써, 전극을 적재하여 다층을 형성시키고, 전극을 집전기의 양 표면 위에 적재하고, 이 적재물을 추가로 감을 수 있다.
[9] 전극 및 전지의 제작
전극 및 전지의 제작은 본 발명에 있어서 특별히 제한되지 않는다. 임의의 공지된 방법이 사용될 수 있다.
전극은, 용매를 전극 재료에 첨가하여 제조한 슬러리를 집전기에 적용한 후 건조시킴으로써, 또는 결합제 수지를 전극 재료에 첨가하여 수득한 혼합물을 가압 하에 경화시킴으로써, 또는 전극 재료를 가열 하에 경화시킴으로써 제작될 수 있다.
전지는, 상기 제작된 전극을 분리막을 사이에 두고 상대 전극과 적재한 후 감고, 필요한 경우, 상기 적재물을 외부 포장재로 감싸고, 밀봉을 위해 전해 용액을 주입함으로써 제작될 수 있다.
전지의 제작에서, 상기의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물은 그 자체로 사용될 수 있으며, 또는 반응식 1에 나타낸 화합물 (I), (II), (IV) 또는 (V)와 같이 전극 반응 동안에 그로 전환가능한 화합물을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 전지의 실시예를 기재할 것이지만, 본 발명이 이에 제한될것으로 여겨서는 아니된다.
실시예 1
화학식 5 로 표현되는 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물 25 mg, 흑연 분말 200 mg 및 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 결합제 25 mg 을 측량하고, 마노 막자사발에서 혼합하였다. 약 10분의 건식 혼합 후, 이 혼합물을 가압 하에 압연하여, 두께 215 ㎛ 인 얇은 전극 플레이트를 얻었다. 감압 하에 80℃에서 하룻밤동안 건조한 후, 상기 전극 플레이트에 구멍을 내서, 직경 12 mm 인 원형 전극 금형을 형성시켰다.
그 후, 에틸렌 카르보네이트와 디에틸카르네이트(부피비: 3:7)를 전해 염으로서 작용하는 LiPF61몰/ℓ와 함께 혼합하여 제조한 전해 용액에 상기 전극 금형을 침지함으로써, 전극 금형의 공극 내에 전해 용액을 함침시켰다. 캐소드로서 작용하는 상기 전극 금형을 알루미늄 호일로 만들어진 캐소드 집전기에 올려놓고, 상기의 전해 용액으로 함침된 다공질 필름 분리막을 상기 캐소드에 올려놓았다. 애노드로서 작용하는 리튬 금속 플레이트를 상기에 적재하고, 이어서 프레임형 절연 패킹을 올려놓은 후, 구리 호일로 만들어진 애노드 집전기를 겹쳐놓았다. 코킹(caulking) 기계를 사용하여, 상기 수득된 적재물에 압력을 인가하여, 밀봉된 동전형 전지를 얻었다.
이에 제작된 전지의 충전은 고정 전류 0.1 mA 에서 수행하였다. 전압을 4.5 V 로 증가시킨 후, 전지를 전류 0.1 mA 에서 방전시켰다. 그 결과, 전압 수평 구획이 4.0 V 주변에서 관찰되므로, 전지가 적절히 작동됨이 확인되었다. 활성 재료 당 비용량은 140 mAh/g 으로 계산되었다.
또한, 반복적인 충방전이 수반되는 전지의 전압 변화를 측정하였다. 충방전 10주기 이후 조차도, 전압 수평 구획은 또한 4.0 V 주변에서 관찰되었고, 상기 전지는 재충전가능한 전지로서 작동됨이 확인되었다.
비교예 1
실시예 1 의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물 대신에 흑연 25 mg 을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1 의 절차에 따라 전지를 제작하였다.
그 후, 이에 제작된 전지를 방전시켰다. 결과적인 급속한 전압 감소는 전지가 충분히 작동되지 못하게 하였다.
고정 전류 0.1 mA 를 흐르게 함으로써 전지의 충전을 시도하였고, 전압은 증가하여 즉시 4.5 V 를 초과하였다. 재충전 동안, 어떠한 전압 수평 구획도 전압 곡선 상에서 관찰할 수 없었으며, 이에 의해 전지는 재충전가능한 전지로서 작동할 수 없음이 확인되었다.
비교예 2
실시예 1 의 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물 대신에 LiCoO225 mg 을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1 의 절차에 따라 전지를 제작하였다.
이에 제작된 전지를 실시예 1 의 절차에 따라 충방전한 후, 단위 활성 재료 당 비용량은 96 mAh/g 으로 계산되었다.
실시예 2
화학식 5 로 표현되는 것 대신에 화학식 4 로 표현되는 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1 의 절차에 따라 전지를 제작하였다.
그 후, 이에 제작된 전지를 실시예 1 에서와 유사하게 충방전하였다. 그 결과, 전압 수평 구획이 3.8 V 주변에서 관찰되므로, 전지가 적절히 작동됨이 확인되었다.
또한, 반복적인 충방전이 수반되는 전지의 전압 변화를 실시예 1 에서와 유사하게 측정하였다. 충방전 10주기 이후 조차도, 전지는 재충전가능한 전지로 작동됨이 확인되었다. 단위 활성 재료 당 비용량은 100 mAh/g 으로 계산되었다.
실시예 3 및 4
화학식 5 로 표현되는 것 대신에 화학식 8 로 표현되는 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물 (실시예 3) 및 화학식 11 로 표현되는 중합체형 디아진 N,N'-디옥사이드 화합물(중량평균분자량: 50,000) (실시예 4)을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1 의 절차에 따라 전지를 제작하였다.
그 후, 이에 제작된 전지를 실시예 1 에서와 유사하게 충방전시켰다. 그 결과, 전압 수평 구획이 두 전지 모두에서 관찰되므로, 상기 전지들은 적절히 작동됨이 확인되었다.
또한, 반복적인 충방전이 수반되는 전지의 전압 변화를 실시예 1 에서와 유사하게 측정하였다. 충방전 10주기 이후 조차도, 실시예 3 및 4 의 전지는 재충전가능한 전지로서 작동됨이 확인되었다.
상기 구현들은 오직 예시를 위해서만 기술되었기 때문에, 본 발명은 상기 구현에 제한되지 아니하며, 다양한 개질 또는 변형이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 상기로부터 용이하게 행해질 수 있다.
본 발명은 보다 높은 비밀도 및 우수한 충전 및 방전 안정성을 갖는 전지 및 그러한 전지를 형성하는데 적합한 전극을 제공한다.
Claims (12)
- 전극 활성 물질로서 작용하며, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 전극:[화학식 1][식 중, "n", "m", "n'" 및 "m'"은 독립적으로 0 이상의 정수를 표시하고; 디아진 고리 및 벤젠 고리의 축합 순서는 교대로, 또는 무작위로 있을 수 있고; 치환체 R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc및 Rd는 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 히드록실 기, 니트로 기, 니트로소 기, 시아노 기, 카르복실 기, 치환 또는 비치환 알킬 기, 치환, 또는 비치환 알케닐 기, 치환 또는 비치환 시클로알킬 기, 치환 또는 비치환 방향족 탄화수소 기, 치환 또는 비치환 방향족 헤테로시클릭 기, 치환 또는 비치환 아르알킬 기, 치환 또는 비치환 아미노 기, 치환 또는 비치환 알콕시 기, 치환 또는 비치환 아릴옥시 기, 치환 또는 비치환 아릴옥시카르보닐 기 또는 치환 또는 비치환 아실 기를 표시하고; "n"이 2 이상일 때, Ra및 Rb는 상호 동일하거나 상이할 수 있고; "n'"이 2 이상일 때, Rc및 Rd는 상호 동일하거나 상이할 수 있고; 이러한치환체의 원자 중 하나 이상이, 황 원자, 규소 원자, 인 원자 또는 붕소 원자로 대체될 수 있고; 치환체를 이용하여 고리를 형성할 수 있다].
- 제 1 항에 있어서, 화합물이, 그 구조 단위 일부 또는 전체 구조 단위가, R1, R2, R3, R4, Ra, Rb, Rc및 Rd로부터 선택된 2개의 치환체가 2개의 결합 전자를 갖는 2가 기로 대체된 2가 디아진 N,N'-디옥사이드 기를 포함하는 올리고머이거나 중합체 화합물인 전극.
- 제 1 항에 있어서, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 화합물이 방전 반응에서 출발 물질, 생성물, 또는 중간 생성물인 전극.
- 제 2 항에 있어서, 디아진 N,N'-디옥사이드 구조를 갖는 올리고머 또는 중합체 화합물이 방전 반응에서 출발 물질, 생성물 또는 중간 생성물인 전극.
- 제 1 항에 정의된 전극을 캐소드 및/또는 애노드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
- 제 2 항에 정의된 전극을 캐소드 및/또는 애노드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
- 제 1 항에 정의된 전극을 캐소드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
- 제 2 항에 정의된 전극을 캐소드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지.
- 제 1 항에 정의된 전극을 캐소드 및/또는 애노드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 재충전가능 전지.
- 제 2 항에 정의된 전극을 캐소드 및/또는 애노드로서 포함하는 것을 특징으로 하는 재충전가능 전지.
- 제 9 항에 있어서, 전지가 리튬 재충전가능 전지인 재충전가능 전지.
- 제 10 항에 있어서, 전지가 리튬 재충전가능 전지인 재충전가능 전지.
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