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公開番号2021163558
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211011
出願番号2020061831
出願日20200331
発明の名称二次電池用電極活物質及びそれを用いた二次電池
出願人国立大学法人九州大学,国立大学法人大阪大学,日本化薬株式会社
代理人個人
主分類H01M 4/60 20060101AFI20210913BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】新規な二次電池用電極活物質及びこれを用いた二次電池の提供。
【解決手段】下記一般式(1)で表される化合物を含有する二次電池用電極活物質。
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(式(1)中、R1〜R6は、それぞれ独立して、水素原子、置換又は無置換の炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、ニトロ基及びハロゲン原子を表す。X1又はX2は、それぞれ独立して、メチレン基又はカルボニル基を表す。)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
下記一般式(1)で表される化合物を含有する二次電池用電極活物質。
(式(1)中、R

〜R

は、それぞれ独立して、水素原子、置換又は無置換の炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アシル基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、ニトロ基及びハロゲン原子を表す。X

又はX

は、それぞれ独立して、メチレン基又はカルボニル基を表す。)
続きを表示(約 450 文字)【請求項2】
正極、負極、及び電解質を備え、前記正極および前記負極から選ばれる少なくとも1つが、請求項1に記載の二次電池用電極活物質として用いた請求項1に記載の二次電池。
【請求項3】
請求項1に記載の二次電池用電極活物質を正極として用いた請求項2に記載の二次電池。
【請求項4】
前記式(1)で表される化合物と導電補助剤を混合して二次電池用電極活物質として用いた請求項2又は3に記載の二次電池。
【請求項5】
前記電解質として、アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンを含有する物質からなる水系又は非水系溶液を用いた請求項2〜4のいずれかに記載の二次電池。
【請求項6】
前記アルカリ金属イオンが、ナトリウムイオン、リチウムイオン又はカリウムイオンである、請求項5に記載の二次電池。
【請求項7】
前記アルカリ土類金属イオンが、カルシウムイオン又はマグネシウムイオンである、請求項5に記載の二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池の技術分野に属し、特に、お椀型スマネントリオンを電極活物質として用いた二次電池に関する。
続きを表示(約 1,700 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電子技術の進歩に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の携帯用電子機器が急速に普及している。また、それに伴い、携帯型電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池等の需要が増大している。加えて、これら電子機器の汎用化をさらに進める上では、二次電源のスペックとして、高エネルギー密度、高出力化が可能で、かつ長寿命の二次電池が待望されている。
【0003】
二次電池は、アルカリ金属イオンあるいはアルカリ土類金属イオンが正極および負極の間を移動する二次電池である。例えば、リチウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池等が挙げられる。ナトリウムはリチウムに比べて資源が豊富に存在するため、ナトリウムイオン二次電池はリチウムイオン二次電池に比べて低コスト化を図り易いという利点がある。一般的に、二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、正極および負極の間に形成された電解質とを有する。正極活物質及び負極活物質を問わず、エネルギー密度の高い、新規な電極活物質の研究開発が積極的に行われている。
【0004】
ナトリウムイオン二次電池に用いられる電極活物質として、例えば、TiS

やNaCoO

、Na
2/3
[Fe
1/2
Mn
1/2
]O

等の層状化合物が知られている(非特許文献1および2)。しかし、これらの電極活物質は、レアメタルをはじめとする金属を含む無機材料を用いることから、資源問題やコスト面などのデメリットを伴うものである。このため、金属を含まないレアメタルフリーな電極活物質がより望まれている。
【0005】
このような電極活物質としては、有機化合物を含む有機系電極活物質が提案されており、例えばテレフタル酸二ナトリウム塩を用いたものが知られている。特許文献1や非特許文献3においては、テレフタル酸二ナトリウム塩を負極活物質に用いたナトリウムイオン二次電池が開示されている。また、特許文献2および3においては、有機安定ラジカルを用いたナトリウムイオン二次電池が記載されている。しかしながら、現状ではこれらのナトリウム二次電池では十分なエネルギー密度を満たしていない。
一方、グラファイトやハードカーボンはリチウムイオン二次電池やナトリウムイオン二次電池の負極材料として幅広く使用されている。近年グラファイトの一部を切り取ったコロネンをリチウムキャパシタの正極とした研究が報告(非特許文献4)されるなど、電極活物質として注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2015−57755号公報
特許第5952342号公報
特開2015−230830号公報
【0007】
G.H.Newmanら,J.Electrochem.Soc.、1980年、第127巻、p.2097−2099
N.Yabuuchiら,Nat.Mater.、2012年、第11巻、p.512−517
L.Zhaoら、Adv.Energy Mater.、2012年、第2巻、p.962−965
I.A.Rodriguez−Perezら、ACS Energy Lett.、2016年、第1巻、p.719−723
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年、二次電池は大型化が進んでいるため、低コスト化が求められている。そこで、本発明は、新規な二次電池用電極活物質を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。すなわち本発明は、下記[1]〜[6]に関する。
[1]
下記一般式(1)で表される化合物を含有する二次電池用電極活物質。
【0010】
(【0011】以降は省略されています)

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