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JP2013020786A - Electrode and power storage device - Google Patents

Electrode and power storage device Download PDF

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JP2013020786A
JP2013020786A JP2011152660A JP2011152660A JP2013020786A JP 2013020786 A JP2013020786 A JP 2013020786A JP 2011152660 A JP2011152660 A JP 2011152660A JP 2011152660 A JP2011152660 A JP 2011152660A JP 2013020786 A JP2013020786 A JP 2013020786A
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JP
Japan
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active material
electrode
group
polymer compound
conductive particles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011152660A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Tsukakoshi
貴史 塚越
Nobuhiko Hojo
伸彦 北條
Tomo Otsuka
友 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode and a power storage device capable of realizing a high capacity and a high output.SOLUTION: The electrode comprises a collector 11, and an active material layer including an electrode active material, a conductive particle and a binder 16 and provided on the collector. The electrode active material is a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalenes skelton in a repeating unit. In the active material layer, the electrode active material and the conductive particles form aggregates 13 of conductive particles coated with the electrode active material. The aggregate substantially comprises the electrode active material, the conductive particle, and an internal cavity, and the binder exists between the adjacent aggregates.

Description

近年、携帯オーディオデバイス、携帯電話、ラップトップコンピュータといった携帯型電子機器が広く普及している。また、省エネルギーの観点、あるいは、二酸化炭素の排出量を低減する観点から、内燃機関と電気による駆動力とを併用するハイブリッド自動車が普及し始めている。これらの普及に伴い、電源として用いられる蓄電デバイスに対する高性能化への要求が高まっている。具体的には、高出力、高容量、優れた繰り返し特性を有する蓄電デバイスが要求されている。   In recent years, portable electronic devices such as portable audio devices, cellular phones, and laptop computers have become widespread. In addition, hybrid vehicles using an internal combustion engine and an electric driving force in combination are beginning to spread from the viewpoint of energy saving or the reduction of carbon dioxide emissions. With these popularizations, there is an increasing demand for higher performance of power storage devices used as power sources. Specifically, a power storage device having high output, high capacity, and excellent repetitive characteristics is required.

蓄電デバイスの高性能化のために、さまざまな取り組みが行われている。蓄電デバイスの性能は、正極材料および負極材料に大きく依存するため、正極材料および負極材料の検討が積極的に行われている。   Various efforts are being made to improve the performance of electricity storage devices. Since the performance of an electricity storage device largely depends on the positive electrode material and the negative electrode material, positive electrode materials and negative electrode materials are actively studied.

高電圧かつ寿命の長い電池を得るために、導電性有機錯体(特許文献1)やラジカル化合物(特許文献2)などを電極活物質として用いることが提案されている。特許文献3では、蓄電デバイスの繰り返し特性を改善するために、π電子共役雲を有する有機化合物を電極活物質として用いることが提案されている。具体的には、例えば、下記式(1)に示すテトラチアフルバレン(TTF)を電極活物質として用いることが提案されている。   In order to obtain a battery having a high voltage and a long lifetime, it has been proposed to use a conductive organic complex (Patent Document 1) or a radical compound (Patent Document 2) as an electrode active material. Patent Document 3 proposes to use an organic compound having a π-electron conjugated cloud as an electrode active material in order to improve the repetition characteristics of the electricity storage device. Specifically, for example, it has been proposed to use tetrathiafulvalene (TTF) represented by the following formula (1) as an electrode active material.

特許文献3では、このようなπ電子共役雲を有する構造を複数含む高分子化合物を蓄電デバイスの電極活物質に用いることも提案されている。具体的には、π電子共役雲を有する構造と、主鎖としてポリアセチレン鎖とが結合してなる高分子化合物が開示されている。特許文献4は、蓄電デバイスの電極活物質として、π電子共役雲を有する酸化還元部位を側鎖に有するユニットと、酸化還元部位を側鎖に有さないユニットとの共重合体化合物を開示している。   Patent Document 3 also proposes the use of a polymer compound including a plurality of such structures having a π-electron conjugated cloud as an electrode active material for an electricity storage device. Specifically, a polymer compound in which a structure having a π electron conjugated cloud and a polyacetylene chain as a main chain are bonded is disclosed. Patent Document 4 discloses a copolymer compound of a unit having a redox site having a π-electron conjugated cloud in a side chain and a unit not having a redox site in a side chain as an electrode active material of an electricity storage device. ing.

有機化合物を活物質として用いた蓄電デバイスの電極構造については、さまざまな構造が提案されている。例えば、特許文献3は、導電性粒子と結着剤とを含み、π電子共役雲を有する有機化合物が電極活物質として溶媒に溶解したスラリーを、集電体上に塗布して乾燥することにより作製された電極を開示している。このような電極は、活物質層において活物質と導電性粒子と結着剤とが均一に分散した構造を有する。特許文献4は、π電子共役雲を有する有機化合物の粒子と導電性粒子と結着剤とを混合して得られる合剤を導電性支持体上に圧着して乾燥することにより作製された電極を開示している。このような電極は、活物質層において活物質が粒子として存在している構造を有する。特許文献5では、繰り返し特性の改善を目的として、電極活物質であるラジカル化合物の領域と、導電性物質の領域とが一体化した粒子を含む電極が開示されている。   Various structures have been proposed for the electrode structure of an electricity storage device using an organic compound as an active material. For example, Patent Document 3 discloses a method in which a slurry in which an organic compound having a π-electron conjugated cloud, which includes conductive particles and a binder, is dissolved in a solvent as an electrode active material is applied onto a current collector and dried. A fabricated electrode is disclosed. Such an electrode has a structure in which an active material, conductive particles, and a binder are uniformly dispersed in an active material layer. Patent Document 4 discloses an electrode produced by pressing a mixture obtained by mixing particles of an organic compound having a π electron conjugated cloud, conductive particles, and a binder onto a conductive support and drying the mixture. Is disclosed. Such an electrode has a structure in which the active material is present as particles in the active material layer. Patent Document 5 discloses an electrode including particles in which a region of a radical compound that is an electrode active material and a region of a conductive material are integrated for the purpose of improving repetition characteristics.

特開昭60−14762号公報JP 60-14762 A 特開2002−117852号公報JP 2002-117852 A 特開2004−111374号公報JP 2004-111374 A 国際公開第2009/157206号International Publication No. 2009/157206 特開2002−298850号公報JP 2002-298850 A

上述したように、高容量、高出力および優れた繰り返し特性を得るために、特許文献3や特許文献4では、π電子共役雲を酸化還元部位として有する電極活物質が提案されている。しかし、これらの電極活物質の特性を十分に生かせる蓄電デバイスの電極構造、特に、高容量と高出力とを両立する電極構造に関する知見は十分ではなかった。   As described above, in order to obtain high capacity, high output, and excellent repetitive characteristics, Patent Documents 3 and 4 propose electrode active materials having a π-electron conjugated cloud as a redox site. However, knowledge about the electrode structure of the electricity storage device that can fully utilize the characteristics of these electrode active materials, in particular, the electrode structure that achieves both high capacity and high output has not been sufficient.

本発明は、このような問題に鑑み、高容量、優れた繰り返し特性および高出力を有する電極およびそれを用いた蓄電デバイスを提供することを目的とする。   In view of such problems, an object of the present invention is to provide an electrode having high capacity, excellent repetitive characteristics, and high output, and an electric storage device using the electrode.

すなわち、本発明は、
集電体と、
電極活物質、導電性粒子および結着剤を含み、前記集電体の上に設けられた活物質層と、
を備え、
前記電極活物質が、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物であり、
前記活物質層において、前記電極活物質および前記導電性粒子が、前記電極活物質で被覆された前記導電性粒子の凝集体を形成しており、
前記凝集体が、実質的に、前記電極活物質、前記導電性粒子および内部の空隙からなり、
前記結着剤が、隣り合う前記凝集体と前記凝集体との間に存在している、電極を提供する。
That is, the present invention
A current collector,
An active material layer including an electrode active material, conductive particles, and a binder, and provided on the current collector;
With
The electrode active material is a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit,
In the active material layer, the electrode active material and the conductive particles form an aggregate of the conductive particles coated with the electrode active material,
The aggregate substantially consists of the electrode active material, the conductive particles, and internal voids,
An electrode is provided in which the binder is present between the aggregates adjacent to each other.

本発明は、別の観点から、
導電性粒子と、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物と、前記重合体化合物を溶かすことができる溶媒とを含む活物質スラリーを調製する工程と、
前記重合体化合物で被覆された前記導電性粒子の凝集体が得られるように、前記活物質スラリーから前記溶媒を除去する工程と、
前記凝集体と結着剤とを用いて集電体上に活物質層を形成する工程と、
を含む、電極の製造方法を提供する。
From another point of view, the present invention
Preparing an active material slurry comprising conductive particles, a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit, and a solvent capable of dissolving the polymer compound;
Removing the solvent from the active material slurry so as to obtain an aggregate of the conductive particles coated with the polymer compound;
Forming an active material layer on a current collector using the aggregate and the binder;
An electrode manufacturing method is provided.

本発明は、その別の観点から、
本発明の電極からなる正極と、
リチウムイオンを吸蔵および放出しうる負極活物質を含む負極と、
前記リチウムイオンとアニオンとの塩を含み、前記正極と前記負極との間に満たされた電解液と、
を備えた、蓄電デバイスを提供する。
From another viewpoint, the present invention provides:
A positive electrode comprising the electrode of the present invention;
A negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions;
An electrolyte solution containing a salt of the lithium ion and anion and filled between the positive electrode and the negative electrode;
An electricity storage device is provided.

本発明の電極は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物を含む。そのため、安定して繰り返し酸化還元反応を行うことができ、優れた繰り返し特性が得られる。活物質層において、電極活物質である重合体化合物は導電性粒子の表面の少なくとも一部を被覆し、凝集体を形成している。そのため、重合体化合物と導電性粒子との接触面積が大きく、重合体化合物と導電性粒子の間における電子の移動が円滑に行われる。重合体化合物は導電性粒子の表面で被膜として存在しているため、電解液中の対イオンが重合体化合物中の酸化還元部位に到達するまでに要する移動距離が短くなる。凝集体は内部に空隙を有するため、電解液が空隙に侵入し、電解液と重合体化合物との接触面積が大きくなる。このため、重合体化合物中の酸化還元部位にアニオンが到達し易くなる。これらにより、酸化還元時の抵抗を低減できる。つまり、高出力な電極を実現することができる。   The electrode of the present invention includes a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit. Therefore, the redox reaction can be performed stably and repeatedly, and excellent repeatability can be obtained. In the active material layer, the polymer compound that is an electrode active material covers at least a part of the surface of the conductive particles to form an aggregate. Therefore, the contact area between the polymer compound and the conductive particles is large, and electrons move smoothly between the polymer compound and the conductive particles. Since the polymer compound is present as a film on the surface of the conductive particles, the moving distance required for the counter ion in the electrolytic solution to reach the redox site in the polymer compound is shortened. Since the aggregate has voids inside, the electrolytic solution enters the voids, and the contact area between the electrolytic solution and the polymer compound increases. For this reason, an anion becomes easy to reach | attain the oxidation-reduction site | part in a polymer compound. By these, the resistance at the time of oxidation reduction can be reduced. That is, a high output electrode can be realized.

重合体化合物と導電性粒子とで構成された凝集体の間には結着剤が存在している。活物質層において、凝集体同士は結着剤によって固定されている。それゆえ、活物質層の厚膜化を容易に行うことができる。すなわち、蓄電デバイス内における電極活物質層の占有体積を大きくし、集電体などの部材の占有体積を減らすことができるため、蓄電デバイスを高容量化することができる。   A binder is present between the aggregates composed of the polymer compound and the conductive particles. In the active material layer, the aggregates are fixed by a binder. Therefore, it is possible to easily increase the thickness of the active material layer. That is, since the occupied volume of the electrode active material layer in the electricity storage device can be increased and the occupied volume of a member such as a current collector can be reduced, the capacity of the electricity storage device can be increased.

従来の製造方法を採用した場合、重合体化合物、導電性粒子および結着剤などを一度に混合して得られた混合体を成形することにより活物質層が形成される。そのため、結着剤によって重合体化合物と導電性粒子との接触が妨げられ、酸化還元時の抵抗が大きくなる。これに対し、本発明の製造方法によれば、予め、重合体化合物と導電性粒子とで構成された凝集体を作製し、その後、凝集体と他の構成材料とを混合し、得られた混合体を成形することにより活物質層が形成される。これにより、重合体化合物と導電性粒子との接触面積が大きく、重合体化合物が導電性粒子の表面で被膜として存在している電極構造を得ることができ、高出力な電極を実現することができる。このように、電極作製時、凝集体はリチウム酸化物などの従来の正極活物質と同様に扱うことができるため、電極の製造が容易である。   When a conventional production method is employed, an active material layer is formed by molding a mixture obtained by mixing a polymer compound, conductive particles, a binder and the like at once. For this reason, the contact between the polymer compound and the conductive particles is prevented by the binder, and the resistance during oxidation and reduction is increased. On the other hand, according to the production method of the present invention, an aggregate composed of a polymer compound and conductive particles was prepared in advance, and then the aggregate and other constituent materials were mixed and obtained. An active material layer is formed by molding the mixture. As a result, an electrode structure in which the contact area between the polymer compound and the conductive particles is large and the polymer compound exists as a coating on the surface of the conductive particles can be obtained, and a high output electrode can be realized. it can. As described above, since the aggregate can be handled in the same manner as a conventional positive electrode active material such as lithium oxide at the time of producing the electrode, the production of the electrode is easy.

よって、本発明の電極およびその製造方法を用いることによって、優れた繰り返し特性、高容量および高出力を有する蓄電デバイスを実現できる。   Therefore, by using the electrode of the present invention and the manufacturing method thereof, an electricity storage device having excellent repetitive characteristics, high capacity, and high output can be realized.

本発明による電極の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the electrode by this invention. 本発明による電極の活物質層の一部を拡大して示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which expands and shows a part of active material layer of the electrode by this invention. 本発明による蓄電デバイスの一実施形態であるコイン型蓄電デバイスを示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the coin-type electrical storage device which is one Embodiment of the electrical storage device by this invention. (a)は実施例1の凝集体の断面を示すSEM像であり、(b)および(c)はその断面における炭素分布像および硫黄分布像である。(A) is the SEM image which shows the cross section of the aggregate of Example 1, (b) and (c) are the carbon distribution image and sulfur distribution image in the cross section.

以下、リチウム二次電池を例に挙げて、本発明の電極およびそれを用いた蓄電デバイスを説明する。しかし、本発明は、リチウム二次電池やリチウム二次電池用電極に限らず、化学反応を利用したキャパシタなどの電気化学素子にも好適に用いられる。   Hereinafter, taking the lithium secondary battery as an example, the electrode of the present invention and the electricity storage device using the same will be described. However, the present invention is not limited to a lithium secondary battery or an electrode for a lithium secondary battery, but is also suitably used for an electrochemical element such as a capacitor using a chemical reaction.

図1は、本発明の一実施形態である電極10の断面構造を模式的に示す。電極10は、集電体(導電性支持体)11と集電体11上に設けられた電極活物質層12とを備える。電極活物質層12は、実質的に電極活物質および導電性粒子からなる凝集体13を含む。凝集体13は、結着剤16とともに電極活物質層12中に固定されている。結着剤16は、隣り合う凝集体13と凝集体13との間に存在している。電極活物質層12は、電極10を備える電池を構成したときに電解液を保持しうるように、多孔質構造を有している。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of an electrode 10 according to an embodiment of the present invention. The electrode 10 includes a current collector (conductive support) 11 and an electrode active material layer 12 provided on the current collector 11. The electrode active material layer 12 includes an aggregate 13 substantially composed of an electrode active material and conductive particles. The aggregate 13 is fixed in the electrode active material layer 12 together with the binder 16. The binder 16 exists between the adjacent aggregates 13. The electrode active material layer 12 has a porous structure so that the electrolyte solution can be retained when a battery including the electrode 10 is configured.

本発明の特徴の一つは、電極活物質層12内において、電極活物質である重合体化合物が、導電性粒子の表面の一部を被覆して凝集することにより形成された凝集体(重合体被覆粒子)13として存在している点である。凝集体13は以下に説明する構造を備える。   One of the features of the present invention is that in the electrode active material layer 12, the polymer compound that is the electrode active material covers a part of the surface of the conductive particles and aggregates to form an aggregate (heavy layer). It is the point which exists as the coalescence covering particle | grain 13). The aggregate 13 has a structure described below.

図2は、活物質層12に含まれる凝集体13を拡大して模式的に示した図である。凝集体13は、電極活物質である重合体化合物14と、導電性粒子15とを含んでおり、重合体化合物14は導電性粒子15の表面の少なくとも一部を被覆している。つまり、重合体化合物14は導電性粒子15を覆う被膜の状態で存在している。さらに、凝集体13は内部に空隙13aを有している。本明細書において、重合体化合物14が導電性粒子15を被覆しているとは、重合体化合物14が導電性粒子15の表面に沿うような連続体として存在していることを指す。導電性粒子15の表面上において、重合体化合物14が均一な膜厚の連続体を形成している状態が好ましいが、連続体の膜厚が一定でなくてもよい。   FIG. 2 is an enlarged view schematically showing the aggregate 13 included in the active material layer 12. The aggregate 13 includes a polymer compound 14 that is an electrode active material and conductive particles 15, and the polymer compound 14 covers at least a part of the surface of the conductive particles 15. That is, the polymer compound 14 exists in a state of a film covering the conductive particles 15. Further, the aggregate 13 has a gap 13a inside. In the present specification, the polymer compound 14 covering the conductive particles 15 means that the polymer compound 14 exists as a continuous body along the surface of the conductive particles 15. Although it is preferable that the polymer compound 14 forms a continuous film having a uniform film thickness on the surface of the conductive particles 15, the film thickness of the continuous film may not be constant.

図2では、個々の導電性粒子15の断面が楕円で示されているが、導電性粒子15の形状は特に限定されない。導電性粒子15の形状は、例えば、球状、楕円体状、鱗片状、繊維状など、電極材料の導電助剤として一般に用いられる導電助剤の種々の形状の一つであってもよい。図2では、導電性粒子15の集まりによって構成される二次粒子を重合体化合物14が完全に被覆しているが、重合体化合物14は、当該二次粒子を完全に被覆している必要はなく、当該二次粒子の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。   In FIG. 2, the cross section of each conductive particle 15 is shown as an ellipse, but the shape of the conductive particle 15 is not particularly limited. The shape of the conductive particles 15 may be one of various shapes of conductive aids generally used as a conductive aid for electrode materials, such as a spherical shape, an ellipsoid shape, a scale shape, and a fiber shape. In FIG. 2, the polymer compound 14 completely covers the secondary particles constituted by the collection of the conductive particles 15, but the polymer compound 14 needs to completely cover the secondary particles. Instead, it is sufficient that at least a part of the surface of the secondary particles is covered.

凝集体13がこのような構造を備えているため、導電性粒子15と電極活物質である重合体化合物14との接触面積が増大し、重合体化合物14と導電性粒子15との間で酸化還元反応に伴う電子の移動が円滑に行われる。さらに、重合体化合物14の酸化還元反応も均一に起こりやすくなる。凝集体13は、結着剤を含まないことが好ましい。   Since the aggregate 13 has such a structure, the contact area between the conductive particles 15 and the polymer compound 14 as the electrode active material increases, and oxidation occurs between the polymer compound 14 and the conductive particles 15. Electrons move smoothly during the reduction reaction. Furthermore, the redox reaction of the polymer compound 14 is likely to occur uniformly. It is preferable that the aggregate 13 does not contain a binder.

重合体化合物14は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物である。重合体化合物14においてテトラカルコゲノフルバレン骨格を有する部分は、π共役電位雲を有し、酸化還元部位として機能する。テトラカルコゲノフルバレン骨格は、2電子酸化された状態でも安定である。それゆえ、当該骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物14は、安定して繰り返し酸化還元反応を行うことができる。テトラカルコゲノフルバレン骨格を含む分子は、分子量を大きくするほど有機溶媒に対する溶解度が低下する。高分子量を有する重合体化合物14が電極活物質として用いられているため、電極活物質の、有機溶媒を含む電解液への溶解が抑制され、繰り返し特性の劣化が抑制される。以上のとおり、重合体化合物14は蓄電材料として適し、重合体化合物14を電極活物質として用いることにより、優れた繰り返し特性が得られる。   The polymer compound 14 is a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit. A portion having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the polymer compound 14 has a π-conjugated potential cloud and functions as a redox site. The tetrachalcogenofulvalene skeleton is stable even in a two-electron oxidized state. Therefore, the polymer compound 14 having the skeleton as a repeating unit can stably perform a redox reaction repeatedly. A molecule including a tetrachalcogenofulvalene skeleton has a lower solubility in an organic solvent as the molecular weight is increased. Since the polymer compound 14 having a high molecular weight is used as the electrode active material, the dissolution of the electrode active material in the electrolytic solution containing the organic solvent is suppressed, and the deterioration of the repeated characteristics is suppressed. As described above, the polymer compound 14 is suitable as a power storage material, and excellent repeatability can be obtained by using the polymer compound 14 as an electrode active material.

重合体化合物14が酸化還元反応を行う場合、電解液中のアニオンは、電解液と接する重合体化合物14の表面から、重合体化合物14内の酸化還元部位の近傍にまで移動する必要がある。重合体化合物14内は、電解液中に比べてアニオンが移動しにくく、このことが充放電時の抵抗成分になりやすい。電解液と接する重合体化合物14の表面から重合体化合物14内の酸化還元部位までのアニオンの移動距離が短いほど、酸化還元反応は速く進行する。   When the polymer compound 14 undergoes a redox reaction, the anion in the electrolytic solution needs to move from the surface of the polymer compound 14 in contact with the electrolytic solution to the vicinity of the redox site in the polymer compound 14. In the polymer compound 14, anions are less likely to move than in the electrolytic solution, and this tends to be a resistance component during charging and discharging. The shorter the moving distance of the anion from the surface of the polymer compound 14 in contact with the electrolytic solution to the redox site in the polymer compound 14, the faster the redox reaction proceeds.

本実施形態によれば、活物質層12において重合体化合物14が薄膜の状態で存在するため、電解液と接する重合体化合物14の表面から重合体化合物14内の酸化還元部位までアニオンが移動する距離は短い。さらに、凝集体13内に空隙13aが存在するため、この空隙13aに電解液が浸入することによって、重合体化合物14と電解液との接触面積が拡大する。このため、重合体化合物14の内部に存在する酸化還元部位である、テトラカルコゲノフルバレン骨格を有する部分の近傍に、アニオンが到達し易くなり、電極10における抵抗成分を低減することができる。   According to this embodiment, since the polymer compound 14 exists in a thin film state in the active material layer 12, the anion moves from the surface of the polymer compound 14 in contact with the electrolytic solution to the redox site in the polymer compound 14. The distance is short. Furthermore, since the space | gap 13a exists in the aggregate 13, when the electrolyte solution permeates into this space | gap 13a, the contact area of the polymer compound 14 and electrolyte solution expands. For this reason, the anion easily reaches the vicinity of the portion having the tetrachalcogenofulvalene skeleton, which is a redox site present in the polymer compound 14, and the resistance component in the electrode 10 can be reduced.

通常、電極活物質として有機化合物を用い、電極内で当該有機化合物が導電性粒子を被覆している構造を実現するためには、以下のような方法が採用される。すなわち、電極活物質である有機化合物を溶媒に分散または溶解させ、導電性粒子と混合することにより、ペーストを作製する。集電体上にペーストを塗布して塗工膜を形成した後、塗工膜を乾燥させることにより、電極を作製することができる。しかし、このような方法で電極を作製する場合、活物質層の厚膜化が困難である。粘度の高いペーストを用いる場合、厚膜の塗工膜を形成することは可能であるが、組成の均一なペーストおよび塗工膜を得ることが難しいため、組成の均一な活物質層を得ることが困難である。粘度の低いペーストを用いる場合、重ね塗りなどにより厚膜の塗工膜を形成することが可能である。しかし、先の塗工および乾燥により固定化された下層の上にペーストを塗工した際、ペーストが下層中に浸透したり、ペースト中の溶媒が下層中の電極活物質を溶解または脱離させたりするため、組成および構造の均一な活物質層を得ることが困難である。   Usually, in order to realize a structure in which an organic compound is used as the electrode active material and the organic compound covers the conductive particles in the electrode, the following method is employed. That is, a paste is prepared by dispersing or dissolving an organic compound as an electrode active material in a solvent and mixing it with conductive particles. An electrode can be produced by applying a paste on a current collector to form a coating film and then drying the coating film. However, when an electrode is manufactured by such a method, it is difficult to increase the thickness of the active material layer. When using a paste with high viscosity, it is possible to form a thick coating film, but it is difficult to obtain a paste and coating film with a uniform composition, so an active material layer with a uniform composition is obtained. Is difficult. When a paste having a low viscosity is used, a thick coating film can be formed by overcoating or the like. However, when the paste is applied on the lower layer fixed by the previous coating and drying, the paste penetrates into the lower layer, or the solvent in the paste dissolves or desorbs the electrode active material in the lower layer. For this reason, it is difficult to obtain an active material layer having a uniform composition and structure.

これに対し、本実施形態では、凝集体13において、既に、電極活物質である重合体化合物14が導電性粒子15を被覆している構造が実現されている。凝集体13は単独の粒子として存在し、活物質層12は、凝集体13同士が結着剤16を用いて結合することにより形成されている。結着剤16と予め作製された凝集体13とを用いることにより、作製方法が制限されることなく、容易に活物質層12を形成し、電極10の構造を実現し、上述した効果を得ることができる。例えば、凝集体13および結着剤16を含む合剤を混練し、この合剤を集電体11上に圧延することにより、電極10を作製することができる。このような方法を用いて、活物質層12が均一な組成および構造を有したまま、活物質層12を厚膜化することもできる。   On the other hand, in the present embodiment, the aggregate 13 has already realized a structure in which the polymer compound 14 that is an electrode active material covers the conductive particles 15. Aggregates 13 exist as individual particles, and active material layer 12 is formed by bonding aggregates 13 together using binder 16. By using the binder 16 and the aggregate 13 prepared in advance, the manufacturing method is not limited, and the active material layer 12 is easily formed, the structure of the electrode 10 is realized, and the above-described effects are obtained. be able to. For example, the electrode 10 can be produced by kneading a mixture containing the aggregate 13 and the binder 16 and rolling the mixture onto the current collector 11. By using such a method, the active material layer 12 can be thickened while the active material layer 12 has a uniform composition and structure.

結着剤16の形状は、図1において線で示されているが、活物質層12における結着剤16の形状は特に限定されない。結着剤16は、線や網目状の構造を形成して凝集体13同士を結合していてもよく、凝集体13に接する小さな点の形状で凝集体13同士を結合していてもよい。   The shape of the binder 16 is indicated by a line in FIG. 1, but the shape of the binder 16 in the active material layer 12 is not particularly limited. The binder 16 may form a line or network structure to bond the aggregates 13 together, or may bind the aggregates 13 in the form of small dots that contact the aggregate 13.

凝集体13は、例えば、以下のような製造方法により得ることができる。まず、重合体化合物14を溶媒に溶解させるとともに、導電性粒子15を分散させることにより、活物質スラリーを調製する。次に、重合体化合物14で被覆された導電性粒子15の凝集体13が得られるように、活物質スラリーから溶媒を除去する。例えば、得られた活物質スラリーを支持体上に塗布することにより、塗布膜を形成する。この塗布膜を乾燥させることにより、シート状複合体を作製する。得られたシート状複合体を剥離および粉砕することにより、導電性粒子15が重合体化合物14により被覆された粒子、すなわち、凝集体13が得られる。別の方法では、上記と同様にして得られた活物質スラリーを噴霧乾燥させることにより、活物質スラリーから溶媒を除去する。この方法によっても凝集体13が得られる。凝集体13の粒子径を制御するためには、活物質スラリーを噴霧乾燥させることにより凝集体13を得る方法が好ましい。   The aggregate 13 can be obtained, for example, by the following manufacturing method. First, an active material slurry is prepared by dissolving the polymer compound 14 in a solvent and dispersing the conductive particles 15. Next, the solvent is removed from the active material slurry so that an aggregate 13 of the conductive particles 15 coated with the polymer compound 14 is obtained. For example, the obtained active material slurry is applied on a support to form a coating film. By drying this coating film, a sheet-like composite is produced. By peeling and pulverizing the obtained sheet-like composite, particles in which the conductive particles 15 are coated with the polymer compound 14, that is, the aggregates 13 are obtained. In another method, the solvent is removed from the active material slurry by spray drying the active material slurry obtained in the same manner as described above. Aggregates 13 are also obtained by this method. In order to control the particle size of the aggregate 13, a method of obtaining the aggregate 13 by spray drying the active material slurry is preferable.

活物質スラリーを調製するための溶媒としては、N−メチルピロリドン(NMP)、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(DMI)、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、クロロホルムなどの、重合体化合物14を溶解させることができる溶媒が挙げられる。後の工程で容易に除去できるという観点から、活物質スラリーを調製するための溶媒としては、NMP、DMIおよびTHFが好ましい。なお、導電性粒子15は溶媒に溶解しない。   As a solvent for preparing the active material slurry, N-methylpyrrolidone (NMP), 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), tetrahydrofuran (THF), toluene, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide Examples include (DMAc), dimethyl sulfoxide (DMSO), and a solvent that can dissolve the polymer compound 14 such as chloroform. From the viewpoint that it can be easily removed in a later step, NMP, DMI and THF are preferable as the solvent for preparing the active material slurry. The conductive particles 15 are not dissolved in the solvent.

凝集体13内に占める重合体化合物14の重量比率は、1〜90%が好ましい。重合体化合物14の重量比率が1%以下であると、活物質層12に占める電極活物質の割合が低いため、高容量な電極10を実現できないことがある。重合体化合物14の重量比率が90%以上であると、導電性粒子15を被覆する重合体化合物14の膜厚が大きくなる。このため、導電性粒子15を被覆している電極活物質14において電子伝導性を十分に確保することが困難になり、活物質層12全体で均一に充放電を行うことが困難になる。このような観点から、凝集体13内に占める重合体化合物14の重量比率は、1〜90%が好ましく、10〜50%がより好ましい。   The weight ratio of the polymer compound 14 in the aggregate 13 is preferably 1 to 90%. When the weight ratio of the polymer compound 14 is 1% or less, since the ratio of the electrode active material in the active material layer 12 is low, the high-capacity electrode 10 may not be realized. When the weight ratio of the polymer compound 14 is 90% or more, the film thickness of the polymer compound 14 covering the conductive particles 15 increases. For this reason, it becomes difficult to ensure sufficient electron conductivity in the electrode active material 14 covering the conductive particles 15, and it becomes difficult to uniformly charge and discharge the entire active material layer 12. From such a viewpoint, the weight ratio of the polymer compound 14 in the aggregate 13 is preferably 1 to 90%, and more preferably 10 to 50%.

次に、電極活物質である重合体化合物14について説明する。上述したように、重合体化合物14は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体である。テトラカルコゲノフルバレン骨格は繰り返し単位の主鎖に含まれていてもよく、側鎖に含まれていてもよい。テトラカルコゲノフルバレン骨格を有する部分の構造は、例えば、下記式(2)で表される。   Next, the polymer compound 14 which is an electrode active material will be described. As described above, the polymer compound 14 is a polymer having a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit. The tetrachalcogenofulvalene skeleton may be contained in the main chain of the repeating unit or may be contained in the side chain. The structure of the portion having a tetrachalcogenofulvalene skeleton is represented, for example, by the following formula (2).

式(2)中、X1、X2、X3、およびX4は、それぞれ独立して、硫黄原子、酸素原子、セレン原子、またはテルル原子である。Ra、Rb、Rc、およびRdから選ばれる1つまたは2つは、重合体の主鎖または側鎖の他の部分と結合するための結合手である。Ra、Rb、Rc、およびRdから選ばれる、残りの3つまたは2つは、それぞれ独立して、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、ニトロソ基、またはアルキルチオ基である。鎖状の脂肪族基および環状の脂肪族基は、それぞれ、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。RaとRbとは、互いに結合して環を形成していてもよく、また、RcとRdとは、互いに結合して環を形成していてもよい。 In the formula (2), X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are each independently a sulfur atom, an oxygen atom, a selenium atom, or a tellurium atom. One or two selected from Ra, Rb, Rc, and Rd is a bond for bonding to the other part of the main chain or side chain of the polymer. The remaining three or two selected from Ra, Rb, Rc and Rd are each independently a chain aliphatic group, cyclic aliphatic group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group , A nitro group, a nitroso group, or an alkylthio group. Each of the chain-like aliphatic group and the cyclic aliphatic group may contain at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, and a boron atom. Ra and Rb may be bonded to each other to form a ring, and Rc and Rd may be bonded to each other to form a ring.

[繰り返し単位の主鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格が含まれる場合]
まず、繰り返し単位の主鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体化合物14について説明する。テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位の主鎖に含む重合体化合物14は、式(2)で表されるテトラカルコゲノフルバレン骨格が主鎖に含まれる限り、テトラカルコゲノフルバレン骨格を有するモノマーとその他の化学構造を有するモノマーとの共重合体であってもよい。
[When the main chain of the repeating unit contains a tetrachalcogenofulvalene skeleton]
First, the polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain of the repeating unit will be described. The polymer compound 14 including the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain of the repeating unit has a tetrachalcogenofulvalene skeleton as long as the tetrachalcogenofulvalene skeleton represented by the formula (2) is included in the main chain. It may be a copolymer of a monomer and a monomer having another chemical structure.

高いエネルギー密度を得るためには、テトラカルコゲノフルバレン骨格同士が直接結合することにより、重合体化合物14の主鎖が構成されていることが好ましい。この場合、重合体化合物14は、例えば、いずれもテトラカルコゲノフルバレン骨格を含み、かつ、置換基が互いに異なる2種以上のモノマーを共重合させた重合体である。このような共重合体としては、以下の式(3)および(4)に示す2種の繰り返し単位が記号*において互いに結合した共重合体が挙げられる。   In order to obtain a high energy density, it is preferable that the main chain of the polymer compound 14 is formed by directly bonding the tetrachalcogenofulvalene skeletons to each other. In this case, the polymer compound 14 is, for example, a polymer obtained by copolymerizing two or more monomers each having a tetrachalcogenofulvalene skeleton and having different substituents. Examples of such a copolymer include a copolymer in which two types of repeating units represented by the following formulas (3) and (4) are bonded to each other at the symbol *.

式(3)および(4)において、Xは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R5〜R8は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、R5およびR6の組み合わせはR7およびR8の組み合わせと異なる。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In formulas (3) and (4), X is independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R5 to R8 are each independently a chain saturated hydrocarbon group, a chain. An unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group. Yes, the combination of R5 and R6 is different from the combination of R7 and R8. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

上記共重合体は、テトラカルコゲノフルバレン骨格に結合した置換基が互いに異なる2種の繰り返し単位からなり、その主鎖は、テトラカルコゲノフルバレン骨格の1、4位同士が直接結合することにより形成されている。したがって、1分子中に占める酸化還元部位の割合が高いため、このような重合体化合物14は蓄電材料として高いエネルギー密度で電荷を蓄積することができる。   The copolymer is composed of two types of repeating units with different substituents bonded to the tetrachalcogenofulvalene skeleton, and the main chain is directly bonded to positions 1 and 4 of the tetrachalcogenofulvalene skeleton. It is formed by. Therefore, since the ratio of the oxidation-reduction site | part occupied in 1 molecule is high, such a polymer compound 14 can accumulate | store an electric charge with a high energy density as an electrical storage material.

式(3)および(4)で表される繰り返し単位からなる共重合体は、ブロック共重合体、交互共重合体およびランダム共重合体のいずれであってもよい。ブロック共重合体は、式(3)で表される繰り返し単位が複数直接結合したユニットと、式(4)で表される繰り返し単位が複数直接結合したユニットとが交互に配列した構造を有する。交互共重合体は、式(3)で表される繰り返し単位および式(4)で表される繰り返し単位が交互に配列した構造を有する。ランダム共重合体は、式(3)で表される繰り返し単位および式(4)で表される繰り返し単位がランダムに配列した構造を有する。   The copolymer composed of the repeating units represented by the formulas (3) and (4) may be any of a block copolymer, an alternating copolymer, and a random copolymer. The block copolymer has a structure in which units in which a plurality of repeating units represented by the formula (3) are directly bonded and units in which a plurality of repeating units represented by the formula (4) are directly bonded are alternately arranged. The alternating copolymer has a structure in which repeating units represented by the formula (3) and repeating units represented by the formula (4) are alternately arranged. The random copolymer has a structure in which the repeating unit represented by the formula (3) and the repeating unit represented by the formula (4) are randomly arranged.

式(3)および(4)で表される繰り返し単位からなる共重合体は、例えば、式(3)におけるR5およびR6がフェニル基であり、式(4)におけるR7およびR8が鎖状炭化水素基である共重合体である。具体的には、重合体化合物14は、式(3)および(4)中のXが硫黄原子であり、R5およびR6がフェニル基であり、R7およびR8がデシル基である、以下の式(5)で示される共重合体であってもよい。   The copolymer composed of repeating units represented by formulas (3) and (4) is, for example, that R5 and R6 in formula (3) are phenyl groups, and R7 and R8 in formula (4) are chain hydrocarbons. It is a copolymer that is a group. Specifically, the polymer compound 14 has the following formula (3), wherein X in the formulas (3) and (4) is a sulfur atom, R5 and R6 are phenyl groups, and R7 and R8 are decyl groups. It may be a copolymer represented by 5).

式(5)中、nとmとの和は重合度を示し、2以上の整数である。2つのテトラカルコゲノフルバレン骨格を有する繰り返し単位は、規則的に配列されていてもよいし、ランダムに配列されていてもよい。nとmとの比は任意である。重合体が電解液に溶解しないよう、重合体の分子量は大きいことが好ましい。具体的には、テトラカルコゲノフルバレン骨格を4以上含むことが好ましい。すなわち、重合体化合物14が式(5)で表されるような共重合体である場合、重合度(nとmとの和)は、4以上であることが好ましい。   In formula (5), the sum of n and m represents the degree of polymerization and is an integer of 2 or more. The repeating units having two tetrachalcogenofulvalene skeletons may be regularly arranged or randomly arranged. The ratio between n and m is arbitrary. The molecular weight of the polymer is preferably large so that the polymer does not dissolve in the electrolyte. Specifically, it is preferable that four or more tetrachalcogenofulvalene skeletons are included. That is, when the polymer compound 14 is a copolymer represented by the formula (5), the degree of polymerization (the sum of n and m) is preferably 4 or more.

テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は以下の式(6)で表される重合体であってもよい。   The polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain may be a polymer represented by the following formula (6).

式(6)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R5およびR6は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種である。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。R9は、アセチレン骨格またはチオフェン骨格を含む、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基であり、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (6), four X's are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R5 and R6 are each independently a chain saturated hydrocarbon group, It is at least one selected from the group consisting of a saturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group. The chain saturated hydrocarbon group, the chain unsaturated hydrocarbon group, the cyclic saturated hydrocarbon group, and the cyclic unsaturated hydrocarbon group are each at least one selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. Including species. R9 is a chain unsaturated hydrocarbon group or a cyclic unsaturated hydrocarbon group containing an acetylene skeleton or a thiophene skeleton, and is at least one selected from the group consisting of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. Including species.

式(6)で表される重合体の主鎖には、R9で表されるリンカーとテトラカルコゲノフルバレン骨格とが交互に配置されている。R9は、上述したように、アセチレン骨格またはチオフェン骨格を含む、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基である。R9がこのように配置されていることにより、テトラカルコゲノフルバレン骨格間の電子的な相互作用を抑制し、各テトラカルコゲノフルバレン骨格における電気化学的な酸化還元反応の安定性を高めることができる。その結果、重合体化合物14におけるすべてのテトラカルコゲノフルバレン骨格が可逆的な酸化還元反応を行うことができ、高い容量の電極活物質を実現できる。   In the main chain of the polymer represented by the formula (6), the linker represented by R9 and the tetrachalcogenofulvalene skeleton are alternately arranged. As described above, R9 is a chain unsaturated hydrocarbon group or a cyclic unsaturated hydrocarbon group containing an acetylene skeleton or a thiophene skeleton. By arranging R9 in this way, the electronic interaction between the tetrachalcogenofulvalene skeletons is suppressed, and the stability of the electrochemical redox reaction in each tetrachalcogenofulvalene skeleton is enhanced. Can do. As a result, all tetrachalcogenofulvalene skeletons in the polymer compound 14 can perform a reversible oxidation-reduction reaction, and a high capacity electrode active material can be realized.

テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は、例えば、式(6)において、Xが硫黄原子であり、R5およびR6がフェニル基であり、R9が下記式(7)に示す構造を備える、以下の式(8)に示す重合体である。式(7)における記号*は結合の端点を表す。   For example, in the polymer compound 14 including a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain, in the formula (6), X is a sulfur atom, R5 and R6 are phenyl groups, and R9 is represented by the following formula (7). It is a polymer shown in the following formula (8) having a structure. The symbol * in formula (7) represents the end point of the bond.

テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は、式(6)におけるR9が下記式(9−a)〜(9−c)のいずれかに示す構造を備える重合体であってもよい。式(9−a)〜(9−c)における記号*は結合の端点を表す。   The polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain is a polymer having a structure in which R9 in the formula (6) is represented by any one of the following formulas (9-a) to (9-c). Also good. The symbol * in the formulas (9-a) to (9-c) represents a bonding end point.

式(6)におけるR9が式(9−a)で表される構造を備える重合体化合物14は、例えば、以下の式(10)に示す重合体である。   The polymer compound 14 having a structure in which R9 in the formula (6) is represented by the formula (9-a) is, for example, a polymer represented by the following formula (10).

式(10)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R5、R6およびR10〜R13は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (10), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R5, R6 and R10 to R13 are each independently a chain saturated hydrocarbon group. , At least one selected from the group consisting of a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group Including species. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

式(6)におけるR9が式(9−b)で表される構造を備える重合体化合物14は、例えば、以下の式(11)に示す重合体である。   The polymer compound 14 having a structure in which R9 in the formula (6) is represented by the formula (9-b) is, for example, a polymer represented by the following formula (11).

式(11)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R5、R6、R10〜R12およびR14は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (11), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R5, R6, R10 to R12 and R14 are each independently a chain saturated carbonization. Selected from the group consisting of hydrogen group, chain unsaturated hydrocarbon group, cyclic saturated hydrocarbon group, cyclic unsaturated hydrocarbon group, phenyl group, hydrogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, nitro group and nitroso group Contains at least one. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

式(10)で表される重合体は、例えば、式(10)において、Xが硫黄原子であり、R5およびR6が、チオヘキシル基、メチル基またはデシル基であり、R10〜R13が水素原子である、以下の式(12)、(13)または(14)に示す重合体である。   In the polymer represented by the formula (10), for example, in the formula (10), X is a sulfur atom, R5 and R6 are a thiohexyl group, a methyl group, or a decyl group, and R10 to R13 are hydrogen atoms. A polymer represented by the following formula (12), (13) or (14).

式(10)で表される重合体は、式(10)において、Xが硫黄原子であり、R5およびR6がフェニル基であり、R10およびR13がメトキシ基であり、R11およびR12が水素原子である、以下の式(15)に示す重合体であってもよい。   In the polymer represented by the formula (10), in the formula (10), X is a sulfur atom, R5 and R6 are phenyl groups, R10 and R13 are methoxy groups, and R11 and R12 are hydrogen atoms. There may be a polymer represented by the following formula (15).

式(11)で表される重合体は、式(11)において、Xが硫黄原子であり、R5およびR6が、メチル基またはフェニル基であり、R10〜R12およびR14が水素原子である、以下の式(16)または(17)に示す重合体であってもよい。   In the polymer represented by the formula (11), in the formula (11), X is a sulfur atom, R5 and R6 are a methyl group or a phenyl group, and R10 to R12 and R14 are hydrogen atoms, A polymer represented by the formula (16) or (17) may be used.

あるいは、式(6)におけるR9は、チオフェン骨格を含む下記式(18)〜(22)に示すいずれかの構造を備えていてもよい。式(18)〜(22)における記号*は結合の端点を表す。   Alternatively, R9 in formula (6) may have any structure shown in the following formulas (18) to (22) including a thiophene skeleton. The symbol * in the formulas (18) to (22) represents the end point of the bond.

具体的には、式(6)で表される重合体は、式(6)において、Xが硫黄原子であり、R9が式(18)〜(22)で表されるいずれかの構造を備える、下記式(23)〜(30)に示す重合体であってもよい。   Specifically, the polymer represented by the formula (6) has any structure in which X is a sulfur atom and R9 is represented by the formulas (18) to (22) in the formula (6). The polymers shown in the following formulas (23) to (30) may also be used.

重合体化合物14が電解液に溶解しないよう、重合体合物14はテトラカルコゲノフルバレン骨格を4以上含むことが好ましい。すなわち、式(23)〜(30)におけるnおよび式(30)におけるmはいずれも4以上であることが好ましい。式(30)で表される重合体において、テトラチアフルバレン骨格を有する繰り返し単位とチオフェン骨格を有する繰り返し単位とは規則的に配列されていてもよいし、ランダムに配列されていてもよい。nとmとの比は任意である。   The polymer compound 14 preferably contains four or more tetrachalcogenofulvalene skeletons so that the polymer compound 14 does not dissolve in the electrolytic solution. That is, it is preferable that both n in the formulas (23) to (30) and m in the formula (30) are 4 or more. In the polymer represented by the formula (30), the repeating unit having a tetrathiafulvalene skeleton and the repeating unit having a thiophene skeleton may be regularly arranged or randomly arranged. The ratio between n and m is arbitrary.

これまで説明してきた重合体の主鎖は、式(1)におけるR1およびR3、つまり、テトラカルコゲノフルバレン骨格の1位および4位を結合手とするテトラカルコゲノフルバレン骨格によって構成されていた。しかし、テトラカルコゲノフルバレン骨格は、式(1)におけるR1およびR2(またはR3およびR4)、つまり、テトラカルコゲノフルバレン骨格の1位および2位(または3位および4位)を結合手として、重合体の主鎖を構成していてもよい。テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は、下記式(31)に示す重合体であってもよい。   The main chain of the polymer described so far is composed of R1 and R3 in the formula (1), that is, a tetrachalcogenofulvalene skeleton having bonds at the 1st and 4th positions of the tetrachalcogenofulvalene skeleton. It was. However, the tetrachalcogenofulvalene skeleton is a bond between R1 and R2 (or R3 and R4) in formula (1), that is, the 1st and 2nd positions (or 3rd and 4th positions) of the tetrachalcogenofulvalene skeleton. As above, it may constitute the main chain of the polymer. The polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain may be a polymer represented by the following formula (31).

式(31)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R15およびR16は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種である。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。R27は、アセチレン骨格および/またはチオフェン骨格を含む、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基であり、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (31), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R15 and R16 are each independently a chain saturated hydrocarbon group, It is at least one selected from the group consisting of a saturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group. R27 is a chain unsaturated hydrocarbon group or a cyclic unsaturated hydrocarbon group containing an acetylene skeleton and / or a thiophene skeleton, and is selected from the group consisting of carbon atoms, oxygen atoms, nitrogen atoms, sulfur atoms and silicon atoms. Contains at least one.

具体的には、式(31)におけるR27は、下記式(7)および(9−a)〜(9−c)のいずれかに示す構造を備えていてもよい。式(7)および(9−a)〜(9−c)における記号*は結合の端点を表す。   Specifically, R27 in the formula (31) may have a structure represented by any of the following formulas (7) and (9-a) to (9-c). The symbol * in the formulas (7) and (9-a) to (9-c) represents an end point of the bond.

式(9−a)、(9−b)および(9−c)において、R10〜R14は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formulas (9-a), (9-b) and (9-c), R10 to R14 each independently represent a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, or a cyclic saturated hydrocarbon group. , At least one selected from the group consisting of a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group and a nitroso group. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

式(31)で表される重合体は、式(31)におけるR27が式(9−a)で表される構造を備える、式(32)に示す重合体であってもよい。   The polymer represented by the formula (31) may be a polymer represented by the formula (32) having a structure in which R27 in the formula (31) is represented by the formula (9-a).

式(32)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R15〜R20は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In formula (32), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R15 to R20 each independently represent a chain saturated hydrocarbon group, It includes at least one selected from the group consisting of a saturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

式(32)で表される重合体は、式(32)において、Xが硫黄原子であり、R15およびR16がチオヘキシル基であり、R17〜R20が水素原子である、下記式(33)に示す重合体であってもよい。   The polymer represented by the formula (32) is represented by the following formula (33), in which X is a sulfur atom, R15 and R16 are thiohexyl groups, and R17 to R20 are hydrogen atoms in the formula (32). It may be a polymer.

式(31)で表される重合体は、式(31)におけるR27が式(9−b)で表される構造を備える、下記式(34)に示す重合体であってもよい。   The polymer represented by the formula (31) may be a polymer represented by the following formula (34) having a structure in which R27 in the formula (31) is represented by the formula (9-b).

式(34)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R15〜R19およびR21は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (34), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R15 to R19 and R21 each independently represent a chain saturated hydrocarbon group, a chain At least one selected from the group consisting of a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group and a nitroso group Including. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group.

テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は、下記式(35)に示す重合体であってもよい。   The polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain may be a polymer represented by the following formula (35).

式(35)中、4つのXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、セレン原子またはテルル原子であり、R15、R16、R23およびR24は、それぞれ独立して、鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基、環状不飽和炭化水素基、フェニル基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基およびニトロソ基からなる群より選ばれる少なくとも1種である。鎖状飽和炭化水素基、鎖状不飽和炭化水素基、環状飽和炭化水素基および環状不飽和炭化水素基は、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。R22およびR25は、それぞれ独立して、アセチレン骨格および/またはチオフェン骨格を含む、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基であり、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子およびケイ素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む。   In the formula (35), four Xs are each independently an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom, and R15, R16, R23 and R24 are each independently a chain saturated hydrocarbon group. , At least one selected from the group consisting of a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, a cyclic unsaturated hydrocarbon group, a phenyl group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a nitroso group It is a seed. A chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and a cyclic unsaturated hydrocarbon group are each independently composed of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and a silicon atom. It contains at least one selected from the group. R22 and R25 each independently represents a chain unsaturated hydrocarbon group or a cyclic unsaturated hydrocarbon group containing an acetylene skeleton and / or a thiophene skeleton, and includes a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and silicon. It contains at least one selected from the group consisting of atoms.

式(35)において、R22およびR25は、下記式(7)に示す構造を備えていてもよい。この場合、式(35)で表される重合体は、例えば、式(35)において、Xが硫黄原子であり、R15およびR16がチオヘキシル基であり、R23およびR24がフェニル基である、下記式(36)に示す重合体である。   In the formula (35), R22 and R25 may have a structure represented by the following formula (7). In this case, the polymer represented by the formula (35) is, for example, the following formula in which, in the formula (35), X is a sulfur atom, R15 and R16 are thiohexyl groups, and R23 and R24 are phenyl groups. It is a polymer shown in (36).

上述したように、テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物14は、電解液に溶解しないよう、テトラカルコゲノフルバレン骨格を4以上含むことが好ましい。すなわち、式(36)におけるnは2以上であることが好ましい。   As described above, the polymer compound 14 including the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain preferably includes four or more tetrachalcogenofulvalene skeletons so as not to dissolve in the electrolytic solution. That is, n in Formula (36) is preferably 2 or more.

式(6)で表される重合体と同様に、式(31)および(35)で表される重合体でも、アセチレン骨格やチオフェン骨格を含む、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基と、テトラカルコゲノフルバレン骨格とが交互に結合して主鎖を構成している。このため、鎖状不飽和炭化水素基または環状不飽和炭化水素基がテトラカルコゲノフルバレン骨格間の電子的な相互作用を抑制し、各テトラカルコゲノフルバレン骨格における電気化学的な酸化還元反応の安定性を高めることができる。その結果、重合体における全てのテトラカルコゲノフルバレン骨格が可逆的な酸化還元反応を行うことができ、高い容量の電極活物質を実現することができる。   Similar to the polymer represented by the formula (6), the polymer represented by the formulas (31) and (35) also includes a chain unsaturated hydrocarbon group or a cyclic unsaturated hydrocarbon containing an acetylene skeleton or a thiophene skeleton. A hydrogen group and a tetrachalcogenofulvalene skeleton are alternately bonded to form a main chain. For this reason, chain unsaturated hydrocarbon groups or cyclic unsaturated hydrocarbon groups suppress electronic interaction between tetrachalcogenofulvalene skeletons, and electrochemical redox reactions in each tetrachalcogenofulvalene skeleton Can improve the stability. As a result, all tetrachalcogenofulvalene skeletons in the polymer can perform a reversible oxidation-reduction reaction, and a high-capacity electrode active material can be realized.

上述の各重合体化合物14は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を含むモノマーを重合させることにより合成することができる。上述した構造を有する限り、どのような方法で重合体化合物14を合成してもよい。しかし、重合中の活性な結合手の転位を防止し、規則性の高い重合体化合物14を形成するためには、カップリング反応による重合によって重合体化合物14を合成することが好ましい。具体的には、上述したような繰り返し単位の構造を有し、かつ、結合手となる位置にハロゲン基またはその他の官能基を有するモノマーを、薗頭カップリング反応またはその他のカップリング反応により重合させ、重合体化合物14を合成することが好ましい。   Each polymer compound 14 described above can be synthesized by polymerizing a monomer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton. As long as it has the structure described above, the polymer compound 14 may be synthesized by any method. However, in order to prevent dislocation of active bonds during polymerization and to form a highly regular polymer compound 14, it is preferable to synthesize the polymer compound 14 by polymerization by a coupling reaction. Specifically, a monomer having a repeating unit structure as described above and having a halogen group or other functional group at a position serving as a bond is polymerized by Sonogashira coupling reaction or other coupling reaction. The polymer compound 14 is preferably synthesized.

[繰り返し単位の側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格が含まれる場合]
次に、繰り返し単位の側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体化合物14について説明する。繰り返し単位の側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体化合物14は、テトラカルコゲノフルバレン骨格を酸化還元部位として側鎖に有する第1ユニットと、酸化還元反応部位を側鎖に有さない第2ユニットとの共重合体である。第1ユニットは、具体的には、式(2)で表される構造を側鎖に有する。第2ユニットは、具体的には、式(2)で表される構造が酸化還元反応を行う電位の範囲において電気化学的に酸化還元反応を行う部位を側鎖に有さない。
[When the side chain of the repeating unit contains a tetrachalcogenofulvalene skeleton]
Next, the polymer compound 14 containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain of the repeating unit will be described. The polymer compound 14 having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain of the repeating unit has a first unit having the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain as a redox site, and a redox reaction site in the side chain. It is a copolymer with no second unit. Specifically, the first unit has a structure represented by the formula (2) in the side chain. Specifically, the second unit does not have, in the side chain, a site where the structure represented by the formula (2) electrochemically performs a redox reaction within a potential range where the redox reaction is performed.

テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に含む場合、側鎖に位置するテトラカルコゲノフルバレン骨格同士が互いに近接し易くなる。テトラカルコゲノフルバレン骨格同士が互いに近接している場合、酸化還元反応時に、対アニオンのテトラカルコゲノフルバレン骨格への移動経路を確保することが困難になり、酸化還元反応が円滑に行われ難くなる。そのうえ、テトラカルコゲノフルバレン骨格の安定な酸化状態が得られ難くなるため、酸化反応が進行し難くなる。これは活物質の反応に対する抵抗となる。それゆえ、酸化還元部位を側鎖に有しない第2ユニットを、テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に有する第1ユニットと共重合させる。これにより、酸化還元部位であるテトラカルコゲノフルバレン骨格の近傍における立体障害が低減され、酸化還元部位が酸化した際に対アニオンが酸化還元部位に接近および配位し易くなり、活物質反応に対する抵抗が低減される。   When the tetrachalcogenofulvalene skeleton is included in the side chain, the tetrachalcogenofulvalene skeletons located in the side chain are likely to be close to each other. When the tetrachalcogenofulvalene skeletons are close to each other, it becomes difficult to secure a movement path of the counter anion to the tetrachalcogenofulvalene skeleton during the oxidation-reduction reaction, and the oxidation-reduction reaction is performed smoothly. It becomes difficult. In addition, since it is difficult to obtain a stable oxidation state of the tetrachalcogenofulvalene skeleton, the oxidation reaction hardly proceeds. This is a resistance to the reaction of the active material. Therefore, the second unit having no redox site in the side chain is copolymerized with the first unit having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain. This reduces steric hindrance in the vicinity of the tetrachalcogenofulvalene skeleton, which is a redox site, and when the redox site is oxidized, the counter anion tends to approach and coordinate with the redox site, thereby preventing the active material reaction. Resistance is reduced.

主鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体は、活物質スラリーを調製するための溶媒である、NMP、DMI、THFなどの溶媒に対して比較的高い溶解性を有する。なぜなら、分子中で互いに最も近くにあるテトラカルコゲノフルバレン骨格同士が重なり難いからである。これに対し、側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体の場合、特に、第2ユニットを含まない場合、隣り合う側鎖に位置するテトラカルコゲノフルバレン骨格同士がスタックし易い。そのため、側鎖にテトラカルコゲノフルバレン骨格を含む重合体の、これらの溶媒に対する溶解性は低くなる傾向にある。これらの溶媒に対する溶解性が低い重合体を用いた場合、重合体が溶解した活物質スラリーの調製が困難になり、凝集体13の作製が困難になる。それゆえ、テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に有しない第2ユニットを、テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に有する第1ユニットと共重合させる。これにより、テトラカルコゲノフルバレン骨格同士がスタックすることを防ぎ、活物質スラリーを調製するための溶媒に対する重合体の溶解性を向上させることができる。   A polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain has a relatively high solubility in solvents such as NMP, DMI, and THF, which are solvents for preparing an active material slurry. This is because the tetrachalcogenofulvalene skeletons closest to each other in the molecule are difficult to overlap. On the other hand, in the case of a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain, particularly when the second unit is not included, the tetrachalcogenofulvalene skeletons located in adjacent side chains are easily stacked. Therefore, the solubility of these polymers containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain tends to be low. When a polymer having low solubility in these solvents is used, it becomes difficult to prepare an active material slurry in which the polymer is dissolved, and it becomes difficult to produce the aggregate 13. Therefore, the second unit having no tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain is copolymerized with the first unit having the tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain. Thereby, tetrachalcogenofulvalene skeletons can be prevented from stacking and the solubility of the polymer in the solvent for preparing the active material slurry can be improved.

第1ユニットと第2ユニットとの共重合体である重合体化合物14において、第2ユニットの側鎖は、後述の電解液に用いられる非水溶媒である、非プロトン性極性溶媒に対して親和性を有する官能基を含むことが好ましい。これにより、溶媒和した対アニオンが酸化還元部位の近傍に接近し易くなる。このような化学的特性を有する官能基としては、酸素含有官能基であるエステル基、エーテル基およびカルボニル基;窒素含有官能基であるシアノ基、ニトロ基およびニトロキシル基;炭素および水素からなる官能基であるアルキル基およびフェニル基;硫黄含有官能基であるアルキルチオ基、スルホン基およびスルホキシド基などが挙げられる。第2ユニットの側鎖は、これらの官能基から選ばれる少なくとも1種を含んでいることが好ましく、2種以上含んでいてもよい。これらの官能基の中でも、第2ユニットの側鎖は、非プロトン性極性溶媒との親和性の高い、エステル基、エーテル基およびカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。   In the polymer compound 14 which is a copolymer of the first unit and the second unit, the side chain of the second unit has an affinity for an aprotic polar solvent which is a nonaqueous solvent used in an electrolyte solution described later. It is preferable that the functional group which has property is included. This makes it easier for the solvated counter anion to approach the vicinity of the redox site. Functional groups having such chemical properties include oxygen-containing functional groups such as ester groups, ether groups and carbonyl groups; nitrogen-containing functional groups such as cyano groups, nitro groups and nitroxyl groups; functional groups consisting of carbon and hydrogen. An alkyl group and a phenyl group, and a sulfur-containing functional group such as an alkylthio group, a sulfone group, and a sulfoxide group. The side chain of the second unit preferably contains at least one selected from these functional groups, and may contain two or more. Among these functional groups, the side chain of the second unit preferably contains at least one selected from the group consisting of an ester group, an ether group, and a carbonyl group, which has a high affinity with an aprotic polar solvent.

エステル基、エーテル基、カルボニル基、スルホン基およびスルホキシド基の末端部は、特に限定されないが、メチル基、エチル基のような炭素数の少ないアルキル基、または芳香族基であることが望ましい。好ましいエステル基としては、(−COO−CH3)、(−COO−C25)で表されるアルキルエステルや、フェニルエステル(−COO−C65)などが挙げられる。好ましいエーテル基としては、(−O−CH3)、(−O−C25)で表されるアルキルエーテルや、フェニルエ―テル(−O−C65)などが挙げられる。好ましいカルボニル基としては、(−C(=O)−CH3)、(−C(=O)−C25)、(−C(=O)−C65)などが挙げられる。好ましいスルホン基としては、(−S(=O)2−CH3)、(−S(=O)2−C25)、(−S(=O)2−C65)などが挙げられる。好ましいスルホキシド基としては、(−S(=O)−CH3)、(−S(=O)−C25)、(−S(=O)−C65)などが挙げられる。 The terminal portion of the ester group, ether group, carbonyl group, sulfone group and sulfoxide group is not particularly limited, but is preferably an alkyl group having a small number of carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group, or an aromatic group. Preferred ester groups include alkyl esters represented by (—COO—CH 3 ) and (—COO—C 2 H 5 ), phenyl esters (—COO—C 6 H 5 ), and the like. Preferable ether groups include alkyl ethers represented by (—O—CH 3 ) and (—O—C 2 H 5 ), phenyl ether (—O—C 6 H 5 ), and the like. Preferred examples of the carbonyl group include (—C (═O) —CH 3 ), (—C (═O) —C 2 H 5 ), (—C (═O) —C 6 H 5 ), and the like. Preferred sulfone groups include (—S (═O) 2 —CH 3 ), (—S (═O) 2 —C 2 H 5 ), (—S (═O) 2 —C 6 H 5 ), and the like. Can be mentioned. Preferred sulfoxide groups include (—S (═O) —CH 3 ), (—S (═O) —C 2 H 5 ), (—S (═O) —C 6 H 5 ), and the like.

第1ユニットと第2ユニットとの共重合体である重合体化合物14の主鎖は、特に限定されず、炭素原子、酸素原子、窒素原子および硫黄原子からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む3価残基を繰り返し単位として含む。繰り返し単位は、炭素数1〜10の、飽和脂肪族基または不飽和脂肪族基を置換基として含んでいてもよい。具体的には、重合体化合物14の主鎖として、飽和炭化水素であるポリエチレン、ポリプロピレン;不飽和炭化水素であるポリアセチレン;芳香族を含むポリカーボネート、ポリスチレン;これらが有するプロトンの一部がハロゲンに置換されたもの;などが挙げられる。   The main chain of the polymer compound 14 that is a copolymer of the first unit and the second unit is not particularly limited, and includes at least one selected from the group consisting of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, and a sulfur atom. Trivalent residues are included as repeating units. The repeating unit may contain a saturated aliphatic group or an unsaturated aliphatic group having 1 to 10 carbon atoms as a substituent. Specifically, as the main chain of the polymer compound 14, polyethylene or polypropylene which is a saturated hydrocarbon; polyacetylene which is an unsaturated hydrocarbon; polycarbonate or polystyrene containing an aromatic; some of these protons are substituted by halogen And so on.

第1ユニットおよび第2ユニットからなる共重合体である重合体化合物14の重合度は、重合体化合物14が電解液に溶解しないよう、大きいことが好ましい。具体的には、当該共重合体に含まれる第1ユニットおよび第2ユニットの数の合計が4以上、つまり、重合度が4以上であることが好ましい。これにより、電解液に溶けにくい蓄電材料が実現する。より好ましくは、重合体化合物14の重合度は、10以上であり、さらに好ましくは、20以上4000以下である。   The degree of polymerization of the polymer compound 14 which is a copolymer composed of the first unit and the second unit is preferably large so that the polymer compound 14 does not dissolve in the electrolytic solution. Specifically, it is preferable that the total number of first units and second units contained in the copolymer is 4 or more, that is, the degree of polymerization is 4 or more. As a result, a power storage material that does not easily dissolve in the electrolyte is realized. More preferably, the polymerization degree of the polymer compound 14 is 10 or more, and more preferably 20 or more and 4000 or less.

第2ユニットの側鎖が、非プロトン性極性溶媒に対して親和性を有する官能基である場合、第2ユニットの側鎖の種類や、第1ユニットのユニット数nに対する第2ユニットのユニット数mの構成比率m/nによって、共重合体全体の非プロトン性極性溶媒に対する親和性を制御することができる。ここで、m、nは1以上の整数である。本明細書において、共重合体の構成比率m/nとは、共重合体を構成する第2ユニットの総数mを第1ユニットの総数nで割った値の平均値を意味する。第2ユニットの側鎖が、非プロトン性極性溶媒に対して親和性を有する官能基である場合、特定の非プロトン性極性溶媒に対する共重合体の親和性が大きく向上し、重合度が10以上であっても共重合体が当該溶媒に溶解することがある。   When the side chain of the second unit is a functional group having an affinity for an aprotic polar solvent, the type of side chain of the second unit and the number of units of the second unit relative to the number of units n of the first unit The affinity of the entire copolymer for the aprotic polar solvent can be controlled by the composition ratio m / n of m. Here, m and n are integers of 1 or more. In the present specification, the constituent ratio m / n of the copolymer means an average value of values obtained by dividing the total number m of the second units constituting the copolymer by the total number n of the first units. When the side chain of the second unit is a functional group having an affinity for an aprotic polar solvent, the affinity of the copolymer for a specific aprotic polar solvent is greatly improved, and the degree of polymerization is 10 or more. Even so, the copolymer may be dissolved in the solvent.

酸化還元部位を側鎖に有しない第2ユニットが共重合体に少しでも含まれていれば、酸化還元部位近傍の立体障害を低減する効果は得られる。したがって、構成比率m/nは0より大きければよい。共重合体の非プロトン性極性溶媒に対する親和性を高めるためには、第2ユニットは多い方が好ましい。構成比率m/nが大きいほど、上述した効果を得ることができる。しかし、第2ユニットは酸化還元部位を含まないため、第2ユニットが多すぎると共重合体の充電密度が低下し易い。構成比率m/nが5以下であれば、充電密度を高め、かつ、安定して繰り返し酸化還元反応を生じさせることができる。したがって、共重合体における第1ユニットおよび第2ユニットの構成比率m/nは、0より大きく5以下であることが好ましい。   If the copolymer contains any second unit that does not have a redox site in the side chain, the effect of reducing steric hindrance near the redox site can be obtained. Therefore, the component ratio m / n only needs to be larger than zero. In order to increase the affinity of the copolymer for the aprotic polar solvent, it is preferable that the second unit is large. The effect mentioned above can be acquired, so that the composition ratio m / n is large. However, since the second unit does not include an oxidation-reduction site, the charge density of the copolymer tends to decrease when the second unit is too much. When the composition ratio m / n is 5 or less, the charge density can be increased, and a redox reaction can be stably and repeatedly generated. Therefore, the constituent ratio m / n of the first unit and the second unit in the copolymer is preferably greater than 0 and 5 or less.

第1ユニットと第2ユニットとの共重合体である重合体化合物14は、2つの繰り返し単位が記号*において互いに結合した、下記式(37)に示す構造で表される。   The polymer compound 14 which is a copolymer of the first unit and the second unit is represented by a structure represented by the following formula (37) in which two repeating units are bonded to each other with a symbol *.

式(37)中、R31およびR32は、共重合体の主鎖を構成している。R31およびR32は、3価残基であって、それぞれ独立して、炭素原子、酸素原子、窒素原子および硫黄原子からなる群より選ばれる少なくとも1つと、炭素数1〜10の飽和脂肪族基および不飽和脂肪族基からなる群より選ばれる少なくとも1つの置換基、または、少なくとも1つの水素とを含む。L1は、R31と結合したエステル基、エーテル基、カルボニル基、シアノ基、ニトロ基、ニトロキシル基、アルキル基、フェニル基、アルキルチオ基、スルホン基またはスルホキシド基を含む。前述したように、L1は、非プロトン性極性溶媒との親和性の高い、エステル基、エーテル基またはカルボニル基を含むことが好ましい。R33は、R32およびM1と結合した2価残基であり、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルケニレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、エステル基、アミド基およびエーテル基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。M1は式(2)で表され、上述の結合手によってR33に結合している。nおよびmはモノマー単位の繰り返し数を表す整数である。   In formula (37), R31 and R32 constitute the main chain of the copolymer. R31 and R32 are trivalent residues, each independently at least one selected from the group consisting of a carbon atom, an oxygen atom, a nitrogen atom and a sulfur atom, a saturated aliphatic group having 1 to 10 carbon atoms, and And at least one substituent selected from the group consisting of unsaturated aliphatic groups, or at least one hydrogen. L1 includes an ester group, an ether group, a carbonyl group, a cyano group, a nitro group, a nitroxyl group, an alkyl group, a phenyl group, an alkylthio group, a sulfone group, or a sulfoxide group bonded to R31. As described above, L1 preferably contains an ester group, an ether group, or a carbonyl group that has a high affinity with an aprotic polar solvent. R33 is a divalent residue bonded to R32 and M1, and optionally has an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or an alkenylene having 1 to 4 carbon atoms which may have a substituent. And at least one selected from the group consisting of a group, an arylene group which may have a substituent, an ester group, an amide group and an ether group. M1 is represented by Formula (2), and is bonded to R33 by the above-described bond. n and m are integers representing the number of repeating monomer units.

R31およびR32は、M1およびL1以外の側鎖を含んでいてもよい。前述したように、m+nは、4以上が好ましく、10以上がより好ましく、20以上4000以下であることがさらに好ましい。共重合体が高充電密度を有し、かつ、非プロトン性極性溶媒に対する良好な親和性を有するためには、m/nは0より大きく5以下であることが好ましい。L1を含む繰り返し単位(第2ユニット)およびM1を含む繰り返し単位(第1ユニット)は、規則的に配列していてもよく、ランダムに配列していてもよい。   R31 and R32 may include side chains other than M1 and L1. As described above, m + n is preferably 4 or more, more preferably 10 or more, and further preferably 20 or more and 4000 or less. In order for the copolymer to have a high charge density and good affinity for an aprotic polar solvent, m / n is preferably greater than 0 and 5 or less. The repeating unit containing L1 (second unit) and the repeating unit containing M1 (first unit) may be regularly arranged or randomly arranged.

具体的には、重合体化合物14は、2つの繰り返し単位が記号*において互いに結合した、下記式(38)に示す共重合体であってもよい。   Specifically, the polymer compound 14 may be a copolymer represented by the following formula (38) in which two repeating units are bonded to each other with a symbol *.

式(38)中、R36は、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルケニレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、エステル基、アミド基およびエーテル基からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む2価残基である。R34およびR35は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4の飽和脂肪族基またはフェニル基であり、R37〜R39は、それぞれ独立して、鎖状の脂肪族基、環状の脂肪族基、水素原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、ニトロソ基またはアルキルチオ基であり、R38とR39とが互いに結合して環を形成していてもよい。L1はエステル基、エーテル基、カルボニル基、シアノ基、ニトロ基、ニトロキシル基、アルキル基、フェニル基、アルキルチオ基、スルホン基またはスルホキシド基である。上述したように、テトラチアフルバレン骨格は酸化状態でも非常に安定であるため、当該骨格に結合した上記官能基は、当該骨格の酸化還元反応にあまり影響を及ぼさない。   In formula (38), R36 has a C1-C4 alkylene group which may have a substituent, a C1-C4 alkenylene group which may have a substituent, and a substituent. And a divalent residue containing at least one selected from the group consisting of an arylene group, an ester group, an amide group and an ether group. R34 and R35 each independently represent a hydrogen atom, a saturated aliphatic group having 1 to 4 carbon atoms or a phenyl group, and R37 to R39 each independently represent a chain aliphatic group or a cyclic aliphatic group. A group, a hydrogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a nitro group, a nitroso group, or an alkylthio group, and R38 and R39 may be bonded to each other to form a ring. L1 is an ester group, ether group, carbonyl group, cyano group, nitro group, nitroxyl group, alkyl group, phenyl group, alkylthio group, sulfone group or sulfoxide group. As described above, since the tetrathiafulvalene skeleton is very stable even in an oxidized state, the functional group bonded to the skeleton does not significantly affect the redox reaction of the skeleton.

第1ユニットおよび第2ユニットからなる共重合体である重合体化合物14は、上述した構造が得られる限り、どのような方法で合成してもよい。例えば、共重合体の主鎖となる共重合体主鎖化合物を合成し、その後、共重合体主鎖化合物に式(2)で表される構造を含む側鎖構造を導入してもよい。あるいは、共重合体主鎖化合物の合成に用いるモノマー体に予め式(2)で表される構造を含む側鎖構造を導入し、このモノマーを用いて共重合体を合成してもよい。重合反応中の活性な結合手の転位を防止し、分子量や、第1ユニットと第2ユニットとの混合比率などが制御された規則性の高い共重合体を合成するためには、主鎖となる共重合体主鎖化合物をまず合成し、カップリング反応によって、式(2)で表される構造を含む側鎖構造を共重合体主鎖化合物に導入することが好ましい。カップリング反応としては、例えば、ハロゲン元素およびヒドロキシル基によるカップリング反応、ハロゲン元素およびアミノ基によるカップリング反応などが挙げられる。この場合、共重合体主鎖化合物および側鎖構造のうちの一方にハロゲン元素が導入され、他方にヒドロキシル基またはアミノ基が導入される。ハロゲン元素およびヒドロキシル基によるカップリング反応によれば、共重合体主鎖化合物と式(2)で表される構造を含む側鎖構造とがエステル結合により結合した共重合体が得られる。ハロゲン元素およびアミノ基のカップリング反応によれば、共重合体主鎖化合物と式(2)で表される構造を含む側鎖構造とがアミド結合により結合した共重合体が得られる。あるいは、共重合体主鎖化合物および側鎖構造の両方にヒドロキシル基を導入し、当該ヒドロキシル基同士を脱水縮合させることにより、式(2)で表される構造を含む側鎖構造を共重合体主鎖化合物に導入してもよい。この場合、共重合体の主鎖と式(2)で表される構造を含む側鎖構造とがエーテル結合で結合した共重合体が得られる。   The polymer compound 14 which is a copolymer composed of the first unit and the second unit may be synthesized by any method as long as the structure described above is obtained. For example, a copolymer main chain compound that becomes the main chain of the copolymer may be synthesized, and then a side chain structure including the structure represented by the formula (2) may be introduced into the copolymer main chain compound. Alternatively, a side chain structure including a structure represented by the formula (2) may be introduced in advance into a monomer body used for the synthesis of a copolymer main chain compound, and a copolymer may be synthesized using this monomer. In order to prevent the dislocation of active bonds in the polymerization reaction and synthesize a highly ordered copolymer with controlled molecular weight, mixing ratio of the first unit and the second unit, It is preferable to first synthesize a copolymer main chain compound and introduce a side chain structure including the structure represented by the formula (2) into the copolymer main chain compound by a coupling reaction. Examples of the coupling reaction include a coupling reaction using a halogen element and a hydroxyl group, a coupling reaction using a halogen element and an amino group, and the like. In this case, a halogen element is introduced into one of the copolymer main chain compound and the side chain structure, and a hydroxyl group or an amino group is introduced into the other. According to the coupling reaction with a halogen element and a hydroxyl group, a copolymer in which the copolymer main chain compound and the side chain structure including the structure represented by the formula (2) are bonded by an ester bond is obtained. According to the coupling reaction of the halogen element and the amino group, a copolymer in which the copolymer main chain compound and the side chain structure including the structure represented by the formula (2) are bonded by an amide bond is obtained. Alternatively, by introducing a hydroxyl group into both the copolymer main chain compound and the side chain structure and dehydrating and condensing the hydroxyl groups together, the side chain structure including the structure represented by the formula (2) is copolymerized. It may be introduced into the main chain compound. In this case, a copolymer in which the main chain of the copolymer and the side chain structure including the structure represented by the formula (2) are bonded by an ether bond is obtained.

以上、重合体化合物14に用いることのできる化合物として、テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖の繰り返し単位に含む重合体、および、テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に有する第1ユニットと当該テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に有さない第2ユニットとの共重合体を説明した。これら2種類の重合体化合物14において、テトラカルコゲノフルバレン骨格は、重合体化合物14の高分子構造にあまり依存することなく独立して酸化還元反応を示す。このため、テトラカルコゲノフルバレン骨格の酸化還元電位は、これら2種類の重合体化合物14においてほぼ等しい。よって、本実施形態の電極10では、電極活物質である重合体化合物14として、これら2種類の重合体のいずれを用いてもよく、これらの両方を用いてもよい。   As described above, as a compound that can be used for the polymer compound 14, a polymer containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain repeating unit, a first unit having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the side chain, and the tetra A copolymer with a second unit having no chalcogenofulvalene skeleton in the side chain has been described. In these two types of polymer compounds 14, the tetrachalcogenofulvalene skeleton independently exhibits a redox reaction without depending much on the polymer structure of the polymer compound 14. For this reason, the redox potential of the tetrachalcogenofulvalene skeleton is almost equal in these two types of polymer compounds 14. Therefore, in the electrode 10 of this embodiment, either of these two types of polymers may be used as the polymer compound 14 which is an electrode active material, and both of these may be used.

導電性粒子15としては、電極10の反応電位において、化学変化を起こさない種々の電子伝導性材料を用いることができる。なお、導電性粒子15は、電解液に溶解しない。本実施形態の電極10をリチウム二次電池の正極として用いる場合、導電性粒子15としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料、金属繊維、金属粉末類、導電性ウィスカー類、導電性金属酸化物などを単独またはこれらの混合物として用いることができる。   As the conductive particles 15, various electron conductive materials that do not cause a chemical change at the reaction potential of the electrode 10 can be used. Note that the conductive particles 15 are not dissolved in the electrolytic solution. When the electrode 10 of this embodiment is used as a positive electrode of a lithium secondary battery, examples of the conductive particles 15 include carbon materials such as carbon black, graphite, and carbon fiber, metal fibers, metal powders, conductive whiskers, Conductive metal oxides or the like can be used alone or as a mixture thereof.

重量あたりのエネルギー密度を高くできるという観点から、導電性粒子15は、カーボンブラックなどの粒子状カーボン材料および/または炭素繊維で構成されていることが好ましい。重合体化合物14と電解液との接触面積を増大させるためには、導電性粒子15として、比表面積の大きな粒子状カーボンを用いることが望ましい。   From the viewpoint that the energy density per weight can be increased, the conductive particles 15 are preferably composed of a particulate carbon material such as carbon black and / or carbon fibers. In order to increase the contact area between the polymer compound 14 and the electrolytic solution, it is desirable to use particulate carbon having a large specific surface area as the conductive particles 15.

活物質層12は、必要に応じて、電極10内の電子伝導性を補助するための第2の導電性粒子を含んでいてもよい。互いに隣り合う凝集体13と凝集体13との間に位置するとともに、重合体化合物14によって被覆されていない、第2の導電性粒子をさらに含むことによって、電極10内の電子伝導性を高めることができる。第2の導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料、金属繊維、金属粉末類、導電性ウィスカー類、導電性金属酸化物などが挙げられ、これらの混合物を用いてもよい。電極10内の電子伝導性を補助する第2の導電性粒子は、凝集体13に用いた導電性粒子15と同種であってもよいし、異なる種類であってもよい。   The active material layer 12 may include second conductive particles for assisting electronic conductivity in the electrode 10 as necessary. Increasing the electron conductivity in the electrode 10 by further including second conductive particles located between the aggregates 13 adjacent to each other and not covered with the polymer compound 14 Can do. Examples of the second conductive particles include carbon materials such as carbon black, graphite, and carbon fiber, metal fibers, metal powders, conductive whiskers, conductive metal oxides, and the like, and a mixture thereof is used. May be. The second conductive particles that assist the electronic conductivity in the electrode 10 may be the same as or different from the conductive particles 15 used in the aggregate 13.

活物質層12は、重合体化合物14以外の電極活物質を含んでいてもよい。重合体化合物14以外の電極活物質として、例えば、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる材料が用いられる。リチウムイオンを吸蔵および放出することができる材料としては、リチウムイオン電池の正極材料として公知のものを用いることができる。具体的には、遷移金属酸化物、リチウム含有遷移金属酸化物などを用いることができる。遷移金属酸化物は、例えば、コバルトの酸化物、ニッケルの酸化物、マンガンの酸化物、五酸化バナジウム(V25)に代表されるバナジウムの酸化物、これらの混合物または複合酸化物などである。リチウムイオン電池の正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO2)などの、リチウム含有遷移金属酸化物が最もよく知られている。また、重合体化合物14以外の電極活物質として、遷移金属のケイ酸塩、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)に代表される遷移金属のリン酸塩などを用いることもできる。 The active material layer 12 may contain an electrode active material other than the polymer compound 14. As an electrode active material other than the polymer compound 14, for example, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used. As a material capable of inserting and extracting lithium ions, a material known as a positive electrode material of a lithium ion battery can be used. Specifically, a transition metal oxide, a lithium-containing transition metal oxide, or the like can be used. Examples of the transition metal oxide include cobalt oxide, nickel oxide, manganese oxide, vanadium oxide represented by vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), a mixture or composite oxide thereof. is there. As a positive electrode active material of a lithium ion battery, a lithium-containing transition metal oxide such as lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is best known. Further, as an electrode active material other than the polymer compound 14, a transition metal silicate, a transition metal phosphate represented by lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), or the like can also be used.

集電体11としては、例えば、リチウム二次電池の正極集電体として公知の材料を用いることができる。集電体11は、例えば、アルミニウム、カーボン、ステンレスなどの金属でできた箔またはメッシュである。   As the current collector 11, for example, a known material can be used as a positive electrode current collector of a lithium secondary battery. The current collector 11 is, for example, a foil or mesh made of a metal such as aluminum, carbon, or stainless steel.

結着剤16としては、非プロトン性極性溶媒に不溶性の樹脂を用いることが好ましい。なぜなら、非プロトン性極性溶媒に不溶性の樹脂を結着剤16として用いた場合、電極10を作製するために湿式法および乾式法のいずれの方法を採用することもできるからである。   As the binder 16, it is preferable to use a resin that is insoluble in an aprotic polar solvent. This is because when a resin that is insoluble in an aprotic polar solvent is used as the binder 16, either a wet method or a dry method can be employed to produce the electrode 10.

他方、結着剤16として、非プロトン性極性溶媒に可溶性の樹脂を用いる場合、乾式法により電極10を作製することが好ましい。なぜなら、非プロトン性極性溶媒に可溶性の樹脂を結着剤16として用い、湿式法を採用した場合、電極10の構造が実現されないことがあるからである。湿式法では、溶媒と結着剤16と凝集体13とを含むスラリーを調製し、集電体11上にスラリーを塗布し、乾燥させることにより電極10を得る。結着剤16が溶解したスラリーを調製する場合、溶媒として非プロトン性極性溶媒を用いる必要があるが、非プロトン性極性溶媒は重合体化合物14をも溶解させうる。このため、非プロトン性極性溶媒を溶媒としてスラリーを調製した場合、凝集体13中の重合体化合物14が非プロトン性極性溶媒に溶解し、スラリー中で凝集体13の構造が維持されず、電極10の構造が得られないことがある。ただし、当業者にとって明らかなように、結着剤16は、電解液29中に溶出しないことが前提である。   On the other hand, when a resin soluble in an aprotic polar solvent is used as the binder 16, it is preferable to prepare the electrode 10 by a dry method. This is because when the resin soluble in the aprotic polar solvent is used as the binder 16 and the wet method is employed, the structure of the electrode 10 may not be realized. In the wet method, a slurry containing a solvent, a binder 16 and an agglomerate 13 is prepared, and the slurry is applied on the current collector 11 and dried to obtain the electrode 10. When preparing a slurry in which the binder 16 is dissolved, it is necessary to use an aprotic polar solvent as the solvent, but the aprotic polar solvent can also dissolve the polymer compound 14. Therefore, when a slurry is prepared using an aprotic polar solvent as a solvent, the polymer compound 14 in the aggregate 13 is dissolved in the aprotic polar solvent, and the structure of the aggregate 13 is not maintained in the slurry. Ten structures may not be obtained. However, as will be apparent to those skilled in the art, it is assumed that the binder 16 does not elute into the electrolyte solution 29.

結着剤16は、具体的には、ポリアクリル酸やその共重合体などの水溶性樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴムなどのゴム系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましい。   Specifically, the binder 16 is at least selected from the group consisting of water-soluble resins such as polyacrylic acid and copolymers thereof, fluorine resins such as polytetrafluoroethylene, and rubber resins such as styrene butadiene rubber. Preferably one is included.

電極10の作製方法としては、例えば、リチウム二次電池の電極の作製方法として公知の方法を用いることができる。ただし、前述の説明から分かるように、スラリーを調製する工程を含む湿式法を用いて電極10を作製する場合、凝集体13中の重合体化合物14がスラリー中の溶媒に溶解しない必要がある。例えば、結着剤16としてのスチレンブタジエンゴムと、溶媒としての水と、凝集体13とを含むスラリーを調製し、塗布および乾燥により電極10を作製できる。また、ポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤16と、凝集体13とを混練し、集電体11上に圧着することで電極10を得ることもできる。   As a manufacturing method of the electrode 10, a well-known method can be used as a manufacturing method of the electrode of a lithium secondary battery, for example. However, as can be seen from the above description, when the electrode 10 is produced using a wet method including a step of preparing a slurry, the polymer compound 14 in the aggregate 13 needs not to be dissolved in the solvent in the slurry. For example, the electrode 10 can be produced by preparing a slurry containing styrene-butadiene rubber as the binder 16, water as a solvent, and the aggregate 13, and applying and drying. Alternatively, the electrode 10 can be obtained by kneading the binder 16 such as polytetrafluoroethylene and the aggregate 13 and press-bonding them on the current collector 11.

活物質層12の厚みは、特に限定されないが、高容量な蓄電デバイスの実現しやすさおよび設計上の観点から、100〜1000μmであることが好ましい。   The thickness of the active material layer 12 is not particularly limited, but is preferably 100 to 1000 μm from the viewpoint of easy realization of a high-capacity electricity storage device and design.

図3は、本発明による蓄電デバイスの一実施形態であるコイン型リチウム二次電池を示す模式的な断面図である。図3に示すコイン型リチウム二次電池20は、正極31と、負極32と、セパレータ24とを備える。本実施形態では、正極31として、上述した電極10が用いられている。正極31は正極活物質層23および正極集電体22を含み、正極活物質層23は正極集電体22上に支持されている。正極31の詳細な構成は、電極10について上述したとおりである。負極32は負極活物質層26および負極集電体27を含み、負極活物質層26は負極集電体27上に支持されている。正極31および負極32は、正極活物質層23および負極活物質層26がセパレータ24と接するようにセパレータ24を挟んで対向し、電極群を構成している。電極群はケース21の内部の空間に収納されている。ケース21の内部の空間には電解液29が注入され、正極31、負極32およびセパレータ24には、電解液29が含浸されている。ケース21の開口は、ガスケット28を用いて封口板25により封止されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a coin-type lithium secondary battery which is an embodiment of the electricity storage device according to the present invention. A coin-type lithium secondary battery 20 shown in FIG. 3 includes a positive electrode 31, a negative electrode 32, and a separator 24. In the present embodiment, the electrode 10 described above is used as the positive electrode 31. The positive electrode 31 includes a positive electrode active material layer 23 and a positive electrode current collector 22, and the positive electrode active material layer 23 is supported on the positive electrode current collector 22. The detailed configuration of the positive electrode 31 is as described above for the electrode 10. The negative electrode 32 includes a negative electrode active material layer 26 and a negative electrode current collector 27, and the negative electrode active material layer 26 is supported on the negative electrode current collector 27. The positive electrode 31 and the negative electrode 32 are opposed to each other with the separator 24 interposed therebetween so that the positive electrode active material layer 23 and the negative electrode active material layer 26 are in contact with the separator 24, thereby constituting an electrode group. The electrode group is housed in a space inside the case 21. An electrolytic solution 29 is injected into the space inside the case 21, and the positive electrode 31, the negative electrode 32, and the separator 24 are impregnated with the electrolytic solution 29. The opening of the case 21 is sealed with a sealing plate 25 using a gasket 28.

負極活物質層26は、負極活物質を含む。負極活物質としては、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する公知の負極活物質が用いられる。負極活物質として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛材料、非晶質炭素材料、リチウム金属、リチウム含有複合窒化物、リチウム含有チタン酸化物、珪素、珪素を含む合金、珪素酸化物、錫、錫を含む合金、および錫酸化物などの、リチウムを可逆的に吸蔵および放出することができる材料;活性炭などの電気二重層容量を有する炭素材料;π電子共役雲を有する有機化合物材料;などを用いることができる。負極活物質として、単独の材料を用いてもよいし、複数の材料を混合して用いてもよい。負極活物質層26は、負極活物質のみを含んでいてもよいし、導電剤および/または結着剤を含んでいてもよい。導電剤および結着剤としては、これらについて上述した材料を用いることができる。   The negative electrode active material layer 26 includes a negative electrode active material. As the negative electrode active material, a known negative electrode active material that reversibly occludes and releases lithium is used. Examples of the negative electrode active material include graphite materials such as natural graphite and artificial graphite, amorphous carbon materials, lithium metal, lithium-containing composite nitride, lithium-containing titanium oxide, silicon, silicon-containing alloys, silicon oxide, and tin Materials capable of reversibly occluding and releasing lithium, such as tin-containing alloys and tin oxides; carbon materials having electric double layer capacity such as activated carbon; organic compound materials having π-electron conjugated clouds; etc. Can be used. As the negative electrode active material, a single material may be used, or a plurality of materials may be mixed and used. The negative electrode active material layer 26 may include only the negative electrode active material, or may include a conductive agent and / or a binder. As the conductive agent and the binder, the materials described above can be used.

負極集電体27には、例えば、銅、ニッケル、ステンレスなど、リチウムイオン二次電池用負極の集電体として公知の材料を用いることができる。正極集電体22と同様、負極集電体27も、金属箔、金属メッシュ、金属からなる導電性フィラーを含む樹脂フィルムなどの形態を有することができる。   For the negative electrode current collector 27, for example, a material known as a current collector for a negative electrode for a lithium ion secondary battery, such as copper, nickel, and stainless steel, can be used. Similar to the positive electrode current collector 22, the negative electrode current collector 27 can have a form such as a metal foil, a metal mesh, a resin film containing a conductive filler made of metal, and the like.

セパレータ24は微細な空間を含み、この微細な空間に電解液29が保持されている。セパレータ24は、電子伝導性を有しない樹脂によって構成された樹脂層であり、大きなイオン透過度を有し、所定の機械的強度および電気的絶縁性を備えた微多孔膜である。耐有機溶剤性および疎水性に優れるという観点から、セパレータ24の材質としては、単独のポリプロピレン、ポリエチレンなど、またはこれらの組み合わせからなる、ポリオレフィン樹脂が好ましい。セパレータ24の代わりに、電解液29を含んで膨潤し、ゲル電解質として機能する、電子伝導性を有する樹脂層を設けてもよい。   The separator 24 includes a fine space, and an electrolytic solution 29 is held in the fine space. The separator 24 is a resin layer made of a resin that does not have electronic conductivity, and is a microporous film that has a large ion permeability and has a predetermined mechanical strength and electrical insulation. From the viewpoint of excellent organic solvent resistance and hydrophobicity, the material of the separator 24 is preferably a polyolefin resin made of single polypropylene, polyethylene, or a combination thereof. Instead of the separator 24, a resin layer having an electronic conductivity that swells with the electrolyte solution 29 and functions as a gel electrolyte may be provided.

電解液29は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解する支持塩とから構成される非水電解液である。非水溶媒としては、非水二次電池や非水系電気二重層キャパシタに用いることのできる公知の非プロトン性極性溶媒を使用できる。具体的には、非水溶媒としては、環状炭酸エステルを含む溶媒を好適に用いることができる。なぜなら、環状炭酸エステルは、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートに代表されるように、非常に高い比誘電率を有しているからである。環状炭酸エステルの中でも、プロピレンカーボネートが好適である。なぜなら、プロピレンカーボネートは、その凝固点が−49℃とエチレンカーボネートよりも低く、蓄電デバイスを低温でも作動させることができるからである。非水溶媒としては、環状エステルを含む溶媒もまた好適に用いることができる。なぜなら、環状エステルは、γ−ブチロラクトンに代表されるように、非常に高い比誘電率を有しているからである。これらの成分を含むことにより、電解液29の非水溶媒は、全体として非常に高い誘電率を有することができる。上述した溶媒の他にも、非水溶媒として、鎖状炭酸エステル、鎖状エステル、環状あるいは鎖状のエーテルなどを用いることができる。具体的には、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、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシドなどの非水溶媒を用いることができる。非水溶媒として、以上に挙げた溶媒のうちの1つのみを用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   The electrolytic solution 29 is a non-aqueous electrolytic solution composed of a non-aqueous solvent and a supporting salt dissolved in the non-aqueous solvent. As the non-aqueous solvent, a known aprotic polar solvent that can be used for a non-aqueous secondary battery or a non-aqueous electric double layer capacitor can be used. Specifically, as the non-aqueous solvent, a solvent containing a cyclic carbonate can be suitably used. This is because the cyclic carbonate has a very high dielectric constant, as represented by ethylene carbonate and propylene carbonate. Among the cyclic carbonates, propylene carbonate is preferable. This is because propylene carbonate has a freezing point of −49 ° C., which is lower than that of ethylene carbonate, and the electricity storage device can be operated even at a low temperature. As the non-aqueous solvent, a solvent containing a cyclic ester can also be suitably used. This is because the cyclic ester has a very high dielectric constant as represented by γ-butyrolactone. By including these components, the non-aqueous solvent of the electrolyte solution 29 can have a very high dielectric constant as a whole. In addition to the solvents described above, chain carbonates, chain esters, cyclic or chain ethers, and the like can be used as non-aqueous solvents. Specifically, nonaqueous solvents such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, and the like can be used. As the non-aqueous solvent, only one of the above-mentioned solvents may be used, or a plurality of the solvents may be mixed and used.

支持塩としては、以下に説明するアニオン種およびカチオン種からなる塩を使用することができる。アニオン種としては、ハロゲン化物アニオン、過塩素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、4フッ化ホウ酸アニオン、6フッ化リン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ノナフルオロ−1−ブタンスルホン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(パーフルオロエチルスルホニル)イミドアニオンなどを用いることができる。カチオン種としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属カチオン;マグネシウムなどのアルカリ土類金属カチオン;テトラエチルアンモニウムや1,3−エチルメチルイミダゾリウムに代表される4級アンモニウムカチオン;などを用いることができる。   As the supporting salt, salts composed of anionic species and cationic species described below can be used. As anion species, halide anion, perchlorate anion, trifluoromethanesulfonate anion, tetrafluoroborate anion, hexafluorophosphate anion, trifluoromethanesulfonate anion, nonafluoro-1-butanesulfonate anion, bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (perfluoroethylsulfonyl) imide anion, and the like can be used. Examples of the cation species include alkali metal cations such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metal cations such as magnesium; quaternary ammonium cations represented by tetraethylammonium and 1,3-ethylmethylimidazolium; it can.

カチオン種としては、4級アンモニウムカチオンおよびリチウムカチオンが好ましい。4級アンモニウムカチオンはイオン移動度が高いため、カチオン種として4級アンモニウムカチオンを用いることにより、導電率の高い電解液を得ることができる。カチオン種として4級アンモニウムカチオンを用いた場合、活性炭などの、電気二重層容量を有しかつ反応速度の速い負極を用いることができる。それゆえ、カチオン種として4級アンモニウムカチオンを用いることにより、高出力な蓄電デバイスを得ることができる。カチオン種としてリチウムカチオンを用いた場合、反応電位が低く、容量密度が高い、リチウムを吸蔵および放出することができる負極を用いることができる。それゆえ、カチオン種としてリチウムカチオンを用いることにより、高電圧、高エネルギー密度な蓄電デバイスを得ることができる。   As the cationic species, a quaternary ammonium cation and a lithium cation are preferable. Since the quaternary ammonium cation has high ion mobility, an electrolytic solution having high conductivity can be obtained by using a quaternary ammonium cation as a cation species. When a quaternary ammonium cation is used as the cation species, a negative electrode having an electric double layer capacity and a high reaction rate, such as activated carbon, can be used. Therefore, a high-output electricity storage device can be obtained by using a quaternary ammonium cation as the cation species. When a lithium cation is used as the cation species, a negative electrode that has a low reaction potential and a high capacity density and can occlude and release lithium can be used. Therefore, by using a lithium cation as the cation species, a power storage device having a high voltage and a high energy density can be obtained.

本実施形態では、本発明の電極および蓄電デバイスを、リチウム二次電池に適用した場合について説明した。しかし、本発明の電極および蓄電デバイスは、リチウム二次電池に限られず、電気化学的な電荷の蓄積を利用する種々のエネルギー蓄積デバイスやセンサなどに用いることができる。具体的には、本発明の電極を正極とし、負極として活性炭を用いて、電気二重層キャパシタを構成してもよい。あるいは、リチウム吸蔵黒鉛などのリチウムを吸蔵および放出することができる負極を用いて、リチウムイオンキャパシタなど、二次電池以外の電気化学キャパシタなどを構成してもよい。   In the present embodiment, the case where the electrode and the electricity storage device of the present invention are applied to a lithium secondary battery has been described. However, the electrode and the electricity storage device of the present invention are not limited to lithium secondary batteries, and can be used for various energy storage devices and sensors that use electrochemical charge storage. Specifically, an electric double layer capacitor may be configured using the electrode of the present invention as a positive electrode and activated carbon as a negative electrode. Or you may comprise electrochemical capacitors other than a secondary battery, such as a lithium ion capacitor, using the negative electrode which can occlude and discharge | release lithium, such as lithium occlusion graphite.

本発明の電極は、各種の電気化学素子に用いる電極としても好適に用いることができる。例えば、充放電に伴い膨張および収縮するような高分子ゲル電解質を電解質として用いることにより、高分子アクチュエーターを構成することができる。本発明の電極は、活物質である重合体化合物がテトラカルコゲノフルバレン骨格を含むため、充放電に伴い色が変化する。このことから、集電体として透明導電性ガラスを用い、かつ外装の一部にフィルムやガラスのような透明材を用いることにより、エレクトロクロミック表示素子を構成することができる。   The electrode of the present invention can also be suitably used as an electrode used for various electrochemical devices. For example, a polymer actuator can be configured by using, as an electrolyte, a polymer gel electrolyte that expands and contracts with charge and discharge. In the electrode of the present invention, the polymer compound as an active material contains a tetrachalcogenofulvalene skeleton, so that the color changes with charge and discharge. From this, an electrochromic display element can be comprised by using transparent conductive glass as an electrical power collector, and using transparent materials, such as a film and glass, for some exteriors.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明の実施形態をより具体的に説明する。本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The present invention is not limited to the examples.

(実施例1)
[1.テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に含む重合体化合物の合成]
テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に含む重合体化合物として、下記式(39)に示す、側鎖に酸化還元部位を有する第1ユニットと側鎖に酸化還元部位を有しない第2ユニットとの共重合体(以下、共重合体〔39〕と記載する)を合成した。
Example 1
[1. Synthesis of polymer compound containing tetrachalcogenofulvalene skeleton in repeating unit]
As a polymer compound containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit, a first unit having a redox site in the side chain and a second unit having no redox site in the side chain, represented by the following formula (39): A copolymer (hereinafter referred to as copolymer [39]) was synthesized.

式(39)で表される共重合体〔39〕において、第1ユニットのユニット数nに対する第2ユニットのユニット数mの構成比率m/nはおよそ1である。共重合体〔39〕の合成は、側鎖に導入されるテトラチアフルバレン誘導体の合成、共重合体主鎖化合物の合成、および共重合体主鎖化合物へのテトラチアフルバレン誘導体のカップリングの3段階で行った。以下、これらについて順に説明する。   In the copolymer [39] represented by the formula (39), the component ratio m / n of the unit number m of the second unit to the unit number n of the first unit is about 1. The synthesis of the copolymer [39] includes the synthesis of a tetrathiafulvalene derivative introduced into the side chain, the synthesis of the copolymer main chain compound, and the coupling of the tetrathiafulvalene derivative to the copolymer main chain compound. Done in stages. Hereinafter, these will be described in order.

テトラチアフルバレン誘導体の合成は、以下の式(40)に示すルートで行った。フラスコに5gのテトラチアフルバレン〔40a〕(Aldrich社製)を入れ、さらに80mLのテトラヒドロフラン(Aldrich社製)を加えた。これを−78℃に冷却した後、リチウムジイソプロピルアミドのn−ヘキサン−テトラヒドロフラン溶液(関東化学社製、濃度1mol/L)を10分間で20mL滴下した。その後、7.3gのパラホルムアルデヒド(関東化学社製)を加えて15時間撹拌することにより反応を進行させた。反応後の溶液を900mLの水に注ぎ、1Lのジエチルエーテル(関東化学社製)による抽出を2回行い、500mLの飽和塩化アンモニウム水溶液による洗浄および500mLの飽和食塩水による洗浄の後、無水硫酸ナトリウムによる乾燥を行った。乾燥剤を除去した後、減圧濃縮して得られた粗生成物6.7gをシリカゲルカラムで精製し、1.7gの精製物を得た。当該精製物が式(40)の右辺に示すテトラチアフルバレン誘導体〔40c〕であることを1H−NMRおよびIRにより確認した。 The synthesis of the tetrathiafulvalene derivative was performed by the route shown in the following formula (40). 5 g of tetrathiafulvalene [40a] (manufactured by Aldrich) was added to the flask, and 80 mL of tetrahydrofuran (manufactured by Aldrich) was further added. After cooling this to -78 ° C., 20 mL of an n-hexane-tetrahydrofuran solution of lithium diisopropylamide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., concentration 1 mol / L) was added dropwise over 10 minutes. Thereafter, 7.3 g of paraformaldehyde (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added and the reaction was allowed to proceed by stirring for 15 hours. The solution after the reaction was poured into 900 mL of water, extracted with 1 L of diethyl ether (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) twice, washed with 500 mL of saturated aqueous ammonium chloride solution and 500 mL of saturated brine, and then anhydrous sodium sulfate Dried by. After removing the desiccant, 6.7 g of a crude product obtained by concentration under reduced pressure was purified with a silica gel column to obtain 1.7 g of a purified product. It was confirmed by 1 H-NMR and IR that the purified product was a tetrathiafulvalene derivative [40c] shown on the right side of the formula (40).

共重合体主鎖化合物の合成は、以下の式(41)に示すルートで行った。モノマー原料として、21gのメタクリロルクロライド〔41a〕(Aldrich社製)と40gのメチルメタクリレート〔41b〕(Aldrich社製)とを90gのトルエン(Aldrich社製)に混合し、重合開始剤として、4gのアゾイソブチロニトリル(Aldrich社製)を加えた。この混合物を100℃で4時間撹拌することにより、反応を進行させた。反応後の溶液にヘキサンを添加して再沈殿を行うことにより、57gの沈殿生成物を得た。当該生成物が式(41)の右辺に示す共重合体主鎖化合物〔41c〕であることを1H−NMR、IRおよびゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により確認した。 The synthesis of the copolymer main chain compound was carried out by the route shown in the following formula (41). As the monomer material, mixing the 21g of methacrylonitrile Lee Rukuroraido [41a] (Aldrich Co.) and 40g of methyl methacrylate [41b] (Aldrich Co.) in 90g of toluene (Aldrich Corp.) as a polymerization initiator, 4 g of azoisobutyronitrile (Aldrich) was added. The reaction was allowed to proceed by stirring the mixture at 100 ° C. for 4 hours. Hexane was added to the solution after the reaction to perform reprecipitation, thereby obtaining 57 g of a precipitated product. It was confirmed by 1 H-NMR, IR and gel permeation chromatography (GPC) that the product was a copolymer main chain compound [41c] shown on the right side of the formula (41).

共重合体主鎖化合物〔41c〕はCl基を有するユニットおよびメトキシ基を有するユニットからなる。クロロホルム溶媒中での1H−NMR測定の結果、共重合体主鎖化合物〔41c〕の主鎖に直接結合しているメチル基に由来するピークは0.5〜2.2ppm付近、側鎖が有するメトキシ基に由来するピークは3.6ppm付近に観測された。なお、これらのピークの積分値の比率から、共重合体主鎖化合物〔41c〕におけるCl基を有するユニットに対するメトキシ基を有するユニットの構成比率m/nを算出することができる。共重合体主鎖化合物〔41c〕に対するIR測定の結果、Cl基を有するユニットが有するカルボニル基(C=O)およびCl基(C−Cl)ならびにメトキシ基を有するユニットが有するカルボニル基(C=O)のそれぞれが異なる吸収ピークとして現れた。GPCによる測定の結果、共重合体主鎖化合物〔41c〕の重合度は20を超えていた。 The copolymer main chain compound [41c] is composed of a unit having a Cl group and a unit having a methoxy group. As a result of 1 H-NMR measurement in a chloroform solvent, the peak derived from the methyl group directly bonded to the main chain of the copolymer main chain compound [41c] is around 0.5 to 2.2 ppm, and the side chain is A peak derived from the methoxy group was observed at around 3.6 ppm. In addition, the component ratio m / n of the unit having a methoxy group to the unit having a Cl group in the copolymer main chain compound [41c] can be calculated from the ratio of the integrated values of these peaks. As a result of IR measurement for the copolymer main chain compound [41c], the carbonyl group (C═O) and Cl group (C—Cl) of the unit having a Cl group and the carbonyl group (C═ Each of O) appeared as a different absorption peak. As a result of measurement by GPC, the degree of polymerization of the copolymer main chain compound [41c] exceeded 20.

共重合体主鎖化合物〔41c〕へのテトラチアフルバレン誘導体〔40c〕のカップリングは、以下の式(42)に示すルートで行った。Arガス気流下で、反応容器に1.0gのテトラチアフルバレン誘導体〔40c〕と26mLのテトラヒドロフランとを入れ、室温で撹拌した。この反応液に0.17gのNaH(60wt% in mineral oil)(Aldrich社製)を滴下し、40℃で1時間撹拌しながら、8.5mLのテトラヒドロフランに0.58gの共重合体主鎖化合物〔41c〕を溶解させた溶液を加えた。得られた混合液を70℃で一晩撹拌することにより、反応を進行させた。このようにして得た溶液にヘキサンを加え、再沈殿により、0.2gの沈殿生成物を得た。当該生成物が式(42)の右辺に示す共重合体〔39〕であることを1H−NMR、IRおよびGPCにより確認した。 Coupling of the tetrathiafulvalene derivative [40c] to the copolymer main chain compound [41c] was carried out by the route represented by the following formula (42). Under an Ar gas stream, 1.0 g of tetrathiafulvalene derivative [40c] and 26 mL of tetrahydrofuran were placed in a reaction vessel and stirred at room temperature. To this reaction solution, 0.17 g of NaH (60 wt% in mineral oil) (manufactured by Aldrich) was added dropwise and stirred at 40 ° C. for 1 hour, and 0.58 g of the copolymer main chain compound was added to 8.5 mL of tetrahydrofuran. A solution in which [41c] was dissolved was added. The reaction was allowed to proceed by stirring the resulting mixture at 70 ° C. overnight. Hexane was added to the solution thus obtained, and 0.2 g of a precipitated product was obtained by reprecipitation. It was confirmed by 1 H-NMR, IR and GPC that the product was a copolymer [39] shown on the right side of the formula (42).

1H−NMR測定の結果、共重合体〔39〕の主鎖とテトラチアフルバレン基とを結合しているメチレン基に由来するピークは4.8ppm付近、テトラチアフルバレン基に由来するピークは6.8〜7.0ppm付近に観測された。共重合体〔39〕は、テトラチアフルバレン基を有する第1ユニットおよびメトキシ基を有する第2ユニットからなる。1H−NMR測定で得られた各ピークの積分値の比率から、上述と同様の方法により、共重合体〔39〕における第1ユニットに対する第2ユニットの構成比率m/nを算出した。構成比率m/nはおよそ1であった。共重合体〔39〕の重量平均分子量はおよそ28000であった。すなわち、共重合体〔39〕において、第1ユニット数nが72であること、および、重合度(nとmの和)が144であり、4以上であることを確認した。共重合体〔39〕に対する硫黄元素分析を行った結果、共重合体〔39〕の硫黄含有量は30.2wt%であった。硫黄含有量から計算される共重合体〔39〕の理論容量は125mAh/gであった。 As a result of 1 H-NMR measurement, the peak derived from the methylene group bonding the main chain of the copolymer [39] and the tetrathiafulvalene group was around 4.8 ppm, and the peak derived from the tetrathiafulvalene group was 6 It was observed in the vicinity of .8 to 7.0 ppm. The copolymer [39] is composed of a first unit having a tetrathiafulvalene group and a second unit having a methoxy group. From the ratio of the integrated value of each peak obtained by 1 H-NMR measurement, the constituent ratio m / n of the second unit to the first unit in the copolymer [39] was calculated by the same method as described above. The composition ratio m / n was approximately 1. The weight average molecular weight of the copolymer [39] was approximately 28,000. That is, in the copolymer [39], it was confirmed that the first unit number n was 72, and the degree of polymerization (the sum of n and m) was 144, which was 4 or more. As a result of elemental sulfur analysis on the copolymer [39], the sulfur content of the copolymer [39] was 30.2 wt%. The theoretical capacity of the copolymer [39] calculated from the sulfur content was 125 mAh / g.

[2.凝集体の作製]
テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物が、導電性粒子の表面の少なくとも一部を被覆している粒子(凝集体)を、以下に示す方法で作製した。
[2. Production of aggregates]
Particles (aggregates) in which a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit coats at least a part of the surface of conductive particles were produced by the method described below.

まず、3.0gの共重合体〔39〕を乳鉢で粉砕し、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)(和光純薬工業社製)を15.0g加え、乳鉢内で混練することで、共重合体〔39〕を溶媒へ溶解させた。得られたNMP溶液中の共重合体〔39〕の粒度分布を、島津製作所社製SALD−7000を用い、レーザー回折/散乱法で測定した。測定粒度範囲を0.015μm〜500μmとし、測定間隔を2秒とする測定条件の下、付属の撹拌プレートを用いてNMP溶液を撹拌しながら測定を行った。測定の結果、回折/散乱強度は観測されず、NMP溶液中に0.015μm以上の粒子が存在しないことを確認した。さらに、NMP溶液に対する紫外可視吸光スペクトル(UV−vis)測定の結果、300〜320nm付近にTTF環に由来する吸収ピークが確認され、NMP溶液中に共重合体〔39〕が存在していることが確認された。   First, 3.0 g of the copolymer [39] is pulverized in a mortar, 15.0 g of N-methylpyrrolidone (NMP) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added as a solvent, and the mixture is kneaded in the mortar. The polymer [39] was dissolved in a solvent. The particle size distribution of the copolymer [39] in the obtained NMP solution was measured by a laser diffraction / scattering method using SALD-7000 manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement was performed while stirring the NMP solution using the attached stirring plate under the measurement conditions in which the measurement particle size range was 0.015 μm to 500 μm and the measurement interval was 2 seconds. As a result of the measurement, no diffraction / scattering intensity was observed, and it was confirmed that there were no particles of 0.015 μm or more in the NMP solution. Furthermore, as a result of the ultraviolet-visible absorption spectrum (UV-vis) measurement for the NMP solution, an absorption peak derived from the TTF ring was confirmed in the vicinity of 300 to 320 nm, and the copolymer [39] was present in the NMP solution. Was confirmed.

共重合体〔39〕が溶解した上記NMP溶液に、導電性粒子であるアセチレンブラック3.0gと、さらにNMP39gとを加え、混練することにより、共重合体〔39〕と導電性粒子とを含む活物質スラリーを調製した。活物質スラリーにおける共重合体〔39〕とカーボンブラックとの比率は重量比率で50:50であった。   By adding 3.0 g of acetylene black, which is conductive particles, and 39 g of NMP to the NMP solution in which the copolymer [39] is dissolved, and kneading, the copolymer [39] and the conductive particles are contained. An active material slurry was prepared. The ratio of copolymer [39] and carbon black in the active material slurry was 50:50 by weight.

得られた活物質スラリーを噴霧乾燥機(日本ビュッヒ社製スプレードライヤーB290)に導入し、送液量3mL/min、乾燥ガス温度220℃(窒素ガス)の条件下で溶媒を除去することにより、凝集体(重合体被覆粒子)を得た。   By introducing the obtained active material slurry into a spray dryer (spray dryer B290 manufactured by Nihon Büch) and removing the solvent under conditions of a liquid feed amount of 3 mL / min and a drying gas temperature of 220 ° C. (nitrogen gas), Aggregates (polymer-coated particles) were obtained.

得られた凝集体の元素分析の結果、硫黄含有量は15.1wt%であった。このことから、得られた凝集体における共重合体〔39〕とアセチレンブラックとの比率は、噴霧乾燥を行う前の活物質スラリーにおける当該比率と同じであった。   As a result of elemental analysis of the obtained aggregate, the sulfur content was 15.1 wt%. From this, the ratio of the copolymer [39] and acetylene black in the obtained aggregate was the same as the ratio in the active material slurry before spray drying.

得られた凝集体における共重合体〔39〕の分布状態を把握するために、凝集体を樹脂に混ぜ、固形化して得られた試料の断面について倍率40000倍で断面SEM観察およびオージェ電子分光法(AES、ULVAC−PHI,Inc.製Model670)による元素分析を行った。図4(a)は分析領域の断面SEM像を示し、図4(b)および(c)は、当該断面SEM像に対応する分析領域の炭素分布像および硫黄分布像を示す。図4(b)では、炭素が存在する領域がモノクロの諧調で表示されており、炭素が多い部分は白く示され、炭素が全く存在しない領域は、黒色で示されている。図4(c)では、硫黄が存在する領域がモノクロの諧調で表示されており、硫黄が多い部分は白く示され、硫黄が全く存在しない領域は、黒色で示されている。図4(a)から、凝集体が約4μmの粒子として存在し、内部に幾つかの空隙を有していることが確認できた。図4(b)から、導電性粒子に由来する炭素の分布が確認できた。図4(c)から、電極活物質である共重合体〔39〕に由来する硫黄の分布が確認できた。図4(b)および(c)から、炭素の分布とほぼ重なるように硫黄が分布していること、すなわち、導電性粒子を被覆するように共重合体〔39〕硫黄元素が分布していることが確認できた。以上のとおり、実施例1では、電極活物質である共重合体〔39〕が導電性粒子を被覆している凝集体が得られた。   In order to grasp the distribution state of the copolymer [39] in the obtained aggregate, the cross section of the sample obtained by mixing the aggregate with resin and solidifying it was observed at a magnification of 40000 times, and Auger electron spectroscopy. (AES, ULVAC-PHI, Inc. Model 670) was used for elemental analysis. 4A shows a cross-sectional SEM image of the analysis region, and FIGS. 4B and 4C show a carbon distribution image and a sulfur distribution image of the analysis region corresponding to the cross-sectional SEM image. In FIG. 4B, a region where carbon is present is displayed in monochrome gradation, a portion where there is a lot of carbon is shown in white, and a region where no carbon is present is shown in black. In FIG. 4C, a region where sulfur is present is displayed in monochrome gradation, a portion where there is much sulfur is shown in white, and a region where no sulfur is present is shown in black. From FIG. 4 (a), it was confirmed that the agglomerates were present as particles of about 4 μm and had some voids inside. From FIG.4 (b), distribution of the carbon originating in electroconductive particle has been confirmed. From FIG.4 (c), distribution of the sulfur originating in the copolymer [39] which is an electrode active material has been confirmed. 4 (b) and 4 (c), sulfur is distributed so as to substantially overlap the carbon distribution, that is, the copolymer [39] elemental sulfur is distributed so as to cover the conductive particles. I was able to confirm. As described above, in Example 1, an aggregate in which the copolymer [39], which is an electrode active material, coats the conductive particles was obtained.

[3.正極の作製]
得られた凝集体30mgに、第2の導電性粒子であるアセチレンブラック96mgを加えて均一に混合し、さらにポリテトラフルオロエチレン24mgを加えて混合することにより、正極合剤を得た。この正極合剤を、正極集電体であるアルミニウム製金網の上に圧着し、真空乾燥を行うことにより、正極活物質層を形成した。これを直径13.5mmの円盤状に打ち抜くことにより、正極を作製した。作製した正極の断面を電子顕微鏡および電子線マイクロアナライザー(EPMA)にて観察し、共重合体〔39〕に由来する硫黄の分布を測定した。EPMAの結果、2μmから最大で10μm程度の粒状に硫黄が分布していることが観測された。このことから、正極において凝集体が、正極の作製前と同じ形状で存在していることが確認された。作製した正極における活物質層の厚みは、200μmであった。正極の単位面積あたりの活物質層の重量は、0.1mg/cm2であった。正極に対する正極活物質(共重合体〔39〕)の重量比率は、10wt%であった。
[3. Preparation of positive electrode]
To 30 mg of the obtained aggregate, 96 mg of acetylene black as the second conductive particles was added and mixed uniformly, and further 24 mg of polytetrafluoroethylene was added and mixed to obtain a positive electrode mixture. This positive electrode mixture was pressure-bonded onto an aluminum metal mesh as a positive electrode current collector, and vacuum-dried to form a positive electrode active material layer. This was punched into a disc shape having a diameter of 13.5 mm to produce a positive electrode. The cross section of the produced positive electrode was observed with an electron microscope and an electron beam microanalyzer (EPMA), and the distribution of sulfur derived from the copolymer [39] was measured. As a result of EPMA, it was observed that sulfur was distributed in a granular form from 2 μm to a maximum of about 10 μm. From this, it was confirmed that the aggregates exist in the same shape as in the positive electrode before the positive electrode was manufactured. The thickness of the active material layer in the produced positive electrode was 200 μm. The weight of the active material layer per unit area of the positive electrode was 0.1 mg / cm 2 . The weight ratio of the positive electrode active material (copolymer [39]) to the positive electrode was 10 wt%.

[4.コイン型蓄電デバイスの作製]
作製した正極を用いて、図3に示す構造を有するコイン型蓄電デバイスを作製した。まず、正極を、正極集電体がケース内面に接するようにケースに配置し、その上に多孔質ポリエチレンシートからなるセパレータを設置した。次に、非水電解液をケース内に注液した。非水電解液としては、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの重量比1:3の混合溶媒に6フッ化リン酸リチウムを1mol/Lの濃度で溶解させた電解液を用いた。セパレータに負極活物質層が接するように、負極を配置した。正極、セパレータおよび負極のすべてに電解液が含浸された状態で、ガスケットを装着した封口板によりケースの開口を挟み、プレス機によりかしめて封口し、コイン型蓄電デバイスを得た。
[4. Fabrication of coin-type electricity storage device]
A coin-type electricity storage device having the structure shown in FIG. 3 was produced using the produced positive electrode. First, the positive electrode was placed in the case so that the positive electrode current collector was in contact with the inner surface of the case, and a separator made of a porous polyethylene sheet was placed thereon. Next, a nonaqueous electrolytic solution was poured into the case. As the nonaqueous electrolytic solution, an electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a weight ratio of 1: 3 was used. The negative electrode was disposed so that the negative electrode active material layer was in contact with the separator. With the electrolyte solution impregnated in all of the positive electrode, the separator, and the negative electrode, the opening of the case was sandwiched by a sealing plate equipped with a gasket and sealed by a press machine to obtain a coin-type electricity storage device.

ここで、上記負極は、以下のようにして作製した。まず、厚さ20μmの銅箔を負極集電体として用い、この上に、負極活物質層として、厚さ40μmの黒鉛からなる層を塗布により形成した。これを直径13.5mmの円盤状に打ち抜くことにより黒鉛電極を得た。得られた黒鉛電極に対して、Li金属を対極として用い、0V〜1.5V(リチウム基準電位)の間で、0.4mA/cm2の電流値で3サイクル、予備充放電を行った。これにより、黒鉛電極が単位面積当たり1.6mAh/cm2の可逆容量を有し、可逆的に充放電できることが確認された。可逆容量の70%まで充電、すなわち、リチウムのプレドープが行われた状態の黒鉛電極を、負極として用いた。黒鉛電極に対する充放電およびリチウムのプレドープには、上記コイン型蓄電デバイスに用いたのと同じ電解液およびセパレータを用いた。 Here, the negative electrode was produced as follows. First, a copper foil having a thickness of 20 μm was used as a negative electrode current collector, and a layer made of graphite having a thickness of 40 μm was formed thereon by coating as a negative electrode active material layer. This was punched into a disc shape having a diameter of 13.5 mm to obtain a graphite electrode. The obtained graphite electrode was subjected to preliminary charge and discharge for 3 cycles at a current value of 0.4 mA / cm 2 between 0 V and 1.5 V (lithium reference potential) using Li metal as a counter electrode. Thereby, it was confirmed that the graphite electrode has a reversible capacity of 1.6 mAh / cm 2 per unit area and can be reversibly charged and discharged. A graphite electrode charged to 70% of the reversible capacity, that is, pre-doped with lithium, was used as the negative electrode. The same electrolyte solution and separator as those used for the coin-type electricity storage device were used for charging and discharging the graphite electrode and pre-doping with lithium.

(実施例2)
[1.テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に含む重合体の合成]
実施例1と同様に共重合体〔39〕を合成した。
(Example 2)
[1. Synthesis of polymer containing tetrachalcogenofulvalene skeleton in repeating unit]
A copolymer [39] was synthesized in the same manner as in Example 1.

[2.凝集体の作製]
テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物が、導電性粒子の表面の少なくとも一部を被覆している粒子(凝集体)を、以下に示す方法で作製した。
[2. Production of aggregates]
Particles (aggregates) in which a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton as a repeating unit coats at least a part of the surface of conductive particles were produced by the method described below.

まず、0.66gの共重合体〔39〕を乳鉢で粉砕し、溶媒としてNMP(和光純薬工業社製)を2.4g加え、乳鉢内で混練することで、共重合体〔39〕を溶媒へ溶解させた。得られたNMP溶液中の共重合体〔39〕の粒度分布を、島津製作所社製SALD−7000を用い、レーザー回折/散乱法にて測定した。測定粒度範囲を0.015μm〜500μmとし、測定間隔を2秒とする測定条件の下、付属の撹拌プレートを用いてNMP溶液を撹拌しながら測定を行った。測定の結果、回折/散乱強度は観測されず、NMP溶液中に0.015μm以上の粒が存在しないことを確認した。さらに、NMP溶液に対する紫外可視吸光スペクトル(UV−vis)測定の結果、300〜320nm付近にTTF環に由来する吸収ピークを確認することで、NMP溶液中に共重合体〔39〕が存在していることが確認された。   First, 0.66 g of the copolymer [39] is pulverized in a mortar, 2.4 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added as a solvent, and the copolymer [39] is kneaded in the mortar. Dissolved in solvent. The particle size distribution of the copolymer [39] in the obtained NMP solution was measured by a laser diffraction / scattering method using SALD-7000 manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement was performed while stirring the NMP solution using the attached stirring plate under the measurement conditions in which the measurement particle size range was 0.015 μm to 500 μm and the measurement interval was 2 seconds. As a result of the measurement, no diffraction / scattering intensity was observed, and it was confirmed that there were no grains of 0.015 μm or more in the NMP solution. Furthermore, as a result of ultraviolet-visible absorption spectrum (UV-vis) measurement for the NMP solution, the copolymer [39] is present in the NMP solution by confirming an absorption peak derived from the TTF ring in the vicinity of 300 to 320 nm. It was confirmed that

共重合体〔39〕が溶解した上記NMP溶液に、導電性粒子であるアセチレンブラック5.34gと、さらにNMP51.6gとを加え、混練することにより、共重合体〔39〕と導電性粒子とを含む活物質スラリーを作製した。活物質スラリーにおける共重合体〔39〕とカーボンブラックとの比率は重量比率で11:89である。   By adding 5.34 g of acetylene black as conductive particles and 51.6 g of NMP to the NMP solution in which the copolymer [39] is dissolved, and kneading the mixture, the copolymer [39] and the conductive particles An active material slurry containing was produced. The ratio of the copolymer [39] and carbon black in the active material slurry is 11:89 by weight.

得られた活物質スラリーを噴霧乾燥機(日本ビュッヒ社製スプレードライヤーB290)に導入し、送液量3mL/min、乾燥ガス温度220℃(窒素ガス)の条件下で溶媒を除去することにより、凝集体(重合体被覆粒子)を得た。   By introducing the obtained active material slurry into a spray dryer (spray dryer B290 manufactured by Nihon Büch) and removing the solvent under conditions of a liquid feed amount of 3 mL / min and a drying gas temperature of 220 ° C. (nitrogen gas), Aggregates (polymer-coated particles) were obtained.

[3.正極の作製]
得られた凝集体135mgに、ポリテトラフルオロエチレン15mgを加えて混合することにより、正極合剤を得た。この正極合剤を、正極集電体であるアルミニウム金網の上に圧着し、真空乾燥を行うことにより、正極活物質層を形成した。これを直径13.5mmの円盤状に打ち抜くことにより、正極を作製した。作製した正極における活物質層の厚みは、200μmであった。正極の単位面積あたりの活物質層の重量は、0.1mg/cm2であった。正極に対する正極活物質(共重合体〔39〕)の重量比率は、10wt%であった。
[3. Preparation of positive electrode]
A positive electrode mixture was obtained by adding and mixing 15 mg of polytetrafluoroethylene to 135 mg of the obtained aggregate. This positive electrode mixture was pressure-bonded onto an aluminum wire mesh as a positive electrode current collector and vacuum dried to form a positive electrode active material layer. This was punched into a disc shape having a diameter of 13.5 mm to produce a positive electrode. The thickness of the active material layer in the produced positive electrode was 200 μm. The weight of the active material layer per unit area of the positive electrode was 0.1 mg / cm 2 . The weight ratio of the positive electrode active material (copolymer [39]) to the positive electrode was 10 wt%.

[4.蓄電デバイスの作製]
正極として、得られた正極を用いたこと以外、実施例1と同様の条件でコイン型蓄電デバイスを作製した。
[4. Production of electricity storage device]
A coin-type electricity storage device was produced under the same conditions as in Example 1 except that the obtained positive electrode was used as the positive electrode.

(比較例1)
[1.テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に含む重合体の合成]
実施例1と同様に共重合体〔39〕を合成した。
(Comparative Example 1)
[1. Synthesis of polymer containing tetrachalcogenofulvalene skeleton in repeating unit]
A copolymer [39] was synthesized in the same manner as in Example 1.

[2.正極の作製]
実施例1と同様に合成した共重合体〔39〕20mgを乳鉢で粉砕し、アセチレンブラック144mgを加え、均一に混合し、さらにポリテトラフルオロエチレン36mgを加えて混合することにより、正極合剤を得た。ここで、乳鉢で粉砕された共重合体〔39〕の粒子径はおよそ5〜20μm程度であった。この正極合剤を、正極集電体であるアルミニウム金網の上に圧着し、真空乾燥を行うことにより、正極活物質層を形成した。これを直径13.5mmの円盤状に打ち抜くことにより、正極を作製した。作製した正極の正極活物質層の厚みは、200μmであった。正極の単位面積あたりの活物質層の重量は、0.1mg/cm2であった。正極に対する正極活物質(共重合体〔39〕)の重量比率は、10wt%であった。
[2. Preparation of positive electrode]
20 mg of the copolymer [39] synthesized in the same manner as in Example 1 was pulverized in a mortar, 144 mg of acetylene black was added and mixed uniformly, and further 36 mg of polytetrafluoroethylene was added and mixed to obtain a positive electrode mixture. Obtained. Here, the particle size of the copolymer [39] crushed in the mortar was about 5 to 20 μm. This positive electrode mixture was pressure-bonded onto an aluminum wire mesh as a positive electrode current collector and vacuum dried to form a positive electrode active material layer. This was punched into a disc shape having a diameter of 13.5 mm to produce a positive electrode. The thickness of the positive electrode active material layer of the produced positive electrode was 200 μm. The weight of the active material layer per unit area of the positive electrode was 0.1 mg / cm 2 . The weight ratio of the positive electrode active material (copolymer [39]) to the positive electrode was 10 wt%.

[3.コイン型蓄電デバイスの作製]
正極として、得られた電極を用いたこと以外、実施例1と同様の条件でコイン型蓄電デバイスを作製した。
[3. Fabrication of coin-type electricity storage device]
A coin-type electricity storage device was produced under the same conditions as in Example 1 except that the obtained electrode was used as the positive electrode.

(蓄電デバイスの評価)
実施例1、2および比較例1で得られた蓄電デバイスに対して充放電容量評価および出力評価を行った。
(Evaluation of electricity storage devices)
Charge / discharge capacity evaluation and output evaluation were performed on the electricity storage devices obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

蓄電デバイスの充放電容量は、初回の充放電時の充放電容量を活物質重量(正極における共重合体〔39〕の重量)で割った値、すなわち、活物質の単位重量あたりの充放電容量によって評価した。なお、充放電は、0.2mAの定電流で行い、充電上限電圧を3.9Vとし、放電下限電圧を2.9Vとした。充電を終了してから次の放電を開始するまでの休止時間はゼロとした。   The charge / discharge capacity of the electricity storage device is obtained by dividing the charge / discharge capacity at the first charge / discharge by the active material weight (weight of copolymer [39] in the positive electrode), that is, charge / discharge capacity per unit weight of the active material. Evaluated by. In addition, charging / discharging was performed with the constant current of 0.2 mA, the charge upper limit voltage was set to 3.9V, and the discharge minimum voltage was set to 2.9V. The rest time from the end of charging to the start of the next discharge was set to zero.

蓄電デバイスの出力は、0.2mAの定電流放電時に対する10mAの定電流放電時の容量維持率により評価した。すなわち、上記充放電容量の測定の後、蓄電デバイスを0.2mAの定電流で充電し、その後、10mAの定電流で放電することにより、放電容量(大電流充放電容量)を求めた。10mAの定電流放電時の放電容量を、0.2mAの定電流放電時の放電容量で割った値を、容量維持率とした。なお、充放電時、充電上限電圧を3.9Vとし、放電下限電圧を2.5Vとした。   The output of the electricity storage device was evaluated based on the capacity maintenance ratio at the time of constant current discharge of 10 mA with respect to the constant current discharge of 0.2 mA. That is, after the charge / discharge capacity was measured, the electricity storage device was charged with a constant current of 0.2 mA, and then discharged with a constant current of 10 mA to obtain the discharge capacity (large current charge / discharge capacity). A value obtained by dividing the discharge capacity at the time of constant current discharge of 10 mA by the discharge capacity at the time of constant current discharge of 0.2 mA was defined as a capacity retention rate. In addition, at the time of charging / discharging, the charge upper limit voltage was 3.9V, and the discharge lower limit voltage was 2.5V.

実施例1、2および比較例1の蓄電デバイスに対する充放電容量評価および出力評価の結果を表1にまとめて示す。   Table 1 summarizes the results of charge and discharge capacity evaluation and output evaluation for the electricity storage devices of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.

表1に示すように、実施例1、2および比較例1で得られた蓄電デバイスではいずれも、0.2mA充放電時の充放電容量が理論容量に近かった。このことより、いずれの蓄電デバイスにおいても、電極に含まれている電極活物質が可逆に充放電していることが確認できた。   As shown in Table 1, in each of the electricity storage devices obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, the charge / discharge capacity at the time of 0.2 mA charge / discharge was close to the theoretical capacity. From this, it was confirmed that in any power storage device, the electrode active material contained in the electrode was reversibly charged and discharged.

比較例1に比べ、実施例2では、10mA充放電時の容量維持率が高くなった。これは、実施例2では正極活物質である重合体化合物が導電性粒子の表面を薄膜の状態で被覆しているため、酸化還元時の抵抗が減少したことに起因すると考えられる。さらに、実施例1では、実施例2に比べて、10mA充放電時の容量維持率がより高くなった。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、実施例2で用いた正極における正極活物質層は、凝集体と結着剤のみで形成されていた。これに対し、実施例1では、重合体化合物によって被覆されていない第2の導電性粒子が凝集体とともに正極活物質層内に存在していたため、実施例2に比べて、より多くの導電パスが正極内に形成されていたと考えられる。そのため、充放電時における電子抵抗が低減され、10mA充放電時の容量維持率が高くなったと考えられる。   Compared to Comparative Example 1, in Example 2, the capacity retention rate during 10 mA charge / discharge was higher. This is considered to be due to the fact that, in Example 2, the polymer compound as the positive electrode active material coats the surface of the conductive particles in the form of a thin film, so that the resistance during oxidation and reduction is reduced. Furthermore, in Example 1, the capacity retention rate during 10 mA charge / discharge was higher than that in Example 2. This is considered to be due to the following reason. That is, the positive electrode active material layer in the positive electrode used in Example 2 was formed only with aggregates and a binder. On the other hand, in Example 1, since the second conductive particles not covered with the polymer compound were present in the positive electrode active material layer together with the aggregates, more conductive paths than in Example 2 were obtained. Is considered to have been formed in the positive electrode. Therefore, it is considered that the electronic resistance during charging / discharging was reduced and the capacity retention rate during 10 mA charging / discharging was increased.

以上のことより、本発明の電極を用いることで、高出力な蓄電デバイスを実現できることを確認した。   From the above, it was confirmed that a high-output power storage device can be realized by using the electrode of the present invention.

10 電極
11 集電体
12 電極活物質層
13 凝集体
13a 空隙
14 重合体化合物
15 導電性粒子
16 結着剤
20 コイン型リチウム二次電池
22 正極集電体
23 正極活物質層
24 セパレータ
26 負極活物質層
27 負極集電体
29 電解液
31 正極
32 負極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrode 11 Current collector 12 Electrode active material layer 13 Aggregate 13a Void 14 Polymer compound 15 Conductive particle 16 Binder 20 Coin type lithium secondary battery 22 Positive electrode current collector 23 Positive electrode active material layer 24 Separator 26 Negative electrode active Material layer 27 Negative electrode current collector 29 Electrolytic solution 31 Positive electrode 32 Negative electrode

Claims (13)

集電体と、
電極活物質、導電性粒子および結着剤を含み、前記集電体の上に設けられた活物質層と、
を備え、
前記電極活物質が、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物であり、
前記活物質層において、前記電極活物質および前記導電性粒子が、前記電極活物質で被覆された前記導電性粒子の凝集体を形成しており、
前記凝集体が、実質的に、前記電極活物質、前記導電性粒子および内部の空隙からなり、
前記結着剤が、隣り合う前記凝集体と前記凝集体との間に存在している、電極。
A current collector,
An active material layer including an electrode active material, conductive particles, and a binder, and provided on the current collector;
With
The electrode active material is a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit,
In the active material layer, the electrode active material and the conductive particles form an aggregate of the conductive particles coated with the electrode active material,
The aggregate substantially consists of the electrode active material, the conductive particles, and internal voids,
The electrode, wherein the binder is present between the adjacent aggregates.
前記凝集体が前記結着剤を含まない、請求項1に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the aggregate does not contain the binder. 前記導電性粒子がカーボンブラックで構成されている、請求項1に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the conductive particles are made of carbon black. 前記活物質層は、
互いに隣り合う前記凝集体と前記凝集体との間に位置するとともに、前記重合体化合物によって被覆されていない、第2の導電性粒子をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極。
The active material layer is
4. The apparatus according to claim 1, further comprising second conductive particles that are located between the aggregates adjacent to each other and the aggregates and are not covered with the polymer compound. 5. Electrodes.
前記活物質層の厚みが100〜1000μmの範囲にある、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the active material layer is in a range of 100 to 1000 µm. 前記結着剤が、非プロトン性極性溶媒に不溶性の樹脂である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the binder is a resin that is insoluble in an aprotic polar solvent. 前記結着剤が、水溶性樹脂、フッ素樹脂およびゴム系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む、請求項6に記載の電極。   The electrode according to claim 6, wherein the binder contains at least one selected from the group consisting of a water-soluble resin, a fluororesin, and a rubber-based resin. 前記重合体化合物の重合度が4以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymerization degree of the polymer compound is 4 or more. 前記重合体化合物が、テトラカルコゲノフルバレン骨格を主鎖に含む重合体化合物である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer compound is a polymer compound containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in the main chain. 前記重合体化合物が、テトラカルコゲノフルバレン骨格を側鎖に含む重合体化合物である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer compound is a polymer compound containing a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a side chain. 請求項1〜10のいずれかに記載の電極からなる正極と、
リチウムイオンを吸蔵および放出しうる負極活物質を含む負極と、
前記リチウムイオンとアニオンとの塩を含み、前記正極と前記負極との間に満たされた電解液と、
を備えた、蓄電デバイス。
A positive electrode comprising the electrode according to claim 1;
A negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions;
An electrolyte solution containing a salt of the lithium ion and anion and filled between the positive electrode and the negative electrode;
An electricity storage device comprising:
導電性粒子と、テトラカルコゲノフルバレン骨格を繰り返し単位に有する重合体化合物と、前記重合体化合物を溶かすことができる溶媒とを含む活物質スラリーを調製する工程と、
前記重合体化合物で被覆された前記導電性粒子の凝集体が得られるように、前記活物質スラリーから前記溶媒を除去する工程と、
前記凝集体と結着剤とを用いて集電体上に活物質層を形成する工程と、
を含む、電極の製造方法。
Preparing an active material slurry comprising conductive particles, a polymer compound having a tetrachalcogenofulvalene skeleton in a repeating unit, and a solvent capable of dissolving the polymer compound;
Removing the solvent from the active material slurry so as to obtain an aggregate of the conductive particles coated with the polymer compound;
Forming an active material layer on a current collector using the aggregate and the binder;
A method for producing an electrode, comprising:
前記溶媒を除去する工程が、噴霧乾燥によって前記活物質スラリーから前記溶媒を除去する工程を含む、請求項12に記載の電極の製造方法。   The method for producing an electrode according to claim 12, wherein the step of removing the solvent includes a step of removing the solvent from the active material slurry by spray drying.
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