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JP2014532258A - Tin oxide-containing polymer composite material - Google Patents

Tin oxide-containing polymer composite material Download PDF

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JP2014532258A JP2014530373A JP2014530373A JP2014532258A JP 2014532258 A JP2014532258 A JP 2014532258A JP 2014530373 A JP2014530373 A JP 2014530373A JP 2014530373 A JP2014530373 A JP 2014530373A JP 2014532258 A JP2014532258 A JP 2014532258A
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Abstract

本発明は、新規な酸化スズ含有ポリマー複合材料、その製造方法、及び酸化スズ含有ポリマー複合材料をスズ−炭素複合材料の製造のために使用する方法に関する。そのスズ−炭素複合材料は、少なくとも一つの無機スズ含有相(相中、スズは元素状態で存在しているか又は酸化スズ(II)の状態であるか、又はその混合状態である。)及び、炭素が元素状態で存在している炭素相から構成されている。そのようなスズ−炭素複合材料は、特に電気化学電池、特にリチウム電池のための負極(anode)材料の製造に適している。本発明はまた、本発明の酸化スズ含有ポリマー複合材料の製造に用いる一般式Iの化合物(モノマー)に関する。R1−X−Sn−Y−R2(I)(式中、R1は、Ar−C(Ra、Rb)基(但し、Arはハロゲン、OH、CN、C1−C6−アルキル、C1−C6−アルコキシ及びフェニルから選択される1又は2個の置換基を任意に有する芳香族又はヘテロ芳香族環であり、Ra、Rbはそれぞれ独立して水素又はメチルであるか又は共に酸素原子又はメチリデン基(=CH2)でであり、R2は、C1−C10−アルキル又はC3−C8−シクロアルキルであるか、又はR1の定義のうちの一つを有しているか、又はR1とR2はともに式Aの基【化1】(式中、Aは二重結合と一体となった芳香族又はヘテロ芳香族環であり、mは0、1、又は2であり、R基は、同一でも異なっていてもよく、ハロゲン、CN、C1−C6−アルキル、C1−C6−アルコキシ及びフェニルから選択され、R1とR2はそれぞれ上記で定義されている通りである。)であり、XはO、S又はNHであり、YはO、S又はNHである。)The present invention relates to a novel tin oxide-containing polymer composite material, a method for producing the same, and a method for using the tin oxide-containing polymer composite material for the production of a tin-carbon composite material. The tin-carbon composite material has at least one inorganic tin-containing phase (in which the tin is present in the elemental state or in the state of tin (II) oxide, or in a mixed state thereof); It is composed of a carbon phase in which carbon exists in an elemental state. Such tin-carbon composite materials are particularly suitable for the production of anode materials for electrochemical cells, in particular lithium cells. The invention also relates to compounds of the general formula I (monomers) used for the production of the tin oxide-containing polymer composites of the invention. R1-X-Sn-Y-R2 (I) (wherein R1 is an Ar-C (Ra, Rb) group (where Ar is halogen, OH, CN, C1-C6-alkyl, C1-C6-alkoxy) And an aromatic or heteroaromatic ring optionally having 1 or 2 substituents selected from phenyl, and Ra and Rb are each independently hydrogen or methyl, or both are an oxygen atom or a methylidene group (= CH2) and R2 is C1-C10-alkyl or C3-C8-cycloalkyl, or has one of the definitions of R1, or both R1 and R2 are groups of formula A Wherein A is an aromatic or heteroaromatic ring united with a double bond, m is 0, 1 or 2, and the R groups may be the same or different. Halogen, CN, C1-C6-alkyl, C1- Is selected from 6-alkoxy and phenyl, R1 and R2 being as respectively defined above.), And, X is O, S or NH, Y is O, S or NH.)

Description

本発明は、新規な酸化スズ含有ポリマー複合材料、その製造方法、及び酸化スズ含有ポリマー複合材料をスズ−炭素複合材料の製造のために使用する方法に関する。そのスズ−炭素複合材料は、少なくとも一つの無機スズ含有相(相中、スズは元素状態で存在しているか又は酸化スズ(II)の状態であるか、又はその混合状態である。)及び、炭素が元素状態で存在している炭素相から構成されている。そのようなスズ−炭素複合材料は、特に電気化学電池、特にリチウム電池のための負極(anode)材料の製造に適している。本発明はまた、本発明の酸化スズ含有ポリマー複合材料の製造のための化合物(モノマー)に関する。   The present invention relates to a novel tin oxide-containing polymer composite, a method for producing the same, and a method of using the tin oxide-containing polymer composite for the production of a tin-carbon composite. The tin-carbon composite material has at least one inorganic tin-containing phase (in which the tin is present in the elemental state or in the state of tin (II) oxide, or in a mixed state thereof); It is composed of a carbon phase in which carbon exists in an elemental state. Such tin-carbon composite materials are particularly suitable for the production of anode materials for electrochemical cells, in particular lithium cells. The invention also relates to a compound (monomer) for the production of the tin oxide-containing polymer composite of the invention.

拡大するモバイル社会において、モバイル電気機器はこれまでも大きな役割を果たしている。ここ数年来、電池、特に再充電可能な電池(いわゆる二次電池又は、蓄電池)はほぼ毎日の生活の一部において使用されている。現在、二次電池には電気的性質及び機械的性質に関して複雑な特性が要求されている。例えば、電気工業では長い寿命を実現するために、大容量及び優れたサイクル安定性を有する新規の小型で軽量な二次電池又は蓄電池が要求されている。さらに、高い信頼性と効率を確保するためには、感温性及び自己放電率は僅かであるべきである。同時に、利用の際の高い安全基準が要求される。上記性質を有するリチウム二次電池は、特に自動車部門にとっても重要であり、例えばこれから先、電気自動車又はハイブリッド自動車におけるエネルギー蓄積装置として使用され得る。   Mobile electrical devices have played a major role in the expanding mobile society. In recent years, batteries, particularly rechargeable batteries (so-called secondary batteries or accumulators) have been used in almost every part of everyday life. Currently, secondary batteries are required to have complex characteristics with respect to electrical properties and mechanical properties. For example, in the electrical industry, in order to realize a long life, a new small and lightweight secondary battery or storage battery having a large capacity and excellent cycle stability is required. Furthermore, temperature sensitivity and self-discharge rate should be small to ensure high reliability and efficiency. At the same time, high safety standards are required for use. The lithium secondary battery having the above properties is particularly important for the automobile sector, and can be used, for example, as an energy storage device in an electric vehicle or a hybrid vehicle.

さらに、この場合には、高い電流密度を実現するために、好ましい界面動電特性を有する蓄電池が必要とされる。また、新しい種類の蓄電池システムを開発する場合には、安価な方法で再充電可能な蓄電池を製造し得ることが特に重要である。また、環境的な側面も、新規の蓄電池システムを開発において、ますます重要な役割を果たしている。   Furthermore, in this case, in order to realize a high current density, a storage battery having preferable electrokinetic characteristics is required. In addition, when developing a new type of storage battery system, it is particularly important to be able to manufacture a rechargeable storage battery by an inexpensive method. Environmental aspects are also playing an increasingly important role in developing new storage battery systems.

現在の高エネルギーリチウム電池の正極は、今日では、活物質として通常、リチウム遷移金属酸化物又はスピネル型の複合酸化物を含む。これらの例は、LiCoO、LiNiO、LiNi1−x−yCoMyO(0<x<1、y<1、Mは、例えば、Al又はMn)、若しくはLiMn、又はリチウム鉄リン酸塩である。現在のリチウム電池の負極の構成については、ここ数年で、リチウムグラファイトインターカレーション化合物を使用することが示されている(Journal Electrochem. Soc. 1990、 2009)。さらに、負極材料として、リチウムシリコンインターカレーション化合物、リチウム合金、及びチタン酸リチウムについて研究されている(K.E.Aifantisによる「Next generation anodes for secondary Li−ion batteries” in High Energy Density Li−Batteries、Wiley−VCH、2010」の129〜162ページを参照)。 The positive electrode of current high-energy lithium batteries nowadays typically includes lithium transition metal oxides or spinel type complex oxides as active materials. Examples of these are LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-xy Co x MyO 2 (0 <x <1, y <1, M is, for example, Al or Mn), or LiMn 2 O 4 , or lithium Iron phosphate. As for the structure of the negative electrode of the current lithium battery, it has been shown in recent years that a lithium graphite intercalation compound is used (Journal Electrochem. Soc. 1990, 2009). In addition, lithium silicon intercalation compounds, lithium alloys, and lithium titanates have been studied as negative electrode materials ("Next generation anodds for secondary Li-ion batteries" in High Energy Density Li-Batteries by KE Aifantis). , Wiley-VCH, 2010 ", pages 129-162).

これら2つの電極は、液体電解質又は固体電解質を使用したリチウム電池においては、相互に結合される。リチウム電池を(再)充電する場合には、正極物質が酸化される(例えば、次の式:LiCoO→nLi++Li(1−n)CoO+neによる)。これによって、リチウムは、正極材料から脱離し、リチウムイオンの態様で負極に移動する。この負極でリチウムイオンは、負極物質の還元に伴い結合(bound)されて、そしてグラファイトの場合には、グラファイトの還元とともにリチウムイオンがインターカレートされる。この場合、リチウムは、グラファイト構造の層間サイトに含まれ、蓄電池を放電する場合、負極に結合されていたリチウムは、負極からリチウムイオンの形で放出され、負極材料の酸化が行なわれる。リチウムイオンは、電解質を通って正極に移動し、正極の還元にともない結合される。蓄電池の放電の場合及び蓄電池の再充電の場合には、リチウムイオンは、セパレータを通って移動する。 These two electrodes are coupled to each other in a lithium battery using a liquid electrolyte or a solid electrolyte. When the lithium battery is (re) charged, the positive electrode material is oxidized (eg, according to the following formula: LiCoO 2 → nLi ++ Li (1-n) CoO 2 + ne ). Thereby, lithium is desorbed from the positive electrode material and moves to the negative electrode in the form of lithium ions. In this negative electrode, lithium ions are bound as the negative electrode material is reduced, and in the case of graphite, lithium ions are intercalated with the reduction of graphite. In this case, lithium is contained in an interlayer site having a graphite structure, and when the storage battery is discharged, lithium bonded to the negative electrode is released from the negative electrode in the form of lithium ions, and the negative electrode material is oxidized. Lithium ions move to the positive electrode through the electrolyte and are combined as the positive electrode is reduced. In the case of discharging the storage battery and in the case of recharging the storage battery, the lithium ions move through the separator.

しかしながら、リチウムイオン蓄電池においてグラファイトを使用する場合の重大な欠点は、理論上の上限値が0.372 Ah/gであり、比容量が比較的低いことである。同様の特性は、グラファイト以外のグラファイトに似た炭素材料でもみられる。それは、例えば、アセチレンブラック、ランプブラック、ファーネスブラック、フレームブラック、クラッキングブラック、チャンネルブラック又はサーマルブラックのようなカーボンブラック及びシャイニーカーボン又はハードカーボンである。さらに、そのような負極材料は安全面で問題がある。   However, a significant drawback when using graphite in a lithium ion battery is that the theoretical upper limit is 0.372 Ah / g and the specific capacity is relatively low. Similar characteristics are seen with carbon materials similar to graphite other than graphite. For example, carbon black and shiny carbon or hard carbon such as acetylene black, lamp black, furnace black, frame black, cracking black, channel black or thermal black. Further, such a negative electrode material has a safety problem.

リチウム合金(例えば、LiSi、LiPb, LiSn, LiAlまたは LiSbの合金)を使用する場合には、高い比容量を実現することができる。これらは、グラファイトの充電容量の最大10倍の充電容量を可能とする(R.A. Huggins による「LiSi alloy Proceedings of the Electrochemical society 87−1, 1987」の356〜64ページを参照)。そのような合金の重大な欠点は、放充電をしているうちにそれらの寸法が変化し、負極材料が破壊(disintegration)されることである。負極材料の比表面積が増加した結果として、容量が減少(負極材料と電解質の不可逆反応による)、及び熱応力に対する電池の感度増大を生じる。極端な場合には、電池の強い発熱破壊を生じ、安全性にリスクをもたらす。 When a lithium alloy (for example, an alloy of Li x Si, Li x Pb, Li x Sn, Li x Al, or Li x Sb) is used, a high specific capacity can be realized. These allow for a charge capacity up to 10 times that of graphite (see pages 356-64 of “Li x Si alloy Processings of the Electrochemical Society 87-1, 1987” by RA Huggins). A significant drawback of such alloys is that their dimensions change during discharge and the negative electrode material is disintegrated. As a result of the increase in the specific surface area of the negative electrode material, the capacity decreases (due to the irreversible reaction between the negative electrode material and the electrolyte) and the sensitivity of the battery to thermal stress increases. In extreme cases, the battery will be severely damaged by heat, resulting in a safety risk.

電極材料としてのリチウムの使用は、安全上の理由で問題がある。より具体的には、充電動作中にリチウムが堆積したときに、リチウムデンドライトが負極材料上に形成する。これらは、電池中での短絡が生じ、結果として、電池が制御不能になって破壊されることになる。   The use of lithium as an electrode material is problematic for safety reasons. More specifically, lithium dendrite forms on the negative electrode material when lithium is deposited during the charging operation. These will cause a short circuit in the battery, resulting in the battery becoming uncontrollable and destroyed.

EP692833には、炭素含有挿入化合物についての記載があり、その化合物は、炭素と同様に、リチウム、特にケイ素とともに合金を形成している金属又は半金属を含んでいる。この化合物は、例えば、ポリシロキサンの熱分解によって、ケイ素含有封入化合物が得られるように、金属又は半金属及びヒドロカルビル基を含むポリマーの熱分解によって製造される。ケイ素含有封入化合物が得られる場合が挙げられる。その熱分解には、厳しい条件が必要とされ、一次ポリマーがまず分解し、その後、炭素並びに半金属並びに/又は半金属酸化物領域が形成される。そのような材料の生産は一般的に再現性が低い結果となる。高エネルギー入力によって領域構造の制御をすることは可能であったとしても、困難を伴うためと考えられる。   EP 692833 describes carbon-containing intercalation compounds, which, like carbon, contain metals or metalloids that form alloys with lithium, in particular silicon. This compound is produced, for example, by pyrolysis of a polymer containing metal or metalloid and hydrocarbyl groups so that a silicon-containing encapsulating compound is obtained by pyrolysis of polysiloxane. Examples include cases where a silicon-containing encapsulating compound is obtained. The pyrolysis requires harsh conditions, where the primary polymer first decomposes and then carbon and metalloid and / or metalloid oxide regions are formed. Production of such materials generally results in poor reproducibility. Even if it is possible to control the region structure by high energy input, it is considered to be difficult.

EP692833EP692833 WO 2010/112580WO 2010/112580 WO 2010/112581WO 2010/112581

I. Honmaらによる 「Nano Lett.9 (2009)」は、膨張黒鉛シートの間に埋められたSnOのナノ粒子から形成されるナノポーラス材料について記載している。これらの材料は、リチウムイオン蓄電池の負極の材料に適している。それらは、エチレングリコール中のSnOナノ粒子と剥離したグラファイトシートを混合することで製造される。剥離したグラファイトシートは、それ自体、酸化され、及び剥離されたグラファイトを還元して製造される。この方法は比較的、不便でコストがかかる。さらに、この方法は、再現性が低い。 “Nano Lett. 9 (2009)” by I. Honma et al. Describes nanoporous materials formed from nanoparticles of SnO 2 embedded between expanded graphite sheets. These materials are suitable for the negative electrode material of a lithium ion storage battery. They are produced by mixing SnO 2 nanoparticles in ethylene glycol and exfoliated graphite sheets. The exfoliated graphite sheet is itself oxidized and produced by reducing the exfoliated graphite. This method is relatively inconvenient and expensive. Furthermore, this method has low reproducibility.

WO 2010/112580は、炭素相C及びMは金属又は半金属であり、例えば、ボロン、ケイ素、チタン、又はスズであり、xは0〜k/2の数字であり、kは、金属又は半金属の最大空席を示している、少なくとも一つのMOx相を含む活物質について記載している。WO 2010/112580によると、活物質は2段階で製造され、いわゆるツイン重合による半金属酸化物相と有機ポリマー層からのナノ複合体材料の製造を含む1段階目とこのように製造されたナノ複合体材料の炭化である2段階目からなっている。この方法は、ほとんどの場合は大変良い結果となるが、スズの場合は、モノマーは得るのが困難である。困難を伴ってえば重合もされるが、得られたポリマー複合材料とスズ‐炭素複合材料は十分な電気化学的特性を示さない。   In WO 2010/112580, carbon phases C and M are metals or semimetals, for example, boron, silicon, titanium or tin, x is a number from 0 to k / 2, and k is a metal or semimetal. An active material containing at least one MOx phase, showing the maximum vacancy of the metal, is described. According to WO 2010/112580, the active material is produced in two stages, the first stage comprising the production of a nanocomposite material from a semi-metal oxide phase and an organic polymer layer by so-called twin polymerization and the thus produced nano It consists of the second stage, which is carbonization of the composite material. This method is very good in most cases, but in the case of tin it is difficult to obtain a monomer. Although polymerized if difficult, the resulting polymer composite and tin-carbon composite do not exhibit sufficient electrochemical properties.

WO 2010/112581は、金属又は半金属を含有しているモノマーが共重合をしているナノ複合体材料の製造方法について記載している。提案されたモノマーはスズが4価の酸化状態で存在しているスズ含有モノマーを含んでいる。これらのモノマーの生産は、特に比較的大量の生産を行う場合には、困難であり、重合は問題がある。   WO 2010/112581 describes a method for producing a nanocomposite material in which monomers containing metals or metalloids are copolymerized. Proposed monomers include tin-containing monomers in which tin is present in a tetravalent oxidation state. Production of these monomers is difficult and polymerization is problematic, especially when producing relatively large quantities.

概して、炭素又はリチウム合金を基礎としており、従来技術により公知の負極材料は、比容量、充放電運動、及び/又はサイクル安定性の点から十分でないといえる。例えば、何回か充放電サイクルをした後の容量の減少、及び/又は抵抗が高くなること又は増加することである。半金属又は金属の微粒子の相、及び一つ又はそれ以上の炭素相を有し、及び、最近これらの問題を解決すると提案されている複合材料は、これらの問題を部分的にのみ解決することができ、少なくともスズを含有材料の場合には、そのような複合材料の質は、再現性のある方法で達成することができない。さらに、その生産は一般的に、非常に複雑であるため、経済的な利用は不可能である。   In general, it can be said that negative electrode materials based on carbon or lithium alloys and known from the prior art are not sufficient in terms of specific capacity, charge / discharge movement and / or cycle stability. For example, the capacity may decrease after several charge / discharge cycles and / or the resistance may increase or increase. Composite materials that have a semi-metallic or metallic particulate phase and one or more carbon phases and have recently been proposed to solve these problems only partially solve these problems. In the case of materials containing at least tin, the quality of such composites cannot be achieved in a reproducible manner. Furthermore, its production is generally very complex and cannot be economically used.

しかるに、本発明の目的は、スズ含有ポリマー複合材料の製造方法を提供することであり、その方法は、複雑性が低く、スズ‐炭素複合材料の中でさらに処理をすることのできるよい再現性の生成物の質でこれらの材料を提供することにある。このように製造されたスズ‐炭素複合材料は、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池の負極材料に適しており、上述した欠点を改善し、特に、少なくとも一つ及び特に以下の特性の一つ以上を有している。   However, it is an object of the present invention to provide a method for producing a tin-containing polymer composite, which is low in complexity and good reproducibility that can be further processed in a tin-carbon composite. The quality of the product is to provide these materials. The tin-carbon composite material thus produced is suitable for a negative electrode material of a lithium ion battery, in particular, a lithium ion secondary battery, and improves the above-mentioned drawbacks. Have more than one.

‐大きな比容量
‐優れたサイクル安定性
‐自己放電が少ない
‐優れた機械的安定性
-Large specific capacity-Excellent cycle stability-Less self-discharge-Excellent mechanical stability

上記本発明の目的は、意外にも、以下に詳細に説明する方法、すなわち、少なくとも一つの無機酸化スズ相及び有機ポリマー層から構成された酸化スズ含有ポリマー複合材料の製造とこの方法によって得られる酸化スズ含有ポリマー複合材料により達成されることが見出された。   The above object of the present invention is surprisingly obtained by the method described in detail below, that is, the production of a tin oxide-containing polymer composite material composed of at least one inorganic tin oxide phase and an organic polymer layer, and this method. It has been found to be achieved with tin oxide-containing polymer composites.

本発明は、それゆえに
a)少なくとも一つの無機酸化スズ相、及び
b)有機ポリマー相、
から構成される酸化スズ含有ポリマー複合材料の製造方法であって、式Iの少なくとも1つのモノマーの重合を含むことを特徴とする製造方法に関する。
The present invention therefore comprises: a) at least one inorganic tin oxide phase, and b) an organic polymer phase,
A method for producing a tin oxide-containing polymer composite material comprising the polymerization of at least one monomer of formula I.

−X−Sn−Y−R(I)
(式中、
は、Ar−C(R、R)基(但し、Arはハロゲン、OH、CN、C−C−アルキル、C−C−アルコキシ及びフェニルから選択される1又は2個の置換基を任意に有する芳香族又はヘテロ芳香族環であり、R、Rはそれぞれ独立して水素又はメチルであるか又は共に酸素原子又はメチリデン基(=CH)でであり、
は、C−C10−アルキル又はC−C−シクロアルキルであるか、又はRの定義のうちの一つを有しているか、又はRとRはともに式Aの基
R 1 —X—Sn—Y—R 2 (I)
(Where
R 1 is an Ar—C (R a , R b ) group (wherein Ar is selected from halogen, OH, CN, C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy and phenyl 1 or 2 An aromatic or heteroaromatic ring optionally having one substituent, R a and R b are each independently hydrogen or methyl, or both are an oxygen atom or a methylidene group (═CH 2 );
R 2 is, C 1 -C 10 - alkyl or C 3 -C 8 - cycloalkyl, or either has one of the definitions R 1, or R 1 and R 2 are both formula A Base of

Figure 2014532258
(式中、Aは二重結合と一体となった芳香族又はヘテロ芳香族環であり、mは0、1、又は2であり、R基は、同一でも異なっていてもよく、ハロゲン、CN、C−C−アルキル、C−C−アルコキシ及びフェニルから選択され、RとRはそれぞれ上記で定義されている通りである。)であり、
XはO、S又はNHであり、
YはO、S又はNHである。)
Figure 2014532258
Wherein A is an aromatic or heteroaromatic ring united with a double bond, m is 0, 1, or 2, and the R groups may be the same or different, and may be halogen, CN , C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy and phenyl, each of R 1 and R 2 is as defined above)
X is O, S or NH;
Y is O, S or NH. )

式Iのモノマーは新規であり、それゆえに、本発明の一部を構成する。公知のスズ(IV)化合物と比較して、それらは生産しやすく、及びそれらはまた工業的規模で生産することができる。さらに、それらは対応するスズ(IV)化合物よりも安定しており、重合下におけるその使用方法にはより問題点が少ない。   The monomers of formula I are novel and therefore form part of the present invention. Compared to the known tin (IV) compounds, they are easy to produce and they can also be produced on an industrial scale. Furthermore, they are more stable than the corresponding tin (IV) compounds and are less problematic for their use under polymerization.

本発明はまた、本発明に記載の方法によって得られる
a)少なくとも一つの無機酸化スズ相、及び
b)有機ポリマー相
から構成される酸化スズ含有ポリマー複合材料を提供する。
The present invention also provides a tin oxide-containing polymer composite material comprising a) at least one inorganic tin oxide phase and b) an organic polymer phase obtained by the method according to the present invention.

本発明の酸化スズ含有ポリマー複合材料は、酸化スズ含有ポリマー複合材料を単純な方法でスズ‐炭素複合材料に変形することができる。それは、それ自体公知の方法で、本発明に従って得られる酸化スズ含有ポリマー複合材料の有機ポリマー相の炭化によるものである。   The tin oxide-containing polymer composite of the present invention can be transformed into a tin-carbon composite by a simple method. It is due to carbonization of the organic polymer phase of the tin oxide-containing polymer composite obtained according to the invention in a manner known per se.

本発明は、また、スズが0又は+2の酸化状態又はその混合状態で存在している少なくとも一つの無機スズ含有相及び、炭素が元素の形態で存在している炭素相から構成されるスズ‐炭素複合材料の製造方法であり、
i.本発明において、以下に詳述する方法による酸化スズ含有ポリマー複合材料の提供及び
ii.工程iで得られた酸化スズ含有ポリマー複合材料の有機ポリマー相の炭化する工程、
を含んでいる。
The present invention also relates to a tin-containing phase comprising at least one inorganic tin-containing phase in which tin is present in an oxidation state of 0 or +2 or a mixed state thereof, and a carbon phase in which carbon is present in elemental form. A method for producing a carbon composite material,
i. In the present invention, provision of a tin oxide-containing polymer composite material by the method described in detail below; Carbonizing the organic polymer phase of the tin oxide-containing polymer composite material obtained in step i,
Is included.

その構成及びその製造から得られる炭素相C及びスズ含有相の特有の配置のため、スズ‐炭素複合材料は、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池又はバッテリーにおける負極の活物質として特に適している。更に具体的には、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池の負極で使用する場合には、本発明のスズ‐炭素複合材料は大容量及び良好なサイクル安定性を得るために重要であり、且つ、電池中の低い抵抗を確保することができる。その上、本発明のスズ‐炭素複合材料は共連続相配列のため、高い機械的安定性を有し、簡単な方法で、且つ良好な再現性により製造される。   Due to its configuration and the unique arrangement of the carbon phase C and tin-containing phase resulting from its manufacture, tin-carbon composites are particularly suitable as active materials for negative electrodes in lithium ion batteries, in particular lithium ion secondary batteries or batteries. Yes. More specifically, when used in a negative electrode of a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery, the tin-carbon composite material of the present invention is important for obtaining a large capacity and good cycle stability, And the low resistance in a battery is securable. Moreover, because of the co-continuous phase arrangement, the tin-carbon composite of the present invention has high mechanical stability, is produced in a simple manner and with good reproducibility.

従って、本発明はまた、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池の負極におけるスズ‐炭素複合材料の使用方法及び、発明であるスズ‐炭素複合材料を含むリチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池の負極及び、発明であるスズ‐炭素複合材料を含む負極を少なくとも一つを有するリチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池を提供する。   Accordingly, the present invention also provides a method for using a tin-carbon composite material in a negative electrode of a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery, and a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery, containing the inventive tin-carbon composite material. A lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery, having at least one of the negative electrode and the negative electrode containing the tin-carbon composite material of the invention is provided.

本発明に記載のプロセス及び、酸化スズ含有ポリマー複合材料及び、そこに得られるスズ‐炭素複合材料の好適な実施形態は、本明細書及特許請求の範囲においてで詳細に説明する。   Preferred embodiments of the process described in the present invention and the tin oxide-containing polymer composite and the resulting tin-carbon composite are described in detail herein and in the claims.

本発明においては、酸化スズ含有ポリマー複合材料は、次のような材料を意味する。その材料は、基本的に、一般的に少なくとも90質量パーセント程度、特に少なくとも95質量パーセント程度の酸化スズ相及び有機ポリマー相から構成されており、それらの相は、相互に混在して分布している。酸化スズ相は一般的に、基本的に、すなわち、一般的に少なくとも90質量パーセント程度、特に95質量パーセント程度の酸化スズ又は酸化スズ水和物で構成されている。有機ポリマー相は元素の炭素以外の炭素含有ポリマーによって形成されている。有機ポリマー相の組成はAr−C(R、R)基によって定義されており、それは主として、ポリ(het)アリールホルムアルデヒド縮合物又はポリアリールカルボネート又はそれらの混合物を含んでいる。 In the present invention, the tin oxide-containing polymer composite material means the following materials. The material is basically composed of a tin oxide phase and an organic polymer phase which are generally at least about 90% by weight, in particular at least about 95% by weight, and these phases are mixed and distributed with each other. Yes. The tin oxide phase is generally composed essentially of tin oxide or hydrated tin oxide, ie generally at least on the order of 90 percent by weight, in particular on the order of 95 percent by weight. The organic polymer phase is formed by a carbon-containing polymer other than elemental carbon. The composition of the organic polymer phase is defined by the Ar—C (R a , R b ) group, which mainly contains poly (het) aryl formaldehyde condensates or polyaryl carbonates or mixtures thereof.

本発明における「酸化スズ」の用語は、化学量論的なSnO(例えば、α‐SnO 及び β-SnO、Sn及びSnO(例えば、八角形のSnO及び六角形のSnO))の純粋なスズ酸化物及び、Sn(OH) 及び スズ酸 HSn(OH)のような2価及び4価のスズの水酸化物を含んでいる。 In the present invention, the term “tin oxide” refers to stoichiometric SnO (eg, α-SnO 2 and β-SnO, Sn 2 O 3 and SnO 2 (eg, octagonal SnO 2 and hexagonal SnO 2 )). ) Pure tin oxide and divalent and tetravalent tin hydroxides such as Sn (OH) 2 and stannic acid H 2 Sn (OH) 6 .

本発明において、炭素−スズ複合材料は以下のような材料である。その材料は、基本的に、一般的に少なくとも90質量パーセント程度、特に少なくとも95質量パーセント程度のスズ含有相及び元素の炭素によって構成され、一方で、スズ含有相が、及び他方で、炭素が、互いに混在した状態で分布している。炭素相は元素状の炭素によって形成されており、その炭素は、黒鉛の構造単位を有していてもよい。   In the present invention, the carbon-tin composite material is the following material. The material is basically constituted by a tin-containing phase and elemental carbon, generally on the order of at least 90 percent by weight, in particular at least 95 percent by weight, while the tin-containing phase and on the other hand carbon They are distributed in a mixed state. The carbon phase is formed of elemental carbon, and the carbon may have a structural unit of graphite.

「アルキル」、「アルコキシ」、「シクロアルキル」及び「ヒドロキシアルキル」の語は、「芳香環」及び「ヘテロ芳香環」と同様に、この語が通常意味する置換基を含む、包括的かつ集合的な用語として理解されるべきである。本発明においては、接尾辞のC−Cは、この集合的な用語によって示される置換基が有してもよい炭素原子数を示している。 The terms “alkyl”, “alkoxy”, “cycloalkyl” and “hydroxyalkyl” as well as “aromatic ring” and “heteroaromatic ring” are generic and collective including the substituents normally meant by this term. It should be understood as a general term. In the present invention, the suffix C n -C m indicates the number of carbon atoms that the substituent represented by this collective term may have.

従って、アルキルは、一般的に1〜10個の、しばしば1〜6個、特に1〜4個の炭素原子を有する飽和直鎖状又は分岐鎖状脂肪族炭化水素基である。アルキルの例は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、2−ブチル、2−メチルプロピル、1、1−ジメチルエチル(=タートブチル)、n−ペンチル、2−ペンチル、2−メチルブチル、n−ヘキシル、2−ヘキシル、n−ヘプチル、2−ヘプチル、n−オクチル、2−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシル、1−メチルノニル及び2−プロピルヘプチルである。   Thus, alkyl is a saturated linear or branched aliphatic hydrocarbon group generally having 1 to 10, often 1 to 6, especially 1 to 4 carbon atoms. Examples of alkyl are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 2-butyl, 2-methylpropyl, 1,1-dimethylethyl (= tertbutyl), n-pentyl, 2-pentyl, 2-methylbutyl. N-hexyl, 2-hexyl, n-heptyl, 2-heptyl, n-octyl, 2-octyl, 2-ethylhexyl, n-nonyl, n-decyl, 1-methylnonyl and 2-propylheptyl.

従って、アルコキシは、酸素原子を介して結合され、一般的に1〜10個の、しばしば、1〜6個及び特に1〜4個の炭素原子を有する飽和直鎖状又は分岐鎖状脂肪族炭化水素基である。アルコキシの例は、メトキシ、エトキシ、n−プロキシ、イソプロキシ、n−ブトキシ、2−ブチロキシ、2−メチルプロキシ、n−ヘキシロキシ、2−ヘキシロキシ、n−ヘプチロキシ、2−ヘプチロキシ、n−オクチロキシ、2−オクチロキシ、2−エチルヘキシロキシ、n−ノニロキシ、n−デシロキシ、1−メチルノニロキシ及び2−プロピルヘプチロキシである。   Thus, alkoxy is linked via an oxygen atom and is typically a saturated linear or branched aliphatic carbonization having 1 to 10, often 1 to 6 and especially 1 to 4 carbon atoms. It is a hydrogen group. Examples of alkoxy are methoxy, ethoxy, n-proxy, isoproxy, n-butoxy, 2-butoxy, 2-methylproxy, n-hexyloxy, 2-hexyloxy, n-heptyloxy, 2-heptyloxy, n-octyloxy, 2 -Octyloxy, 2-ethylhexyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, 1-methylnonyloxy and 2-propylheptyloxy.

従って、ヒドロキシアルキルは少なくとも一つのOH基によって置換され、一般的に1〜10個の、しばしば1〜6個及び特に1〜4個の炭素原子を有する飽和脂肪族炭化水素基である。ヒドロキシアルキルの例は、ヒドロキシメチル、1−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシエチル、1−ヒドロキシプロピル、2−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシプロピル、1−ヒドロキシ−1−メチルエチル、2−ヒドロキシ−1−メチルエチル、2−ヒドロキシ−1−メチルエチル、4−ヒドロキシブチル等である。   Thus, a hydroxyalkyl is a saturated aliphatic hydrocarbon group which is substituted by at least one OH group and generally has 1 to 10, often 1 to 6 and especially 1 to 4 carbon atoms. Examples of hydroxyalkyl are hydroxymethyl, 1-hydroxyethyl, 2-hydroxyethyl, 1-hydroxypropyl, 2-hydroxypropyl, 3-hydroxypropyl, 1-hydroxy-1-methylethyl, 2-hydroxy-1-methyl And ethyl, 2-hydroxy-1-methylethyl, 4-hydroxybutyl and the like.

従って、シクロアルキルは一般的に3〜10個、しばしば3〜8個及び特に3〜6個の炭素原子を有し、1〜4のメチル基によって任意に置換されている飽和脂環式炭化水素基である。シクロアルキルの例は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、1−メチルシクロプロピル、2−メチルシクロプロピル、1−、2−又は3−メチルシクロペンチル、1−、2−、3−又は4−メチルシクロヘキシル、1、2−ジメチルシクロヘキシル、1、3−ジメチルシクロヘキシル、2、3−ジメチルシクロヘキシル、2、2−ジメチルシクロヘキシル、3、3−ジメチルシクロヘキシル、4、4−ジメチルシクロヘキシル等である。   Thus, cycloalkyl is generally a saturated alicyclic hydrocarbon having from 3 to 10, often from 3 to 8, and especially from 3 to 6, carbon atoms, optionally substituted by 1 to 4 methyl groups. It is a group. Examples of cycloalkyl are cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclooctyl, 1-methylcyclopropyl, 2-methylcyclopropyl, 1-, 2- or 3-methylcyclopentyl, 1-, 2-, 3- or 4-methylcyclohexyl, 1,2-dimethylcyclohexyl, 1,3-dimethylcyclohexyl, 2,3-dimethylcyclohexyl, 2,2-dimethylcyclohexyl, 3,3-dimethylcyclohexyl, 4,4-dimethylcyclohexyl and the like.

本発明において、芳香族基は、フェニルやナフチルのような炭素環芳香族炭化水素基を意味するものとして理解される。   In the present invention, an aromatic group is understood as meaning a carbocyclic aromatic hydrocarbon group such as phenyl or naphthyl.

本発明において、ヘテロ芳香族基は、一般的に5又は6個の環員を有していて、環員の一つは窒素、酸素及び硫黄から選択されたヘテロ原子であり、1又は2以上の環員は任意に窒素原子であり、その残りの環員は炭素であるヘテロ環式芳香族基を意味するものである。ヘテロ芳香族基の例としては、フリル、チエニル、ピロリル、ピラゾリル、イミダゾリル、オクサゾリル、イソザゾリル、ピリジル及びチアゾリルである。   In the present invention, the heteroaromatic group generally has 5 or 6 ring members, and one of the ring members is a heteroatom selected from nitrogen, oxygen and sulfur, and is 1 or 2 or more The ring member of is optionally a nitrogen atom, and the remaining ring members represent a heterocyclic aromatic group that is carbon. Examples of heteroaromatic groups are furyl, thienyl, pyrrolyl, pyrazolyl, imidazolyl, oxazolyl, isozazolyl, pyridyl and thiazolyl.

本発明において、一体となった芳香族基又は環は、o−フェニレン (ベンゾ) 又は1、2−ナフチレン(ナフト)のような炭素環芳香族の2価のヒドロカルビレン基を意味するものである。   In the present invention, an integrated aromatic group or ring means a carbocyclic aromatic divalent hydrocarbylene group such as o-phenylene (benzo) or 1,2-naphthylene (naphtho). is there.

本発明に記載の方法において、式Iのスズ含有モノマーはAr−C(R、R)基が重合して有機ポリマー相を形成し、且つ、XSnY単位が重合して酸化スズ相を形成する反応条件下で重合される。そのような重合反応はツイン重合と呼ばれ、例えば、WO2010/112580及びWO2010/112581から公知である。本発明に記載の方法とは異なり、WO2010/112580及びWO2010/112581は、もっぱらスズが+4の酸化状態であるそれらのモノマーを提案している。 In the process according to the invention, the tin-containing monomer of formula I is polymerized in the Ar-C (R a , R b ) group to form an organic polymer phase, and the XSnY unit is polymerized to form a tin oxide phase. Polymerized under reaction conditions. Such a polymerization reaction is called twin polymerization and is known, for example, from WO2010 / 112580 and WO2010 / 112581. Unlike the method described in the present invention, WO2010 / 112580 and WO2010 / 112581 propose their monomers exclusively in the oxidation state of tin +4.

本発明に記載の方法において、好ましいのは、変数X及びYのうちの少なくとも1つ及び特に変数X及びYの両方が酸素である式Iのそれらのモノマーを使用することである。   In the process according to the invention, preference is given to using those monomers of the formula I in which at least one of the variables X and Y and in particular both variables X and Y are oxygen.

本発明に記載の方法において、好ましいのは、Ar−C(R、R)単位又は式Aの基におけるR、Rはそれぞれ水素である式Iのそれらのモノマーを使用することである。 In the process according to the invention, preference is given to using those monomers of the formula I in which Ar a -C (R a , R b ) units or R a , R b in the group of formula A are each hydrogen. is there.

本発明に記載の方法において、好ましいのは、R 及びRが、同一であるか又は異なっており、及びそれぞれ式Ar−C(R、R)の基である式Iのそれらのモノマーを使用することである。式Ar−C(R、R)で好ましいのは、Ra及びRbがそれぞれ水素であるその式のそれらの基であることである。R 及びRがそれぞれAr−C(R、R)基であるとき、Arはフェニル及びフリルは置換されていないか又はハロゲン、OH,CN、C−C−アルキル、C−C−アルコキシ、C−C−ヒドロキシアルキル及びフェニルから選択された1又は2個の置換基を有しているフェニル及びフリルから選択された芳香族又はヘテロ芳香族基であることが望ましい。より具体的には、Arはフェニル又はフリルであり、フェニル及びフリルはそれぞれ置換されていないか、又はC−C−アルキル、C−C−ヒドロキシアルキル及び C−C−アルコキシ及び特に ヒドロキシメチル、メチル及びメトキシから選択された1又は2個の置換基を任意に有している。好ましい実施形態としては、Arは置換されていないか又はC−C−アルキル及びC−C−アルコキシ及び、特にメチル及びメトキシから選択された1又は2個の置換基を特に有しているフェニルである。特に好ましいAr族の例は、メトキシフェニル又は2、4−ジメトキシフェニルである。R 及びRは、特にそれぞれ独立して(メトキシフェニル)メチル又は(2、4−ジメトキシフェニル)メチルである。 In the process according to the invention, preference is given to those of the formula I in which R 1 and R 2 are identical or different and are each a radical of the formula Ar—C (R a , R b ). The use of monomers. Preferred in the formula Ar—C (R a , R b ) is that those groups of the formula where Ra and Rb are each hydrogen. When R 1 and R 2 are each an Ar—C (R a , R b ) group, Ar is phenyl or furyl unsubstituted or halogen, OH, CN, C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 - alkoxy, C 1 -C 6 - be an hydroxyalkyl and one or two selected from phenyl and furyl and substituted aromatic or heteroaromatic group selected from phenyl desirable. More specifically, Ar is phenyl or furyl, and phenyl and furyl are each unsubstituted or C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -hydroxyalkyl and C 1 -C 6 -alkoxy. And in particular optionally having one or two substituents selected from hydroxymethyl, methyl and methoxy. Preferred embodiments, Ar is or unsubstituted or substituted C 1 -C 6 - alkyl and C 1 -C 6 - alkoxy and, in particular, in particular having one or two substituents selected from methyl and methoxy Is phenyl. Particularly preferred examples of the Ar group are methoxyphenyl or 2,4-dimethoxyphenyl. R 1 and R 2 are in particular each independently (methoxyphenyl) methyl or (2,4-dimethoxyphenyl) methyl.

式Iのモノマーのさらなる実施形態としては、R 及びR族はともに上記において定義された式Aの基、特に式Aaの基である。 In a further embodiment of the monomer of formula I, the R 1 and R 2 groups are both groups of formula A, especially groups of formula Aa, as defined above.

Figure 2014532258
(式中、#、m、R、R及びRはそれぞれ上記で定義された通りである。)式A及びAaにおいて、変数mは特に0である。mが1又は2であるとき、Rは特にヒドロキシメチル、メチル又はメトキシメチルである。式A及びAaにおいて、R及びRは特にそれぞれ水素である。
Figure 2014532258
(Wherein #, m, R, R a and R b are each as defined above.) In formulas A and Aa, the variable m is especially 0. When m is 1 or 2, R is in particular hydroxymethyl, methyl or methoxymethyl. In the formulas A and Aa, R a and R b are in particular each hydrogen.

式Iのモノマーは、有機スズ化合物の公知の製造方法と同様にして製造される。一般に、RがAr−C(R、R)基である式Iのモノマー又は化合物は、適切なスズ(II)化合物(例えば、スズ(II)クロリドのようなスズ(II)ハロゲン化物又は、例えば、スズ(II)メトキシド(Sn(OCH)のようなスズ(II)アルコキシド)と、Ar−C(R、R)‐XH又は式Ar−C(R、R)‐XH又はAr−C(R、R)‐YHの異なる化合物の混合物(Ar、X、Y、R及びRはそれぞれ前記で定義した通りである)が反応することによって作成される。スズ(II)ハロゲン化物を使用する場合においては、その反応は、一般的に、塩基として第三級アミンが存在する中で行われる。一般的に、式Ar−C(R、R)‐XH 又は Ar−C(R、R)‐YHの化合物はその反応の所望の化学量論に対して過剰量で使用される。 The monomer of the formula I is produced in the same manner as known methods for producing organotin compounds. In general, a monomer or compound of formula I wherein R 1 is an Ar—C (R a , R b ) group is a suitable tin (II) compound (eg, a tin (II) halide such as tin (II) chloride). Or, for example, tin (II) alkoxide such as tin (II) methoxide (Sn (OCH 3 ) 2 ) and Ar—C (R a , R b ) —XH or the formula Ar—C (R a , R b ) -XH or a mixture of different compounds of Ar-C (R a , R b ) -YH (Ar, X, Y, R a and R b are as defined above) reacted Is done. When tin (II) halide is used, the reaction is generally performed in the presence of a tertiary amine as a base. Generally used in excess with respect to the desired stoichiometry of the formula Ar-C (R a, R b) -XH or Ar-C (R a, R b) compounds of -YH its reaction .

同様の方法で、R がAr−C(R、R)基である式Iのモノマー又は化合物は、適切なスズ(II)化合物(例えば、スズ(II)クロリドのようなスズ(II)ハロゲン化物又は例えば、スズ(II)メトキシド(Sn(OCH)のようなスズ(II)アルコキシド)と、式AXHYHの化合物(式中、m、A、X、Y、R、R及びRはそれぞれ上記で定義した通りである)と反応することによって生成する。 In a similar manner, a monomer or compound of formula I wherein R 1 is an Ar—C (R a , R b ) group is converted to a suitable tin (II) compound (eg, a tin (II) such as tin (II) chloride). ) Halide or a tin (II) alkoxide such as tin (II) methoxide (Sn (OCH 3 ) 2 )) and a compound of formula AXHYH where m, A, X, Y, R, R a And R b are each as defined above).

Figure 2014532258
Figure 2014532258

スズ(II)ハロゲン化物を使用する場合には、その反応は、一般的に塩基として第三級アミンが存在する中で行われる。一般的に、化合物AXHYHは、その反応の所望の化学量論に対して過剰量で使用される。   When tin (II) halide is used, the reaction is generally carried out in the presence of a tertiary amine as a base. In general, compound AXHYH is used in excess relative to the desired stoichiometry of the reaction.

そのポリマー複合材料を生産するために、式Iのモノマー(モノマーIとして後述する)は単独で重合されることができる(ホモ重合)。また、異なるモノマーIの混合物を共重合することもできる。また、R又はR基を伴ってする重合に適していると知られている置換基を有する1つ又はそれ以上のモノマーIを重合することができる。これらには、特に、ベンゾアルデヒド、フルフラール、ホルムアルデヒド、又はアセトアルデヒドのような脂肪族、芳香族又はヘテロ芳香族のアルデヒドが含まれる。好ましいのは気体状態又は非水系オリゴマー又はポリマーの形体(例えばトリオキサン又はパラホルムアルデヒドの形体)のホルムアルデヒドを使用することである。同様に、本発明のモノマーIと他のモノマーは共重合することができ、他のモノマーは、ツイン重合の条件下で共重合することができ、それは、例えば、WO2010/112580及びWO2010/112581に記載されているように酸化物形成半金属を含んでいる。そして、他のポリマーはスズの他に金属又は半金属を有していてもよい。これらは、特にWO2010/112580及びWO2010/112581に記載された一般式Iのモノマー、以下の式X、 In order to produce the polymer composite, the monomer of formula I (described below as monomer I) can be polymerized alone (homopolymerization). It is also possible to copolymerize mixtures of different monomers I. Alternatively, one or more monomers I having substituents known to be suitable for polymerization involving R 1 or R 2 groups can be polymerized. These include in particular aliphatic, aromatic or heteroaromatic aldehydes such as benzaldehyde, furfural, formaldehyde or acetaldehyde. Preference is given to using formaldehyde in the gaseous state or in the form of non-aqueous oligomers or polymers (for example in the form of trioxane or paraformaldehyde). Similarly, the monomer I of the present invention and other monomers can be copolymerized, and other monomers can be copolymerized under twin polymerization conditions, for example, in WO2010 / 112580 and WO2010 / 112581. It contains an oxide-forming metalloid as described. And other polymers may have a metal or a semimetal in addition to tin. These are in particular the monomers of the general formula I described in WO 2010/112580 and WO 2010/112581, the following formula X,

Figure 2014532258
式中、
Mは金属又は半金属であり、望ましくは、周期表の主族3又は4、又は遷移族4又は5の金属又は半金属、特にB、Al、Si、 Ti、Zr、Hf、Ge、Sn、Pb、V、As、Sb又はBi、さらに望ましいのはB、Si、Ti、Zr又はSn、さらにより望ましいのはSi 又は Tiであり、特にSiである。
Figure 2014532258
Where
M is a metal or metalloid, preferably a metal or metalloid of main group 3 or 4 or transition group 4 or 5 of the periodic table, in particular B, Al, Si, Ti, Zr, Hf, Ge, Sn, Pb, V, As, Sb or Bi, more preferably B, Si, Ti, Zr or Sn, and still more preferably Si 2 or Ti, especially Si.

1a、R2aは、同一又は異なっていてもよく、それらは、それぞれAr−C(R、R)基であり、Ar、R、Rは、特にその定義は望ましいものとして引用され、それぞれ式Iと関連して上記で定義した通りであるか、又は、R1aX 及びR2aY基はともに式A´の基である。 R 1a and R 2a may be the same or different, and they are each an Ar—C (R a , R b ) group, and Ar, R a , and R b are particularly cited as desirable definitions. Each as defined above in connection with Formula I, or the R 1a X and R 2a Y groups are both groups of Formula A ′.

Figure 2014532258
(式中、A、R、m、R、Rはそれぞれ式Iと関連して上記で定義した通りであり、特に、その定義は望ましいものとして引用されている。)
Figure 2014532258
(Wherein A, R, m, R a and R b are each as defined above in connection with Formula I, and in particular, the definitions are cited as desirable.)

XはO、S又はNHであり、特にOである。   X is O, S or NH, in particular O.

YはO、S又はNHであり、特にOである。   Y is O, S or NH, especially O.

G、Qは、同一又は異なっていてもよく、それらは、それぞれO、S、NH又は化学結合及び特に、酸素又は化学結合である。   G and Q may be the same or different and they are O, S, NH or chemical bonds, respectively, and in particular oxygen or chemical bonds.

1´、R2´は、同一又は異なっていてもよく、それらは、それぞれC−C−アルキル、C−C−シクロアルキル、アリール基又はAr´−C(Ra´、Rb´)基(式中、Ar´はArの定義の通りであり、Ra´、Rb´はそれぞれR、Rの定義の通りである)であり、R1´、R2´は特にそれぞれ水素であり、又は、R1´、R2´はG及びQとともに上記で定義した式A´の基である。) R 1', R 2'is identical or different and have good, they each C 1 -C 6 - alkyl, C 3 -C 6 - cycloalkyl, aryl or Ar '-C (R a', R b') group (wherein, Ar 'is as defined for Ar, R a', R b'are each R a, as defined in R b), R 1', R 2 'particularly are each hydrogen, or, R 1', R 2'is a group of the formula A'defined above together with G and Q. )

及び、特にWO 2010/112580及びWO 2010/112581に記載された一般式II、IIa、III、IIIa、IV、 V、 Va、VI又はVIaのモノマーである。   And in particular monomers of the general formula II, IIa, III, IIIa, IV, V, Va, VI or VIa described in WO 2010/112580 and WO 2010/112581.

より好ましい実施形態としては、式Iのモノマー以外のモノマー(例えば式Xのモノマー又は前述のアルデヒド)の割合は、20質量%を超えることはなく、特に10質量%である。これは、重合されるモノマーの全質量に基づいており、すなわち、式Iのモノマーは重合されるモノマーの全質量の少なくとも80質量%及び特に90質量%を形成している。本発明における他の実施形態においては、重合されるモノマーの全質量における式Iのモノマーの割合は、20〜80質量%、特に30〜70質量%になり、式Iのモノマー以外のモノマー(例えば、式Xのモノマー又は前述のアルデヒド)の割合は、重合されるモノマーの全質量に基にすると、20〜80質量%の範囲、特に30〜70質量%の範囲にある。   In a more preferred embodiment, the proportion of monomers other than the monomer of formula I (for example the monomer of formula X or the aldehyde mentioned above) does not exceed 20% by weight, in particular 10% by weight. This is based on the total weight of the monomer to be polymerized, i.e. the monomer of formula I forms at least 80% by weight and in particular 90% by weight of the total weight of the monomer to be polymerized. In other embodiments of the present invention, the proportion of the monomer of formula I in the total weight of the monomers to be polymerized is 20 to 80% by weight, in particular 30 to 70% by weight, The proportion of the monomer of formula X or the aldehyde mentioned above is in the range from 20 to 80% by weight, in particular in the range from 30 to 70% by weight, based on the total weight of the monomers to be polymerized.

式Iのモノマーは、WO 2010/112580 及びWO 2010/112581で記載された方法と同様にして、異なるモノマーと重合し及び共重合することができる。   Monomers of formula I can be polymerized and copolymerized with different monomers in a manner similar to that described in WO 2010/112580 and WO 2010/112581.

本発明に記載の方法のより好ましい実施形態としては、モノマーは有機溶媒又は混合溶媒中、特に有機非プロトン性又は混合溶媒中で重合される。好ましいのは、形成されたポリマー複合材料が不溶である非プロトン性溶媒である(溶解度 < I g/l at 25℃)。結果として、ポリマー複合材料の特に小さな粒子は重合条件下で形成される。しかしながら、実質上、重合もまた行われる。   In a more preferred embodiment of the process according to the invention, the monomers are polymerized in an organic solvent or mixed solvent, in particular in an organic aprotic or mixed solvent. Preference is given to aprotic solvents in which the polymer composite formed is insoluble (solubility <I g / l at 25 ° C.). As a result, particularly small particles of the polymer composite are formed under polymerization conditions. In practice, however, polymerization is also carried out.

重合によって形成されたポリマー複合材料が不溶である非プロトン性溶媒の使用は、原則として粒子の形成を促進すると想定される。粒子状の無機材料の存在下でその重合が行われると、おそらく、その粒子の形成は、おそらく、粒子状の無機材料の存在によって制御されるであろう。そして、これは、粗いポリマー複合材料の形成を妨げるであろう。   The use of aprotic solvents in which the polymer composite formed by polymerization is insoluble is in principle assumed to promote particle formation. If the polymerization is carried out in the presence of particulate inorganic material, the formation of the particles will probably be controlled by the presence of the particulate inorganic material. This will then prevent the formation of a coarse polymer composite.

望ましくは、非プロトン性溶媒は、モノマーIが少なくとも部分的に溶解することができるように選択される。重合条件下で、溶媒中のモノマーIの溶解度は少なくとも50g/l、特に少なくとも100g/lである。一般的に、20℃でのモノマーの溶解度が50g/l、特に少なくとも100g/lとなるように有機溶媒が選択される。より具体的には、溶媒は、モノマーIが実質上又は完全にそこで可溶となるように選択される。すなわち、モノマーIに対する溶媒の割合は、重合条件下で、モノマーIの少なくとも80%、特に少なくとも90%又はモノマーIの全部が溶解して存在するように選択される。   Desirably, the aprotic solvent is selected such that monomer I can be at least partially dissolved. Under the polymerization conditions, the solubility of monomer I in the solvent is at least 50 g / l, in particular at least 100 g / l. In general, the organic solvent is selected such that the solubility of the monomer at 20 ° C. is 50 g / l, in particular at least 100 g / l. More specifically, the solvent is selected such that monomer I is substantially or completely soluble therein. That is, the ratio of solvent to monomer I is selected such that, under the polymerization conditions, at least 80%, in particular at least 90% of monomer I or all of monomer I is present dissolved.

「非プロトン性」は、O、S又はNのようなヘテロ原子と結合している1つ又はそれ以上のプロトンを有しており、このように多かれ少なかれ酸性である溶媒を基本的に含まない、重合のために使用された溶媒を意味している。従って、重合に使用された溶媒又は混合溶媒中のプロトン性溶媒の割合は、有機溶媒の全体積量に基づいて、10体積%以下、特に1体積%以下及び0.1体積%以下である。モノマーIの重合は、望ましくは、実質的に水が存在しない中で行われる。すなわち、重合の開始の時点での水の濃度は、使用された溶媒の量に基づくと、500ppm以下である。   “Aprotic” has one or more protons attached to a heteroatom such as O, S or N and is essentially free of solvents that are more or less acidic in this way. Means the solvent used for the polymerization. Therefore, the proportion of the protic solvent in the solvent or mixed solvent used for the polymerization is 10% by volume or less, particularly 1% by volume or less and 0.1% by volume or less based on the total volume of the organic solvent. The polymerization of monomer I is desirably carried out in the substantial absence of water. That is, the concentration of water at the start of polymerization is 500 ppm or less based on the amount of solvent used.

溶媒は無機又は有機又は無機及び有機溶媒の混合であってもよい。望ましくは有機溶媒である。   The solvent may be inorganic or organic or a mixture of inorganic and organic solvents. An organic solvent is desirable.

好適な非プロトン性有機溶媒は、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1−クロロブタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン等のハロゲン化炭化水素、並びに脂肪族、脂環式又は芳香族である純粋な炭化水素、及びこれら炭化水素とハロゲン化炭化水素の混合物である。純粋な炭化水素の例は、一般に2〜8、好ましくは3〜8個の炭素原子を有する非環式脂肪族炭化水素、特にエタン、イソ−及びn−プロパン、n−ブタン、及びこれらの異性体、n−ペンタン及びその異性体、n−ヘキサン及びその異性体、n−ヘプタン及びその異性体、及びn−オクタン及びその異性体等のアルカン、5〜8個の炭素原子を有するシクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、及びシクロヘプタン等のシクロアルカン等の脂環式炭化水素、並びにベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、クメン(2−プロピルベンゼン)、イソクメン(1−プロピルベンゼン)、及びtert−ブチルベンゼン等の芳香族炭化水素である。   Suitable aprotic organic solvents are, for example, halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, dichloroethane, trichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1-chlorobutane, chlorobenzene, dichlorobenzene, fluorobenzene and the like. And pure hydrocarbons that are aliphatic, cycloaliphatic or aromatic, and mixtures of these hydrocarbons and halogenated hydrocarbons. Examples of pure hydrocarbons are generally acyclic aliphatic hydrocarbons having 2-8, preferably 3-8 carbon atoms, in particular ethane, iso- and n-propane, n-butane, and isomers thereof. , N-pentane and its isomers, n-hexane and its isomers, n-heptane and its isomers, and alkanes such as n-octane and its isomers, cyclopentane having 5 to 8 carbon atoms, Alicyclic hydrocarbons such as methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, and cycloalkanes such as cycloheptane, and benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, cumene (2-propylbenzene), and isocumene (1-propylbenzene) And aromatic hydrocarbons such as tert-butylbenzene.

好ましくは、上述の炭化水素とハロゲン化炭化水素の混合物であり、例えば、クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、及び1−クロロブタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素、並びにクロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、及びフルオロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素である。   Preferably, it is a mixture of the above-mentioned hydrocarbons and halogenated hydrocarbons, such as halogens such as chloromethane, dichloromethane, trichloromethane, chloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, and 1-chlorobutane. And halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, and fluorobenzene.

無機プロトン性溶媒の例は、特に超臨界二酸化炭素、酸化硫化炭素、二硫化炭素、二酸化窒素、塩化チオニル、塩化スルフリル、及び液体二酸化硫黄であり、また、重合開始剤として作用するのは後者の3つの溶媒である。   Examples of inorganic protic solvents are in particular supercritical carbon dioxide, carbon oxysulfide, carbon disulfide, nitrogen dioxide, thionyl chloride, sulfuryl chloride, and liquid sulfur dioxide, and the latter acting as a polymerization initiator. Three solvents.

モノマーIは通常、重合開始剤又は触媒の存在下で重合される。重合開始剤又は触媒はモノマーI(すなわち、モノマー単位XR及びYR)のカチオン重合及び酸化スズ相の形成を開始させるように又は触媒として機能するように選択される。従って、モノマーIの重合の過程では、一方で、モノマー単位XR及びYRが重合し、同時に他方では、酸化スズ相が形成される。 Monomer I is usually polymerized in the presence of a polymerization initiator or catalyst. The polymerization initiator or catalyst is selected to initiate the cationic polymerization of monomer I (ie, monomer units XR 1 and YR 2 ) and the formation of a tin oxide phase, or to function as a catalyst. Therefore, in the course of the polymerization of the monomer I, on the one hand, the monomer units XR 1 and YR 2 are polymerized, while at the same time a tin oxide phase is formed.

「同時に」の語は、必ずしも、モノマー単位XR及びYRの重合と酸化スズ相の形成が同じ割合で進行することを意味するものではない。言い換えれば、「同時に」は、これらのプロセスが動力学的に結合されており、カチオン重合状態であることによって引き起こされることを意味している。 The term “simultaneously” does not necessarily mean that the polymerization of the monomer units XR 1 and YR 2 and the formation of the tin oxide phase proceed at the same rate. In other words, “simultaneously” means that these processes are kinetically coupled and caused by being in a cationic polymerization state.

好適な重合開始剤又は触媒は、原則として、カチオン重合に対して触媒作用を及ぼすと知られている全ての置換基である。これらには、プロトン酸(ブレンステッド酸)及び非プロトン性ルイス酸が含まれる。望ましいプロトン触媒はブレンステッド酸であり、例えば、有機カルボン酸、例えば、トリフルオロ酢酸、シュウ酸又は乳酸、及び特にメタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸又はトルエンスルホン酸のような有機スルホン酸である。同様に好適なものは、HCl、 HSO 又はHClOのような無機ブレンステッド酸である。使用されるルイス酸は、例えば、BF、BCl、SnCl、TiCl又はAlClであってもよい。複雑な形で結合され、又はイオン性液体の中に溶解しているルイス酸を使用することも可能である。重合開始剤又は触媒は、通常、モノマーMを基準として、0.1〜10質量%、好ましくは、0.5〜5質量%の量で使用される。 Suitable polymerization initiators or catalysts are in principle all substituents known to catalyze cationic polymerization. These include protic acids (Bronsted acids) and aprotic Lewis acids. Desirable proton catalysts are Bronsted acids, such as organic carboxylic acids such as trifluoroacetic acid, oxalic acid or lactic acid, and especially organic sulfonic acids such as methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid or toluenesulfonic acid. Also suitable are inorganic Bronsted acids such as HCl, H 2 SO 4 or HClO 4 . The Lewis acid used may be, for example, BF 3 , BCl 3 , SnCl 4 , TiCl 4 or AlCl 3 . It is also possible to use a Lewis acid which is bound in a complex manner or dissolved in an ionic liquid. The polymerization initiator or catalyst is usually used in an amount of 0.1 to 10% by mass, preferably 0.5 to 5% by mass, based on the monomer M.

モノマーIの重合で要求される温度は、一般的に0〜150℃の範囲、特に20〜140℃及び特に、40〜120℃の範囲である。   The temperature required for the polymerization of the monomer I is generally in the range from 0 to 150 ° C., in particular in the range from 20 to 140 ° C. and in particular in the range from 40 to 120 ° C.

本発明に記載の方法は、特に、連続モード及び/又はバッチモードで酸化スズ含有ポリマー複合材料を工業的に製造するのに適している。バッチモードにおいては、これは、少なくとも10kg、しばしば、少なくとも100kg、特に少なくとも1000kg又は少なくとも5000kgのバッチサイズを意味している。連続モードにおいては、これは、一般的に少なくとも100kg/day、しばしば少なくとも1000kg/day、特に少なくとも10t/day又は少なくとも100t/dayである。   The process according to the invention is particularly suitable for industrial production of tin oxide-containing polymer composites in continuous mode and / or batch mode. In batch mode this means a batch size of at least 10 kg, often at least 100 kg, in particular at least 1000 kg or at least 5000 kg. In continuous mode, this is generally at least 100 kg / day, often at least 1000 kg / day, in particular at least 10 t / day or at least 100 t / day.

本発明に記載の方法によって得られる酸化スズ含有ポリマー複合材料は、基本的に、すなわち、一般的に少なくとも90質量%程度の、特に、少なくとも95質量%程度の酸化スズ相と有機ポリマー相から構成されている。一般的に、酸化スズ相は、基本的に、すなわち、一般的に少なくとも90質量%程度の、特に少なくとも95質量%程度の酸化スズ又は酸化スズ水和物から構成されている。ここでは酸化スズは、望ましくは、少なくとも80%程度及び特に90%程度が+2の酸化状態であるスズの状態で存在している。有機ポリマー相は、元素の炭素以外の炭素系ポリマーによって形成されている。有機ポリマー相の構成はAr−C(R、R)基によって定義され、そして、それらは一般的にポリ(het)アリールホルムアルデヒド凝縮体又はポリアリール炭酸塩又はその混合である。 The tin oxide-containing polymer composite material obtained by the method according to the present invention is basically composed of a tin oxide phase and an organic polymer phase, ie generally at least about 90% by weight, in particular at least about 95% by weight. Has been. In general, the tin oxide phase is basically composed of tin oxide or tin oxide hydrate, ie generally at least about 90% by weight, in particular at least about 95% by weight. Here, the tin oxide is preferably present in the state of tin, which is at least about 80% and in particular about 90% in the +2 oxidation state. The organic polymer phase is formed by a carbon-based polymer other than elemental carbon. The composition of the organic polymer phase is defined by the Ar—C (R a , R b ) group and they are generally poly (het) aryl formaldehyde condensates or polyaryl carbonates or mixtures thereof.

本発明に記載の方法の他の結果は、酸化スズ相と有機ポリマー相は、広範囲にわたって共連続構造で存在しており、それは、それぞれの相は、基本的に、任意に連続している相領域によって囲まれている、どんな孤立した相領域も形成しないことを意味している。その代わり、二つの相は空間的に離れた連続相領域を形成しており、それは、透過型電子顕微鏡でその材料を調べることによって見ることができるように、互いに貫通している。「連続相領域」、「不連続相領域」及び「共連続相領域」の用語に関しては、W. J. Work らによる「Definitions of Terms Related to Polymer Blends, Composites and Multiphase Polymeric Materials, (IUPAC Recommendations 2004) ,(Pure Appl. Chem., 76 (2004))」の1985〜2007ページ、特に2003ページで言及されている。従って、2成分混合物の共連続構造は、2つの相又は成分の相分離構造を意味しているものと理解され、そこでは、一つの特定の相の領域の中では、いずれかの相領域を通る連続した経路は、どんな相領域境界とも交差することなく、全ての相境界に描かれてもよい。   Another result of the method described in the present invention is that the tin oxide phase and the organic polymer phase exist in a co-continuous structure over a wide range, since each phase is essentially a phase that is arbitrarily continuous. This means that no isolated phase region surrounded by the region is formed. Instead, the two phases form a spatially separated continuous phase region that penetrates each other as can be seen by examining the material with a transmission electron microscope. Regarding the terms “continuous phase region”, “discontinuous phase region” and “co-continuous phase region”, J. et al. Work et al., “Definitions of Terms Related to Polymer Blends, Composites and Multiphase Polymeric Materials, (IUPAC Recommendations 2004), pp. 7-200, (Pure App. 4). Yes. Thus, a co-continuous structure of a binary mixture is understood to mean a phase separation structure of two phases or components in which any phase region is defined within one particular phase region. A continuous path through may be drawn at every phase boundary without intersecting any phase region boundary.

本発明のポリマー複合材料において、有機ポリマー相及び酸化スズ相が基本的に共連続相領域を形成している領域は、ポリマー複合材料の少なくとも50体積%、しばしば少なくとも80体積%及び特に少なくとも90体積%を占めている。   In the polymer composite of the invention, the region in which the organic polymer phase and the tin oxide phase essentially form a co-continuous phase region is at least 50% by volume of the polymer composite, often at least 80% by volume and in particular at least 90% by volume. %.

本発明のポリマー複合材料において、隣接する相の界面間の距離又は隣接する同様の相の領域間の距離は、小さく、平均して100nm以下であり、特に20nm以下、特に10nm以下である。隣接する同様の相の間の距離は、例えば、酸化スズ相の2つの領域間の距離は、有機ポリマー相の領域によって、お互いが分離され、又は有機ポリマー相の2つの領域間の距離は、酸化スズ相の領域によって、お互いが分離されている。隣接する同様の相の領域間の平均距離は、散乱ベクトルq(20℃での透過率で測定、単色CuK線、2D検出器(画像版)、スリットコリメーション)を経由して小角X線散乱(SAXS)によって決定される。 In the polymer composite material of the present invention, the distance between the interfaces of adjacent phases or the distance between adjacent similar phase regions is small, on average 100 nm or less, particularly 20 nm or less, particularly 10 nm or less. The distance between adjacent similar phases, for example, the distance between two regions of the tin oxide phase is separated from each other by the region of the organic polymer phase, or the distance between two regions of the organic polymer phase is They are separated from each other by the region of the tin oxide phase. Average distance between regions of adjacent similar phases, the scattering vector q (measured in transmission at 20 ° C., monochromatic Cu K a line, 2D detector (image edition), slit collimation) small-angle X-ray scattering via (SAXS).

相領域の大きさ、及びそれゆえに、隣接する相界面間の距離及び相の構造もまた、透過型電子顕微鏡、特にHAADF−STEM技術(HAADF−STEM=高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡法)によって測定することができる。このイメージング技術においては、比較的重い元素(例えば、Cと比較してSn)は軽い元素よりも明るく表われる。調製の際の副産物(preparation artifacts)も、調製物の密度の濃い領域は密度の低い領域よりも明るく表われるので、同様に観察される。   The size of the phase region and hence the distance between adjacent phase interfaces and the phase structure can also be measured by transmission electron microscopy, in particular HAADF-STEM technology (HAADF-STEM = high angle scattering annular dark field scanning transmission microscopy). Can be measured. In this imaging technique, relatively heavy elements (eg, Sn compared to C) appear brighter than light elements. Preparation artifacts are also observed as the dense regions of the preparation appear brighter than the less dense regions.

すでに上記で言及した通り、本発明はまた、少なくとも一つの無機スズ含有相からのスズ−炭素複合材料の製造に関するものである。少なくとも一つの無機スズ含有相の中では、スズは+2又は0の酸化状態のスズの状態で存在しており、特に元素の状態又は酸化スズ(II)の状態又はスズ(II)酸化物水和物又はそれの混合状態である。この目的のため、 第1工程iでは、酸化スズ含有ポリマー複合材料は、上記で記載された方法で製造される。この酸化スズ含有ポリマー複合材料は、第2の工程で炭化される。有機ポリマー相は、ここで、主に元素状炭素からなる相に変わる。相の構造は、基本的に維持されている。   As already mentioned above, the present invention also relates to the production of tin-carbon composites from at least one inorganic tin-containing phase. In at least one inorganic tin-containing phase, tin is present in the tin state in the +2 or 0 oxidation state, in particular in the elemental state or in the tin (II) oxide state or in the tin (II) oxide hydration Or a mixed state thereof. For this purpose, in a first step i, a tin oxide-containing polymer composite material is produced by the method described above. This tin oxide-containing polymer composite material is carbonized in the second step. The organic polymer phase here turns into a phase consisting mainly of elemental carbon. The phase structure is basically maintained.

この目的のため、工程iで得られたポリマー複合材料は、一般的には、実質的に酸素を排除した状態で、少なくとも400℃にまで、望ましくは少なくとも500℃、特に少なくとも700℃、例えば400℃〜1200℃の範囲まで加熱される。「実質的に酸素を排除した状態」とは、炭化が行われている反応範囲における酸素分圧は、小さく、望ましくは20mbar、特に10mbarを超えない。   For this purpose, the polymer composite material obtained in step i is generally at least up to 400 ° C., preferably at least 500 ° C., in particular at least 700 ° C., for example 400, substantially excluding oxygen. It is heated to a range of from ℃ to 1200 ℃. The “substantially oxygen-excluded state” means that the oxygen partial pressure in the reaction range in which carbonization is carried out is small, desirably not exceeding 20 mbar, in particular not exceeding 10 mbar.

本発明の、一方の実施形態においては、炭化は、例えば窒素又はアルゴンのような不活性ガス雰囲気下で行われる。不活性ガス雰囲気下は、望ましくは、1体積%以下、特に0.1体積%以下の酸素を含んでいる。本発明の、他方の実施形態においては、炭化は、いわゆる還元性ガスの存在下で行われる。還元性ガスは、水素(H)と同様に、メタン、エタン又はプロパンのような炭化水素ガス、又はアンモニア(NH)を含む。還元性ガスはそのようなものとして、又は窒素やアルゴンのような不活性ガスとの混合として使用されることができる。 In one embodiment of the invention, carbonization is performed under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The inert gas atmosphere preferably contains 1% by volume or less, particularly 0.1% by volume or less of oxygen. In the other embodiment of the present invention, carbonization is carried out in the presence of a so-called reducing gas. The reducing gas contains hydrocarbon gas such as methane, ethane or propane, or ammonia (NH 3 ), as well as hydrogen (H 2 ). The reducing gas can be used as such or as a mixture with an inert gas such as nitrogen or argon.

望ましくは、粒子状の複合材料は、乾燥した状態で、すなわち、実質的に溶媒がなく、粉の状態で、炭化に使用される。「溶媒を含まない」とは、ここ及び以下においては、1質量%以下、特に0.1質量%以下の溶媒を含む複合材料のことを意味している。   Desirably, the particulate composite material is used for carbonization in a dry state, ie, substantially free of solvent and in a powdered state. “No solvent” means here and below a composite material containing 1% by weight or less, in particular 0.1% by weight or less of solvent.

任意に、炭化は、例えば塩化鉄(III)のような遷移金属ハロゲン化物のようなグラファイトの形成を促進する酸化剤の存在下で行われる。これは、次のような効果を実現する。それは、本発明の炭素材料における炭素は、主に、グラファイト又はグラフェン単位の状態、すなわち、それぞれの炭素原子がさらに3個の炭素原子と共有結合をしている、多環式構造単位の状態であることである。そのような酸化剤の量は、一般的には、ポリマー複合材料を基準として、1〜20質量%である。そのような酸化剤が炭化で使用されるときは、その手順は、一般的にポリマー複合材料と酸化剤をお互いに混合し、実質的に溶媒がない粉の状態で、その混合物を炭化させる。酸化剤は、任意に炭化の後に除去される。その方法は、例えば、酸化剤及びその反応生成物が可溶である、溶媒又は混合溶媒を使用して酸化剤を洗い流す方法、又は気化させる方法による。   Optionally, carbonization is performed in the presence of an oxidant that promotes the formation of graphite such as transition metal halides such as iron (III) chloride. This achieves the following effects. The carbon in the carbon material of the present invention is mainly in the state of a graphite or graphene unit, that is, in the state of a polycyclic structural unit in which each carbon atom is further covalently bonded to three carbon atoms. That is. The amount of such oxidizing agent is generally 1-20% by weight, based on the polymer composite material. When such an oxidant is used in carbonization, the procedure generally mixes the polymer composite and oxidant with each other and carbonizes the mixture in a powder that is substantially free of solvent. The oxidant is optionally removed after carbonization. The method is based on, for example, a method in which the oxidizing agent and its reaction product are soluble, a method of washing out the oxidizing agent using a solvent or a mixed solvent, or a method of vaporizing.

このようにして、工程iiでは、望ましくは、炭素相と少なくとも一つのスズ相から構成されているスズ−炭素複合材料が得られる。本発明の炭素−スズ複合材料は、一般的に少なくとも90質量%程度、特に、少なくとも95質量%程度の少なくとも一つのスズ相と元素の炭素から構成されている。スズ含有相は一般的に、基本的に、すなわち、一般的に、少なくとも90質量%程度、特に少なくとも95質量%程度のスズ又は酸化スズ又は酸化スズ水和物又はその混合物から構成されている。   In this way, in step ii, a tin-carbon composite material composed of a carbon phase and at least one tin phase is desirably obtained. The carbon-tin composite material of the present invention is generally composed of at least about 90% by mass, particularly at least about 95% by mass of at least one tin phase and elemental carbon. The tin-containing phase is generally composed essentially of, that is, generally at least about 90% by weight, in particular at least about 95% by weight of tin or tin oxide or tin oxide hydrate or mixtures thereof.

本発明によると、スズ−炭素複合材料は、炭素相(以下、またC相)を含む。C相では、炭素は、基本的に元素状態で存在し、それは、炭素相中の炭素以外の原子、例えば、N、O、S、P及び/又はHの割合は、C相中の炭素の全質量を基準として、10質量%以下、特に5質量%以下であることを意味している。C相中の炭素以外の中身は、X線光電子分光法によって決定され得る。炭素に加えて、C相は、調製の結果として、特に、少量の窒素、酸素、硫黄及び/又は水素を含んでいてもよい。炭素に対する水素のモル比は、一般的には1:3の値、特に1:5及び特に1:10の値を超えることはない。その値は、0又は実質的に0、例えば0.1以下であってもよい。C相においては、炭素は、おそらく、主に、アモルファス又はグラファイトの形態で存在している。アモルファス又はグラファイト炭素の存在は、特徴的な結合エネルギー(284.5 eV)及び特徴的な非対称の信号形状を参照するESCA研究によって決定され得る。グラファイトの形態の炭素は、炭素は少なくとも部分的に、グラファイトに典型的な6角形の層の配列をしていることを意味するものと理解される。そこでは、層はまた、湾曲していても又は、剥離していてもよい。   According to the present invention, the tin-carbon composite material includes a carbon phase (hereinafter also referred to as C phase). In the C phase, the carbon exists essentially in the elemental state, which means that the proportion of non-carbon atoms in the carbon phase, for example N, O, S, P and / or H, of the carbon in the C phase It means 10% by mass or less, particularly 5% by mass or less, based on the total mass. The contents other than carbon in the C phase can be determined by X-ray photoelectron spectroscopy. In addition to carbon, phase C may contain, in particular, small amounts of nitrogen, oxygen, sulfur and / or hydrogen as a result of preparation. The molar ratio of hydrogen to carbon generally does not exceed values of 1: 3, in particular 1: 5 and in particular 1:10. The value may be 0 or substantially 0, for example 0.1 or less. In the C phase, carbon is probably present mainly in the form of amorphous or graphite. The presence of amorphous or graphitic carbon can be determined by ESCA studies that reference a characteristic binding energy (284.5 eV) and a characteristic asymmetric signal shape. Carbon in the form of graphite is understood to mean that the carbon is at least partly arranged in a hexagonal layer typical of graphite. There, the layer may also be curved or peeled off.

C相に加えて、本発明のスズ‐炭素複合材料は、少なくとも一つのスズ相(Sn相)を含み、スズ相中のスズは+2又は0の酸化状態又はその混合状態である。スズ相は、望ましくは、基本的に、元素のスズ又はスズ(II)酸化物又はスズ(II)水酸化物のようなスズ(II)酸化物水和物又はそれの混合物から構成される。スズ相では、スズ及び酸素原子以外の原子(例えば、他の金属又は半金属及び窒素、酸素、リン、及び/又は水素)の割合は、望ましくは、スズ相の炭素の全質量を基準として、10質量%以下、特に5質量%以下である。スズ相では、+2の酸化状態のスズの状態又は元素のスズの状態、すなわち、0の酸化状態のスズ又はその混合状態であってもよい。望ましい実施形態においては、スズは、主に、少なくとも50%、特に少なくとも80%又は少なくとも90%のスズ相のスズ原子は、0の酸化状態及び特に、元素のスズの状態にあることを意味する、0の酸化状態にある。   In addition to the C phase, the tin-carbon composite material of the present invention includes at least one tin phase (Sn phase), and tin in the tin phase is in an oxidation state of +2 or 0 or a mixed state thereof. The tin phase desirably consists essentially of tin (II) oxide hydrates or mixtures thereof, such as elemental tin or tin (II) oxide or tin (II) hydroxide. In the tin phase, the proportion of atoms other than tin and oxygen atoms (eg, other metals or metalloids and nitrogen, oxygen, phosphorus, and / or hydrogen) is desirably based on the total mass of carbon in the tin phase. 10% by mass or less, particularly 5% by mass or less. In the tin phase, a +2 oxidation state tin or an elemental tin state, that is, 0 oxidation state tin or a mixed state thereof may be used. In a preferred embodiment, tin mainly means that at least 50%, in particular at least 80% or at least 90% of the tin atoms of the tin phase are in the oxidation state of 0 and in particular in the state of elemental tin. , 0 in the oxidation state.

一般的に、C相及びスズ相は、基本的に不規則な配列の共連続相領域を形成しており、スズ相の2つの隣接する領域間の平均距離、又はC相の2つの隣接する領域間の平均距離は、100nm以下、特に20nm以下、特に10nm以下及び、例えば、0.5〜100nmの間、特に、0.7〜20nmの間及び特に1〜10nmの間である。スズ相又はC相の2つの隣接する領域間の平均距離の決定については、工程iで得られたポリマー複合材料のための上記でした説明を同じように適用する。   In general, the C phase and the tin phase form an essentially random arrangement of co-continuous phase regions, the average distance between two adjacent regions of the tin phase, or two adjacent ones of the C phase. The average distance between the regions is 100 nm or less, in particular 20 nm or less, in particular 10 nm or less and, for example, between 0.5 and 100 nm, in particular between 0.7 and 20 nm and in particular between 1 and 10 nm. For the determination of the average distance between two adjacent regions of tin phase or C phase, the above explanation for the polymer composite obtained in step i applies in the same way.

さらなる実施形態においては、スズ相は、連続した炭素相Cの中に、マトリックスとして、基本的に孤立された方法で埋め込まれているスズ領域の状態にある。この実施形態においては、しばしば、スズ領域の50体積%以上が、1nm 〜 20 μmの間、特に、1nm 〜1μmの間の大きさである。特に、この実施形態の、これらのスズ‐炭素複合材料では、スズ‐炭素複合材料の全質量を基準として、スズの含有量は、5〜90質量%、特に10〜75質量%、より特には、15〜55質量%、好ましくは、10〜75質量%である。   In a further embodiment, the tin phase is in the tin region embedded in the continuous carbon phase C as a matrix, essentially in an isolated manner. In this embodiment, often 50% by volume or more of the tin region is between 1 nm and 20 μm, in particular between 1 nm and 1 μm. In particular, in these tin-carbon composites of this embodiment, the tin content is 5 to 90% by weight, in particular 10 to 75% by weight, more particularly based on the total weight of the tin-carbon composite. 15 to 55 mass%, preferably 10 to 75 mass%.

本発明に記載の方法は、連続モード及び/又はバッチモードでのスズ‐炭素複合材料の工業的製造に、特に適している。バッチモードでは、これは、少なくとも10kgのバッチサイズ、特に少なくとも100kg、特に少なくとも1000kg又は少なくとも5000kgを意味している。連続モードでは、これは、一般に少なくとも100kg/day、特に少なくとも1000kg/day、特に少なくとも10t/day又は少なくとも100t/dayを意味している。   The process according to the invention is particularly suitable for the industrial production of tin-carbon composite materials in continuous mode and / or batch mode. In batch mode, this means a batch size of at least 10 kg, in particular at least 100 kg, in particular at least 1000 kg or at least 5000 kg. In continuous mode, this generally means at least 100 kg / day, in particular at least 1000 kg / day, in particular at least 10 t / day or at least 100 t / day.

本発明のスズ‐炭素複合材料は、すでに述べたように、電気化学電池、特にリチウムイオン電池に使用したときに、特に優れた特性を有することに注目すべきである。その特性は、特に、高い比容量、良好なサイクル安定性、自己放電及びリチウムデンドライトを形成しにくい傾向であること、及び、充放電の操作について、高い電流密度が実現されるように有利な動作をすることに注目すべきである。   It should be noted that the tin-carbon composite material of the present invention, as already mentioned, has particularly excellent properties when used in electrochemical cells, particularly lithium ion batteries. Its characteristics are particularly advantageous in that high specific capacity, good cycle stability, self-discharge and lithium dendrite tend not to form, and high current density is realized for charge / discharge operations. It should be noted that

本発明においては、電気化学電池又は蓄電池は、いかなる種類の蓄電池、コンデンサー及び蓄電池(二次電池)(特に、アルカリ金属電池又は蓄電池、例えば、リチウム、リチウムイオン、リチウム‐硫黄及びアルカリ土類金属蓄電池及びアキュムレイター)を意味するものとして理解されており、特にまた、高エネルギー又はハイパフォーマンスシステム及び電解コンデンサー及びSupercaps、 Goldcaps、BoostCaps 又はUltracapsの名前で知られている二重層コンデンサーを形成している。   In the present invention, the electrochemical cell or accumulator is any type of accumulator, capacitor and accumulator (secondary cell) (especially an alkali metal cell or accumulator such as lithium, lithium ion, lithium-sulfur and alkaline earth metal accumulators. In particular, high-energy or high-performance systems and electrolytic capacitors and double-layer capacitors known under the names Supercaps, Goldcaps, BoostCaps or Ultracaps.

従って、本発明はまた、電気化学電池の製造のためのスズ‐炭素複合材料の利用方法及び、特に、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池のための負極における利用方法について提供する。従って、本発明はまた、リチウムイオン電池、特に、発明であるスズ‐炭素複合材料を含んでいるリチウムイオン二次電池のための負極に関するものである。   Accordingly, the present invention also provides a method of using a tin-carbon composite material for the manufacture of an electrochemical cell and, in particular, a method of using a negative electrode for a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery. Therefore, the present invention also relates to a negative electrode for a lithium ion battery, in particular, a lithium ion secondary battery containing the inventive tin-carbon composite material.

本発明のスズ‐炭素複合材料に加えて、負極は一般的に本発明のスズ‐炭素複合材料と任意のさらに導電性があり又は電気的に活性の成分の圧密のための少なくとも一つの適切なバインダを含んでいる。さらに、その負極は一般的に、電荷の供給及び除去のための電気的な接触を有している。本発明のスズ‐炭素複合材料の量は、あらゆる集電環及び電気接点を差し引いた、負極材料の全質量を基準として、一般的に少なくとも40質量%、しばしば少なくとも50質量%及び特に少なくとも60質量%である。   In addition to the tin-carbon composite of the present invention, the negative electrode is generally at least one suitable for consolidation of any further electrically conductive or electrically active component with the tin-carbon composite of the present invention. Contains a binder. In addition, the negative electrode generally has electrical contacts for supplying and removing charge. The amount of the tin-carbon composite material of the present invention is generally at least 40% by weight, often at least 50% by weight and in particular at least 60% by weight, based on the total weight of the negative electrode material minus any current collector rings and electrical contacts. %.

さらに適切な導電性又は電気的に活性な成分は関連する研究論文から公知である。(例えば、「M.E. Spahr, Carbon Conductive Additives for Lithium‐Ion Batteries, in M. Yoshio et al. (eds.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009」の117〜154 ページ及びそこに引用されている文献参照)さらに有用で、電導性があり又は電気的に活性な本発明の負極における成分には、カーボンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ又は電導性ポリマーが挙げられる。一般的には、50〜97.5質量%、しばしば60〜95質量%の本発明の活物質とともに、約2.5〜40質量%の導電性の材料が負極で使用される。質量%の数字は、あらゆる集電環及び電気接点を差し引いた、負極材料の全質量を基準としている。   Further suitable electrically conductive or electrically active components are known from the relevant research papers. (E.g., "M.E. Spahr, Carbon Conductive Additives for Lithium-Ion Batteries, in M. Yosio et al. (Eds.) Lithium Ion Batteries, Spr. (See the literature cited therein) More useful, conductive or electrically active components in the negative electrode of the present invention include carbon black, graphite, carbon fiber, carbon nanofiber, carbon nanotube, or conductive polymer. Is mentioned. Generally, about 2.5-40% by weight of conductive material is used in the negative electrode with 50-97.5% by weight, often 60-95% by weight of the active material of the present invention. The mass% numbers are based on the total mass of the negative electrode material minus any current collector rings and electrical contacts.

前述のスズ−炭素複合材料及びさらに電気的に活性な材料に使用する負極の製造のための有用なバインダは、原則として、関連する研究論文(例えば、「A. Nagai, Applications of PVdF−Related Materials for Lithium−Ion Batteries, in M. Yoshio et al. (eds.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009 」の155〜162ページ、及びそこに引用されている文献参照、及びまた、「H. Yamamoto and H. Mori, SBR Binder (for negative electrode) and ACM Binder (for positive electrode), ibid.」の163〜180ページ参照)から公知の負極の材料に適した全ての先行技術のバインダを含んでいる。有用なバインダは特に、以下のポリマー材料が挙げられる。   Useful binders for the manufacture of negative electrodes for use in the aforementioned tin-carbon composite materials and more electrically active materials are in principle the relevant research papers (eg “A. Nagai, Applications of PVdF-Related Materials”). for Lithium-Ion Batteries, in M. Yoshio et al. (eds.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New Media 2009 and References, pp. 155-16. “H. Yamamoto and H. Mori, SBR Binder (for negative electrode) and ACM Binder (for position) eve electrode), ibid. ”(see pages 163 to 180)), including all prior art binders suitable for negative electrode materials. Useful binders include in particular the following polymeric materials:

ポリエチレンオキシド(PEO)、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル‐メチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン‐ブタジエンコポリマー、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン(PBdF)、ポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVdF−HFP)、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルキル‐ビニルエーテルコポリマー、フッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、エチレン‐テトラフルオロエチレンコポリマー、フッ化ビニリデン‐クロロトリフルオロエチレンコポリマー、エチレン‐クロロフルオロエチレンコポリマー、エチレン‐アクリル酸コポリマー(ナトリウムイオンの含有の有無にかかわらない)、エチレン‐メタクリル酸コポリマー(ナトリウムイオンの含有の有無にかかわらない)、エチレン‐メタクリル酸エステルコポリマー(ナトリウムイオンの含有の有無にかかわらない)、ポリイミド及びポリイソブテン。   Polyethylene oxide (PEO), cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile-methyl methacrylate, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, polyfluorination Vinylidene (PBdF), polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer (PVdF-HFP), tetrafluoroethylene hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene, perfluoroalkyl-vinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene Copolymer, vinylidene fluoride-chlorotri Fluoroethylene copolymer, ethylene-chlorofluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer (with or without sodium ion), ethylene-methacrylic acid copolymer (with or without sodium ion), ethylene-methacrylic acid Ester copolymers (with or without sodium ions), polyimides and polyisobutenes.

バインダは、製造に使用される溶媒の性質を考慮して任意に選択される。バインダは、負極材料の混合物全体、すなわち、スズ‐炭素複合材料及び任意のさらに電気活性又は導電性材料を基準として、一般的に、1〜10質量%の量で使用される。望ましくは、2〜8質量%及び特に3〜7質量%が使用される。   The binder is arbitrarily selected in consideration of the nature of the solvent used for production. The binder is generally used in an amount of 1 to 10% by weight, based on the entire mixture of negative electrode materials, ie tin-carbon composite material and any further electroactive or conductive material. Desirably 2-8% by weight and especially 3-7% by weight are used.

負極は、冒頭で示された先行技術及び関連する研究論文(例えば、「R. J. Brodd, M. Yoshio, Production processes for Fabrication of Lithium−Ion Batteries, in M. Yoshio et al. (eds.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009」の181〜194 ページ参照)により知られている標準的な方法によって、それ自体一般的な方法で製造することができる。例えば、負極は、任意に有機溶媒(例えば、N−メチルピロリジノン又は炭化水素溶媒)を使用して、本発明の活物質と任意の他の負極材料の成分(導電性の成分及び/又は有機バインダ)を混合し、及び任意にそれを成形工程に供し、又はそれを、例えばCu箔のような不活性金属箔に適用することで製造することができる。この後、必要に応じて乾燥を行ってもよい。これは、例えば、80〜150℃の温度で行われる。また、乾燥作業は減圧下で行われ、一般的に3〜48時間継続して行われる。また、必要に応じて、成形のための溶融又は焼結工程を行うことができる。   The negative electrode is known from the prior art and related research papers shown at the beginning (for example, “R. J. Brodd, M. Yoshio, Production processes for Fabrication of Lithium-Ion Batteries, in M. Yoshio et al.). (See pages 181-194 of Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009)). For example, the negative electrode optionally uses an organic solvent (eg, N-methylpyrrolidinone or a hydrocarbon solvent), and the active material of the present invention and any other negative electrode material component (conductive component and / or organic binder). ), And optionally subjected to a forming step, or applied to an inert metal foil, such as Cu foil. Then, you may dry as needed. This is performed at a temperature of 80 to 150 ° C., for example. The drying operation is performed under reduced pressure, and is generally performed continuously for 3 to 48 hours. Moreover, the melting or sintering process for shaping | molding can be performed as needed.

本発明はまた、リチウムイオン電池、特に、本発明のスズ‐炭素複合材料を含んでいる少なくとも一つの負極を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。   The present invention can also provide a lithium ion battery, in particular, a lithium ion secondary battery having at least one negative electrode containing the tin-carbon composite material of the present invention.

そのような電池は、一般的に少なくとも一つの本発明の負極と、リチウムイオン電池に適した正極と、電解質及び任意にセパレータを有する。   Such batteries generally have at least one negative electrode of the present invention, a positive electrode suitable for lithium ion batteries, an electrolyte and optionally a separator.

適切な正極材料、適切な電解質及び適切なセパレータ及び、可能な配置については、例えば冒頭で引用した先行技術のような関連する先行技術、及び適切な研究論文及び参考図書(例えば、「Wakihara et al. (editor) in Lithium Ion Batteries, 1st edition, Wiley VCH, Weinheim, 1998; David Linden: Handbook of Batteries (McGraw−Hill Handbooks), 3rd edition, McGraw−Hill Professional, New York 2008; J. O. Besenhard: Handbook of Battery Materials. Wiley−VCH, 1998; M. Yoshio et al. (ed.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009; K.E. Aifantis, S.A. Hackney, R.V. Kumar, (ed.), High Energy Density Lithium Batteries, Wiley−VCH, 2010」に記載されている。   For suitable cathode materials, suitable electrolytes and suitable separators and possible arrangements, see related prior art, such as the prior art cited at the outset, and appropriate research papers and reference books (eg, “Wakihara et al. . (editor) in Lithium Ion Batteries, 1st edition, Wiley VCH, Weinheim, 1998; David Linden: Handbook of Batteries (McGraw-Hill Handbooks), 3rd edition, McGraw-Hill Professional, New York 2008; J. O. Besenhard: Handbook of Battery Materials. Wiley-VCH, 1998; M. Yoshio et al. (ed.) Lithium Ion Batteries, Springer Science + Business Media, New York 2009; K. E. Afantis, S.A. hacker, R. V. Kumar, R. V. Kumar, R.V. Wiley-VCH, 2010 ".

有用な正極は、特にそれらの正極を含んでおり、その正極材料は、少なくとも一つのリチウム‐遷移金属酸化物(例えば、リチウム‐コバルト酸化物、リチウム‐ニッケル酸化物、リチウム‐コバルト‐ニッケル酸化物、リチウム−マンガン酸化物(スピネル型)、リチウム−ニッケル−コバルト−アルミニウム酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン酸化物又はリチウム−バナジウム酸化物又はリチウム−鉄リン酸化物のようなリチウム−遷移金属リン酸化物)を含有している。有用な正極材料は、また、硫黄及び硫黄含有複合材料を含んでいる。硫黄含有複合材料は、例えば、リチウム−硫黄電池で知られているような硫黄−炭素複合材料である。   Useful positive electrodes include in particular those positive electrodes, the positive electrode material comprising at least one lithium-transition metal oxide (eg lithium-cobalt oxide, lithium-nickel oxide, lithium-cobalt-nickel oxide). Lithium-transition metals such as lithium-manganese oxide (spinel type), lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide, lithium-nickel-cobalt-manganese oxide or lithium-vanadium oxide or lithium-iron phosphorous oxide (Phosphorus oxide). Useful positive electrode materials also include sulfur and sulfur-containing composite materials. The sulfur-containing composite material is, for example, a sulfur-carbon composite material as is known for lithium-sulfur batteries.

2つの電極、すなわち負極と正極は、液体又は他の固体の電解質を使用してお互いに結合されている。有用な液体電解質は、特にリチウム塩及び溶融したリチウム塩の非水性の溶液(通常、水含有率は20ppm未満)が挙げられる。例えば、適切な非プロトン性溶媒(例えば、エチレンカルボネート、プロピレンカルボネート、それらの混合物と以下に示す溶媒(ジメチルカルボネート、ジエチルカルボネート、ジメトキシエタン、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、ブチロラクトーン、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸メチル、トルエン、及びキシレン)のうちの一つ又はそれ以上の溶媒と合せたもの)中の、特に、エチレンカルボネートとジエチルカルボネートとの混合物中の、六フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、三フッ化メチルスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド又は四フッ化ホウ酸リチウム、特に六フッ化リン酸リチウム又は4フッ化ホウ酸リチウムの溶液である。使用される固体の電解質は、例えば、イオン電導性ポリマーであってもよい。   The two electrodes, the negative electrode and the positive electrode, are bonded together using a liquid or other solid electrolyte. Useful liquid electrolytes include, in particular, lithium salts and non-aqueous solutions of molten lithium salts (usually having a water content of less than 20 ppm). For example, a suitable aprotic solvent (for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, mixtures thereof and the solvents shown below (dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, methyl propionate, ethyl propionate, butyrate). Loractone, acetonitrile, ethyl acetate, methyl acetate, toluene, and xylene) in combination with one or more solvents), especially in a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate. Lithium fluorophosphate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, lithium trifluoride methylsulfonate, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide or lithium tetrafluoroborate, especially lithium hexafluorophosphate Alternatively, it is a solution of lithium tetrafluoroborate. The solid electrolyte used may be, for example, an ion conducting polymer.

液体の電解質を含浸させたセパレータは電極間に配列してもよい。セパレータの例は、特にガラス繊維不織布及びポリエチレン、ポリプロピレン、PVdF等の多孔性フィルムのような多孔性有機ポリマーフィルムである。   The separator impregnated with the liquid electrolyte may be arranged between the electrodes. Examples of separators are glass fiber nonwovens and porous organic polymer films such as porous films of polyethylene, polypropylene, PVdF, etc.

これらは例えば、固体の薄膜電解質が負極を構成しているフィルムと正極を構成しているフィルムとの間に配置されているプリズム薄膜構造を有していてもよい。中央の正極出力導体は、両面セル構成を形成するためにそれぞれの正極フィルム間に配置される。他の実施形態においては、単一の正極出力導体が単一の負極/セパレータ/正極要素の組み合わせに割り当てられる片面セル構成を用いることができる。この構成においては、絶縁膜は基本的に、個々の負極/セパレータ/正極出力導体要素の組み合わせの間に配置される。   For example, these may have a prism thin film structure in which a solid thin film electrolyte is disposed between a film constituting a negative electrode and a film constituting a positive electrode. A central positive output conductor is placed between each positive film to form a double-sided cell configuration. In other embodiments, a single-sided cell configuration can be used in which a single positive output conductor is assigned to a single negative / separator / positive element combination. In this configuration, the insulating film is basically disposed between the individual negative electrode / separator / positive output conductor element combinations.

以下の図面及び実施例は本発明を説明するものであるが、それらの各々の態様に限定して理解されるべきものではない。   The following drawings and examples illustrate the invention, but should not be understood as being limited to each of these embodiments.

TEM分析は、超薄層化技術(マトリックスとしての合成樹脂の内部に資料の埋め込み)を200kVの動作電圧でTecnai F20透過型電子顕微鏡を用いて行われるHAADF−STEM分析である。   The TEM analysis is a HAADF-STEM analysis performed using a Tecnai F20 transmission electron microscope with an ultra-thin layering technique (embedding of material inside a synthetic resin as a matrix) at an operating voltage of 200 kV.

ESCA研究は、FEI(Eindhoven、The Netherlands)からFEI5500LSX線光電子分光計を用いて行われていた。   ESCA studies have been performed using an FEI 5500 LSX-ray photoelectron spectrometer from FEI (Eindhoven, The Netherlands).

小角X線散乱解析は、ゲーベルミラーで単色化されたCuK線を用いたスリット視準 中の20℃で影響を受けた。そのデータはバックグラウンドに対して補正され、スリット視準によって生じたボケに関してシャープにした。   Small-angle X-ray scattering analysis was affected at 20 ° C. during slit collimation using CuK rays monochromatized with a Gobel mirror. The data was corrected for background and sharpened for blurring caused by slit collimation.

IRスペクトルに関しては、略語のs、m及びwは強い、中間及び弱いを表しており、バンドの相対強度を示している。   For the IR spectrum, the abbreviations s, m and w represent strong, medium and weak, indicating the relative intensity of the bands.

1.モノマーIの製造
製造例1:スズ(II)ビス(2−メトキシフェニルメトキシド)(モノマーI中、X = Y = O; R = R = 2−メトキシベンジル)
a)19.51g(10.29mol)の無水塩化スズを250mlのメタノールに溶解させる。これに対して、室温下で57ml(41.16mol)の乾燥トリエチルアミンを滴下する。すると、無色の沈殿がすぐに形成する。トリエチルアミンを完全に加えた後、その反応混合物はさらに2時間撹拌し、その沈殿物をろ過する。得られた無色の固体は20mlのメタノールで3回洗い、その後、20mlのジエチルエーテルで3回洗う。すると、17.67g(97.74mmol、95%)のスズ(II)メトキシド(Sn(OCH)がアモルファス固体の状態で得られる。
1. Production of Monomer I Production Example 1: Tin (II) bis (2-methoxyphenylmethoxide) (in monomer I, X = Y = O; R 1 = R 2 = 2-methoxybenzyl)
a) 19.51 g (10.29 mol) of anhydrous tin chloride is dissolved in 250 ml of methanol. On the other hand, 57 ml (41.16 mol) of dry triethylamine is added dropwise at room temperature. A colorless precipitate then forms immediately. After complete addition of triethylamine, the reaction mixture is stirred for an additional 2 hours and the precipitate is filtered. The colorless solid obtained is washed 3 times with 20 ml of methanol and then 3 times with 20 ml of diethyl ether. Then, 17.67 g (97.74 mmol, 95%) of tin (II) methoxide (Sn (OCH 3 ) 2 ) is obtained in an amorphous solid state.

IR [cm−1]: 2928(m)(CH)、2828(m)(CH)、1594(s)、1486(s)、1455(s)、1362(m)、1279(m)、1233(s)、1111(s)(C−O)、1011(s)、814(m)、749(s)、714(m)、 615(s)、575(s)(Sn−O )、478(m)、432(m).
EA determined(calculated):C:48.6%(C:48.9%)、H:5.0%(H:4.6%).
H NMR(500.30 MHz、CDCl)δ[ppm]:3.78(s、3 H、CHO)、4.92(s、2 H、CH)、6.82(d、1 H)、6.87(dd、1 H)、7.23(dd、1 H)、7.31(d、1H).
13C NMR(125.81 MHz、CDCl)δ[ppm]:53.8(CHO)、59.4(CH)、108.8、119.4、127.0、127.2、128.4、155.9.
119Sn NMR(186.53 MHz, CDCl)δ[ppm]: −160.
13C{H}CP−MAS NMR(100.62 MHz)δ[ppm]:55.9(CHO)、61.2(CH)、109.3、119.7、125.5、127.4、131.7、156.2.
119Sn{H}CP−MAS NMR(149.19 MHz)δ[ppm]:−351.
IR [cm −1 ]: 2928 (m) (CH), 2828 (m) (CH), 1594 (s), 1486 (s), 1455 (s), 1362 (m), 1279 (m), 1233 ( s), 1111 (s) (C—O), 1011 (s), 814 (m), 749 (s), 714 (m), 615 (s), 575 (s) (Sn—O), 478 ( m), 432 (m).
EA determined (calculated): C: 48.6% (C: 48.9%), H: 5.0% (H: 4.6%).
I H NMR (500.30 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 3.78 (s, 3 H, CH 3 O), 4.92 (s, 2 H, CH 2 ), 6.82 (d, 1 H), 6.87 (dd, 1 H), 7.23 (dd, 1 H), 7.31 (d, 1 H).
13 C NMR (125.81 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 53.8 (CH 3 O), 59.4 (CH 2 ), 108.8, 119.4, 127.0, 127.2, 128.4, 155.9.
119 Sn NMR (186.53 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: −160.
13 C { 1 H} CP-MAS NMR (100.62 MHz) δ [ppm]: 55.9 (CH 3 O), 61.2 (CH 2 ), 109.3, 119.7, 125.5, 127.4, 131.7, 156.2.
119 Sn { 1 H} CP-MAS NMR (149.19 MHz) δ [ppm]: −351.

b)3.00g(16.59mmol)のSn(OCHは、50mlのトルエン中に懸濁させた。4.82g(34.85mmol)の2−メトキシベンジルアルコールを加えた後、懸濁した材料が溶解する間に、懸濁液を加熱して、放されたトルエンを留去した。透明なトルエン溶液の濃度が15mlにまで達した後、無色の固体の沈殿が生じた。これをジエチルエーテルで繰り返し洗浄し、高圧(10−3 mbar)下で乾燥した。 b) 3.00 g (16.59 mmol) Sn (OCH 3 ) 2 was suspended in 50 ml toluene. After adding 4.82 g (34.85 mmol) of 2-methoxybenzyl alcohol, while the suspended material was dissolved, the suspension was heated to distill off the released toluene. After the clear toluene solution concentration reached 15 ml, a colorless solid precipitated. This was washed repeatedly with diethyl ether and dried under high pressure (10 −3 mbar).

すると、4.73g(12.04mmol、72.5%)の表題の化合物が無色の固体の状態で得られた。このことは、そのIRスペクトル又は、H NMRスペクトルに基づいて識別された。 This gave 4.73 g (12.04 mmol, 72.5%) of the title compound as a colorless solid. This was identified based on its IR spectrum or I H NMR spectrum.

製造例2:スズ(II)ビス(2、4−ジメトキシフェニルメトキシド)の製造(モノマーI中、X = Y = O; R = R = 2、4−ジメトキシベンジル) Preparation Example 2: Tin (II) bis manufacture of (2,4-dimethoxyphenyl methoxide) (monomer I, X = Y = O; R 1 = R 2 = 2,4- dimethoxybenzyl)

2.00g(11.06mmol)のSn(OCHを50mlのトルエン中に懸濁させた。3.91g(23.25mmol)の2、4−ジメトキシベンジルアルコールを加えた後、懸濁した材料が溶解する間に、懸濁液を加熱して、放されたメタノールを留去した。得られた透明な溶液は、白色の固体の沈殿が生じるまで濃縮された。これをジエチルエーテルで繰り返し洗浄し、高圧(10−3 mbar)下で乾燥した。これから3.98g(8.78mmol、79.4%)の表題の化合物が無色の固体の状態で得られた。 2.00 g (11.06 mmol) Sn (OCH 3 ) 2 was suspended in 50 ml toluene. After adding 3.91 g (23.25 mmol) of 2,4-dimethoxybenzyl alcohol, while the suspended material was dissolved, the suspension was heated to distill off the released methanol. The resulting clear solution was concentrated until a white solid precipitated. This was washed repeatedly with diethyl ether and dried under high pressure (10 −3 mbar). This gave 3.98 g (8.78 mmol, 79.4%) of the title compound as a colorless solid.

IR [cm−1]:2936(m)(CH)、2838(m)(CH)、1590(s)、1501(s)、1457(s)、1370(m)、1285(s)、1254(m)、1204 (s)、1156(s)、1123(s)(C−O ν)、1032(s)、986(s)、932(m)、 822(s)、731(s)、695(m)、627(m)、 571(s)(Sn−O)、517(m)、455(s).
EA determined(calculated):C:47.4%(C:47.7%)、H:4.6%(H:4.9%).
H NMR(500.30 MHz、CDCl)δ[ppm]:3.75 (s、3 H、4−MeO)、3.80(s、3 H、2−CHO)、4.76(s、2 H、CH)、6.40 (dd、2 H)、7.20(s、1 H).
13C NMR(125.81 MHz、CDCl)δ[ppm]:55.3(CH3O)、60.6(CH2)、98.3、103.8、124.6、130.1、158.2、160.3.
119Sn NMR(186.52 MHz、CDCl)δ[ppm]:‐161、 −269.
13C{H}CP−MAS NMR(100.62 MHz)δ[ppm]:54.5(CHO)、58.9(CH)、 97.0、108.1、126.3、133.4、158.4、160.8.
119Sn{H}CP−MAS NMR(149.17 MHz)δ[ppm]: ‐350.
IR [cm −1 ]: 2936 (m) (CH), 2838 (m) (CH), 1590 (s), 1501 (s), 1457 (s), 1370 (m), 1285 (s), 1254 ( m), 1204 (s), 1156 (s), 1123 (s) (C-O v), 1032 (s), 986 (s), 932 (m), 822 (s), 731 (s), 695 (M), 627 (m), 571 (s) (Sn-O), 517 (m), 455 (s).
EA determined (calculated): C: 47.4% (C: 47.7%), H: 4.6% (H: 4.9%).
I H NMR (500.30 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 3.75 (s, 3 H, 4-MeO), 3.80 (s, 3 H, 2-CH 3 O), 4.76 (S, 2 H, CH 2 ), 6.40 (dd, 2 H), 7.20 (s, 1 H).
13 C NMR (125.81 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: 55.3 (CH 3 O), 60.6 (CH 2), 98.3, 103.8, 124.6, 130.1, 158.2 160.3.
119 Sn NMR (186.52 MHz, CDCl 3 ) δ [ppm]: −161, −269.
13 C { 1 H} CP-MAS NMR (100.62 MHz) δ [ppm]: 54.5 (CH 3 O), 58.9 (CH 2 ), 97.0, 108.1, 126.3, 133.4, 158.4, 160.8.
119 Sn { 1 H} CP-MAS NMR (149.17 MHz) δ [ppm]: −350.

製造例3:スズ(II)ビス((2−チエニル)ジメチルメトキシド)(モノマーI中X = Y = O; R = R = 1−(2−チエニル)−1−メチルエチル) Production Example 3: Tin (II) bis ((2-thienyl) dimethylmethoxide) (in monomer I, X = Y = O; R 1 = R 2 = 1- (2-thienyl) -1-methylethyl)

2.00g(11.06mmol)のSn(OCHを50mlのトルエン中に懸濁させる。3.15g(22.12mmol)の(2−チエニル)ジメチルメタノールの8mlのトルエン中の溶液を加えた後、その混合液を23℃で1時間撹拌し、反応中に生成したメタノールを減圧下で除去した。得られた透明の溶液を乾燥するまで濃縮した。ジエチルエーテルから得られた無色の固体を再結晶することによって、3.24g(8.07mmol、73%)の表題の化合物を無色の固体の状態で得ることができる。 2.00 g (11.06 mmol) Sn (OCH 3 ) 2 is suspended in 50 ml toluene. After adding a solution of 3.15 g (22.12 mmol) of (2-thienyl) dimethylmethanol in 8 ml of toluene, the mixture was stirred at 23 ° C. for 1 hour, and the methanol produced during the reaction was removed under reduced pressure. Removed. The resulting clear solution was concentrated to dryness. By recrystallizing the colorless solid obtained from diethyl ether, 3.24 g (8.07 mmol, 73%) of the title compound can be obtained in the form of a colorless solid.

製造例4:7−メトキシベンゾ[4H−1、3、2−]ジオキサスタンニン   Production Example 4: 7-methoxybenzo [4H-1,3,2-] dioxastannin

Figure 2014532258
Figure 2014532258

1.5g(8.30mmol)のSn(OCHを50mlのトルエン中に懸濁させる。1.28g(8.30mmol)の2−ヒドロキシ−5−メトキシベンジルアルコールを加えた後、その混合液を23℃で1時間撹拌し、反応中に生成したメタノールを蒸留によって除去した。得られた透明な溶液を減圧下で乾燥するまで濃縮した。これより、黄色の固体が得られ、ジエチルエーテルで徹底的に繰り返し洗浄し、高圧(10−3 mbar)下で乾燥した。これにより1.83g(6.72mmol、81%)の表題の化合物が得られた。 1.5 g (8.30 mmol) Sn (OCH 3 ) 2 is suspended in 50 ml toluene. After adding 1.28 g (8.30 mmol) of 2-hydroxy-5-methoxybenzyl alcohol, the mixture was stirred at 23 ° C. for 1 hour, and methanol formed during the reaction was removed by distillation. The resulting clear solution was concentrated to dryness under reduced pressure. This gave a yellow solid that was washed thoroughly and repeatedly with diethyl ether and dried under high pressure (10 −3 mbar). This gave 1.83 g (6.72 mmol, 81%) of the title compound.

製造例5:6−メトキシベンゾ[4H−1、3、2−]ジオキサスタンニン   Production Example 5: 6-methoxybenzo [4H-1,3,2-] dioxastannin

Figure 2014532258
Figure 2014532258

その製造は、2−ヒドロキシ−5−メトキシベンジルアルコールの代わりに、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンジルアルコールを使用したのを除き、製造例4と同様に行われる。   The production is carried out in the same manner as in Production Example 4 except that 2-hydroxy-4-methoxybenzyl alcohol is used instead of 2-hydroxy-5-methoxybenzyl alcohol.

Yield:1.65 g(6.06 mmol、73%).
EA determined(calculated):C:34.7%(C:35.5%)、H:3.1%(H:3.0%).
IR[cm−1]:2933(m)(CH)、2830(m)(CH)、1601(s)、1572(s)、1489(s)、1435(s)、1273(s)、 1194(s)、1154(s)、 1101(s)(C−O ν)、1032(s)、957(s)、832(m)、789(m)、735(m)、488(s)(Sn-O).
Yield: 1.65 g (6.06 mmol, 73%).
EA determined (calculated): C: 34.7% (C: 35.5%), H: 3.1% (H: 3.0%).
IR [cm −1 ]: 2933 (m) (CH), 2830 (m) (CH), 1601 (s), 1572 (s), 1489 (s), 1435 (s), 1273 (s), 1194 ( s), 1154 (s), 1101 (s) (C-O v), 1032 (s), 957 (s), 832 (m), 789 (m), 735 (m), 488 (s) (Sn -O).

製造例6:7−メチルベンゾ[4H−1、3、2−]ジオキサスタンニン   Production Example 6: 7-methylbenzo [4H-1,3,2-] dioxastannin

Figure 2014532258
Figure 2014532258

その製造は、2−ヒドロキシ−5−メトキシベンジルアルコールの代わりに、2−ヒドロキシ−5−メチルベンジルアルコールを使用したのを除き、製造例4と同様に行われる。   The production is carried out in the same manner as in Production Example 4 except that 2-hydroxy-5-methylbenzyl alcohol is used instead of 2-hydroxy-5-methoxybenzyl alcohol.

収量:1.68 g(6.60 mmol、79.5%).   Yield: 1.68 g (6.60 mmol, 79.5%).

ポリマー複合材料の製造:
例1:
製造例1(モノマー1)からの0.5g(1.27mmol)の化合物を、16mlのクロロホルムに溶解した。撹拌している間、モノマー1を基準として、10mol%の三フッ化メチルスルホン酸を溶液に触媒として加え、その混合液を5日間50℃で加熱した。この過程で、固体が析出した。そして、その固体を吸引ろ過した。ジエチルエーテルで繰り返し洗浄し、高圧(10−3 mbar)下で乾燥した後、ポリマー複合材料が0.22g(43%)の収量で無色の固体として得られた。
Production of polymer composites:
Example 1:
0.5 g (1.27 mmol) of the compound from Preparation Example 1 (Monomer 1) was dissolved in 16 ml of chloroform. While stirring, 10 mol% of methyl trifluoride sulfonic acid was added to the solution as a catalyst, based on monomer 1, and the mixture was heated at 50 ° C. for 5 days. During this process, a solid precipitated. The solid was suction filtered. After repeated washing with diethyl ether and drying under high pressure (10 −3 mbar), the polymer composite was obtained as a colorless solid in a yield of 0.22 g (43%).

例2:
例1と類似した方法で、10mol%の三フッ化酢酸を触媒として使用して、製造例1からの0.52gの化合物が重合された。そのポリマー複合材料は0.06g(12%)の収量で無色の固体として得られた。
Example 2:
In a manner similar to Example 1, 0.52 g of the compound from Preparation Example 1 was polymerized using 10 mol% trifluoroacetic acid as a catalyst. The polymer composite was obtained as a colorless solid in a yield of 0.06 g (12%).

例3:
製造例2(モノマー2)からの0.94g(2.09mol)の化合物は14mlのクロロホルムに溶解した。撹拌している間、モノマー2を基準として、10mol%の三フッ化メチルスルホン酸を溶液に触媒として加え、その混合液を24時間50℃で加熱した。この過程で固体が析出した。そして固体を吸引ろ過した。ジエチルエーテルで繰り返し洗浄し、高圧(10−3 mbar)下で乾燥した後、ポリマー複合材料が0.84g(89%)の収量で無色の固体として得られた。
Example 3:
0.94 g (2.09 mol) of the compound from Production Example 2 (Monomer 2) was dissolved in 14 ml of chloroform. While stirring, based on monomer 2, 10 mol% of methyl trifluoride sulfonic acid was added to the solution as a catalyst and the mixture was heated at 50 ° C. for 24 hours. In this process, a solid precipitated. The solid was suction filtered. After repeated washing with diethyl ether and drying under high pressure (10 −3 mbar), the polymer composite was obtained as a colorless solid in a yield of 0.84 g (89%).

例4:
例1と類似した方法で、10mol%の三フッ化酢酸を触媒として使用して、製造例2からの0.6gの化合物を重合した。そのポリマー複合材料は0.19g(32%)の収量で無色の固体として得られた。
Example 4:
In a manner similar to Example 1, 0.6 g of the compound from Preparation 2 was polymerized using 10 mol% trifluoroacetic acid as a catalyst. The polymer composite was obtained as a colorless solid in a yield of 0.19 g (32%).

例5:
製造例5からの0.91gの化合物を6mlの乾燥クロロホルムに溶解し、2mlの乾燥クロロホルムに溶解した10mol%の三フッ化メタンスルホン酸と混合した。反応混合物は室温でさらに3日間撹拌した。その後、紫色の固体をろ別し、クロロホルムで繰り返し洗浄した。収量: 0.74 g (77%)
Example 5:
0.91 g of the compound from Preparation Example 5 was dissolved in 6 ml of dry chloroform and mixed with 10 mol% of trifluoromethanesulfonic acid dissolved in 2 ml of dry chloroform. The reaction mixture was stirred at room temperature for a further 3 days. Thereafter, the purple solid was filtered off and washed repeatedly with chloroform. Yield: 0.74 g (77%)

IR[cm−1]:3600− 3050(m)(OH)、2965(w)(CH)、2840(w) (CH)、1605(m)、1497(m)、1447(m)、1223(s)、1175 (s)、1092(C−O ν)(s)、1021(s)、955(m)、835(m)、758(m)、631(s)、 567(m)、507(m)、426(s)(Sn−O). IR [cm −1 ]: 3600-3050 (m) (OH), 2965 (w) (CH), 2840 (w) (CH), 1605 (m), 1497 (m), 1447 (m), 1223 ( s), 1175 (s), 1092 (C-O v) (s), 1021 (s), 955 (m), 835 (m), 758 (m), 631 (s), 567 (m), 507 (M), 426 (s) (Sn-O).

Claims (27)

一般式I
−X−Sn−Y−R(I)
(式中、
は、Ar−C(R,R)基(但し、Arは、ハロゲン、OH、CN、C−C−アルキル、C−C−アルコキシ及びフェニルから選択される1又は2個の置換基を任意に有する芳香族又はヘテロ芳香族環であり、R、Rは、それぞれ独立して水素又はメチルであるか、又は共に酸素原子又はメチリデン基(=CH)である。)であり、
は、C−C10−アルキル又はC−C−シクロアルキルであるか、又はRの定義のうち一つを有しているか、又は、RはRとともに式Aの基
Figure 2014532258
(式中、Aは二重結合と一体となった芳香族又はヘテロ芳香族環であり、mは0、1又は2であり、R基は同一でも異なっていてもよく、ハロゲン、CN、C−C−アルキル、C−C−ヒドロキシアルキル、C−C−アルコキシ及びフェニルから選択され、R、Rはそれぞれ上記で定義されている通りである。)であり、
XはO、S又はNHであり、
YはO、S又はNHである。)
で表される化合物。
Formula I
R 1 —X—Sn—Y—R 2 (I)
(Where
R 1 is an Ar—C (R a , R b ) group (where Ar is selected from halogen, OH, CN, C 1 -C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy and phenyl, or 1 An aromatic or heteroaromatic ring optionally having two substituents, wherein R a and R b are each independently hydrogen or methyl, or both are oxygen atoms or methylidene groups (═CH 2 ); Yes.)
R 2 is, C 1 -C 10 - alkyl or C 3 -C 8 - cycloalkyl, or either has one of the definitions R 1, or, R 1 is of formula A with R 2 Base
Figure 2014532258
(In the formula, A is an aromatic or heteroaromatic ring integrated with a double bond, m is 0, 1 or 2, and the R groups may be the same or different, and may be halogen, CN, C, 1- C 6 -alkyl, C 1 -C 6 -hydroxyalkyl, C 1 -C 6 -alkoxy and phenyl, each of R a and R b is as defined above).
X is O, S or NH;
Y is O, S or NH. )
A compound represented by
式IにおけるX及びYはそれぞれ酸素であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。   2. A compound according to claim 1, wherein X and Y in formula I are each oxygen. Ar−C(R,R)単位又は式Aの基におけるR及びRはそれぞれ水素であることを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物。 The compound according to claim 1 or 2, wherein R a and R b in the Ar-C (R a , R b ) unit or the group of formula A are each hydrogen. 、Rは同一又は異なっており、それぞれAr−C(R,R)基であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。 The compound according to any one of claims 1 to 3, wherein R 1 and R 2 are the same or different and each is an Ar-C (R a , R b ) group. Ar−C(R,R)単位におけるArは、フェニル及びフリルから選択される芳香族又はヘテロ芳香族基であり、フェニル基とフリル基は置換されていないか、ハロゲン、CN、C−C−アルキル及びC−C−アルコキシから選択される1又は2個の置換基を任意に有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物。 Ar in the Ar—C (R a , R b ) unit is an aromatic or heteroaromatic group selected from phenyl and furyl, and the phenyl group and the furyl group are not substituted or halogen, CN, C 1 -C 6 - alkyl and C 1 -C 6 - a compound according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it has one or two substituents selected from alkoxy optionally. Ar−C(R,R)単位におけるArは、C−C−アルキル、C−C−ヒドロキシアルキル及びC−C−アルコキシから選択される1又は2個の置換基を有するフェニルであることを特徴とする請求項5に記載の化合物。 Ar-C (R a, R b) Ar in the unit is, C 1 -C 6 - alkyl, C 1 -C 6 - hydroxyalkyl and C 1 -C 6 - 1 or 2 substituents selected from alkoxy 6. A compound according to claim 5, which is phenyl having Ar−C(R,R)単位におけるArは2−メトキシフェニル又は2,4−ジメトキシフェニルであることを特徴とする請求項6に記載の化合物。 The compound according to claim 6, wherein Ar in the Ar—C (R a , R b ) unit is 2-methoxyphenyl or 2,4-dimethoxyphenyl. 及びRは式Aの基であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の化合物。 R 1 and R 2 compound according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a group of formula A. 及びRは式Aa
Figure 2014532258
(式中、m,R,R及びRはそれぞれ上記で定義されている通りである。)
の基であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の化合物。
R 1 and R 2 are of formula Aa
Figure 2014532258
(Wherein m, R, R a and R b are as defined above.)
The compound according to any one of claims 1 to 3, which is a group of
式Aaにおけるmは0、1又は2であり、Rはヒドロキシメチル、メチル及びメトキシから選択され、R及びRはそれぞれ水素であることを特徴とする請求項9に記載の化合物。 10. The compound according to claim 9, wherein m in formula Aa is 0, 1 or 2, R is selected from hydroxymethyl, methyl and methoxy, and R a and R b are each hydrogen. a)少なくともひとつの無機酸化スズ相、及び
b)有機ポリマー相、
から構成される酸化スズ含有ポリマー複合材料の製造方法であって、
Ar−C(R,R)基が重合して有機ポリマー相を形成し、且つ、XSnY単位が重合して酸化スズ相を形成する重合条件下で、請求項1から7のいずれか1項に記載の式Iの少なくとも一つの化合物を重合する工程を含むことを特徴とする製造方法。
a) at least one inorganic tin oxide phase, and b) an organic polymer phase,
A method for producing a tin oxide-containing polymer composite material comprising:
8. The polymer composition according to claim 1, wherein Ar—C (R a , R b ) groups are polymerized to form an organic polymer phase, and XSnY units are polymerized to form a tin oxide phase. A process comprising polymerizing at least one compound of the formula I according to item 2.
式Iの化合物の重合は、非プロトン性の有機溶媒中で行われることを特徴とする請求項11記載の方法。   The process according to claim 11, characterized in that the polymerization of the compound of formula I is carried out in an aprotic organic solvent. 式Iの化合物の重合が、少なくとも一つの酸を加えることにより開始されることを特徴とする請求項11と12のうちいずれかに記載の方法。   13. A process according to any of claims 11 and 12, characterized in that the polymerization of the compound of formula I is initiated by adding at least one acid. 請求項11から13のいずれか1項に記載の方法によって得られる、
a)少なくとも一つの無機酸化スズ相、及び
b)有機ポリマー相、
から構成される酸化スズ含有ポリマー複合材料。
Obtained by the method according to any one of claims 11 to 13,
a) at least one inorganic tin oxide phase, and b) an organic polymer phase,
A tin oxide-containing polymer composite material comprising:
有機ポリマー相及び無機酸化スズ相が本質的に共連続相領域を形成しており、同じ相の二つの隣接する領域間の平均距離は100nm以下であることを特徴とする請求項14に記載のポリマー複合材料   The organic polymer phase and the inorganic tin oxide phase essentially form a co-continuous phase region, and the average distance between two adjacent regions of the same phase is 100 nm or less. Polymer composite material 酸化スズ相は、本質的に酸化スズ(II)の状態で存在していることを特徴とする請求項14又は15記載の高分子複合材料。   16. The polymer composite material according to claim 14, wherein the tin oxide phase is essentially present in a state of tin (II) oxide. スズが+2又は0の酸化状態又はその混合状態で存在している少なくとも一つの無機スズ含有相と、炭素が元素の形態で存在している炭素相とから構成されるスズ−炭素複合材料の製造方法であって、
i.請求項11から13のいずれか1項に記載の方法によって、
a)少なくとも一つの無機酸化スズ相、及び
b)有機ポリマー相
から構成された酸化スズ含有ポリマー複合材料を提供する工程、及び
ii.工程iで得られたポリマー複合材料の有機ポリマー相を炭化する工程、
を含むことを特徴とする製造方法。
Production of a tin-carbon composite material comprising at least one inorganic tin-containing phase in which tin is present in an oxidation state of +2 or 0 or a mixed state thereof, and a carbon phase in which carbon is present in elemental form A method,
i. A method according to any one of claims 11 to 13,
providing a tin oxide-containing polymer composite comprising a) at least one inorganic tin oxide phase, and b) an organic polymer phase; and ii. Carbonizing the organic polymer phase of the polymer composite material obtained in step i,
The manufacturing method characterized by including.
前記炭化が、本質的に無酸素の雰囲気内で400℃〜1800℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項17に記載の方法。   The method according to claim 17, wherein the carbonization is performed at a temperature in the range of 400 ° C. to 1800 ° C. in an essentially oxygen-free atmosphere. 炭化が、還元性ガスを含む雰囲気内で400℃〜1800℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項17又は18記載の方法。   The method according to claim 17 or 18, wherein the carbonization is performed at a temperature in the range of 400 ° C to 1800 ° C in an atmosphere containing a reducing gas. 請求項17から19のいずれか1項に記載の方法によって得られる、
スズが+2又は0の酸化状態又はそれの混合状態で存在している少なくとも一つの無機スズ含有相、及び
炭素が本質的に元素の形態で存在している炭素相C
から構成されたスズ−炭素複合材料。
Obtained by a method according to any one of claims 17 to 19,
At least one inorganic tin-containing phase in which tin is present in an oxidation state of +2 or 0 or a mixture thereof; and a carbon phase C in which carbon is present essentially in elemental form.
A tin-carbon composite material composed of
炭素相C及びスズ含有相Zが本質的に共連続相領域を形成しており、同じ相の2つの隣接する領域間の平均距離は100nm以下であることを特徴とする請求項20記載のスズ−炭素複合材料。   21. The tin according to claim 20, wherein the carbon phase C and the tin-containing phase Z essentially form a co-continuous phase region, and the average distance between two adjacent regions of the same phase is 100 nm or less. -Carbon composite material. 炭素相Cは連続的であり、スズ含有相Zは本質的に孤立した領域を形成しており、一つの領域の大きさは1nm〜20μmであることを特徴とする請求項20に記載のスズ−炭素複合材料。   21. The tin according to claim 20, wherein the carbon phase C is continuous, the tin-containing phase Z forms an essentially isolated region, and the size of one region is 1 nm to 20 [mu] m. -Carbon composite material. スズ含有相Zは本質的に少なくとも90%の程度の元素のスズからなることを特徴とする請求項20、21又は22記載のスズ‐炭素複合材料。   23. Tin-carbon composite material according to claim 20, 21 or 22, characterized in that the tin-containing phase Z consists essentially of at least 90% elemental tin. 請求項20から23のいずれか1項に記載のスズ‐炭素複合材料を電気化学電池を製造のために使用する方法。   24. A method of using a tin-carbon composite material according to any one of claims 20 to 23 for the manufacture of an electrochemical cell. 請求項20から23のいずれか1項に記載のスズ‐炭素複合材料をリチウムイオン電池、特にリチウムイオン二次電池用の負極において使用する方法。   A method of using the tin-carbon composite material according to any one of claims 20 to 23 in a negative electrode for a lithium ion battery, particularly a lithium ion secondary battery. 請求項20から23のいずれか1項に記載のスズ−カーボン複合材料を少なくとも一種含むリチウムイオン電池用の負極。   A negative electrode for a lithium ion battery, comprising at least one tin-carbon composite material according to any one of claims 20 to 23. 請求項26に記載の少なくとも一つの負極を含むリチウムイオン電池。   27. A lithium ion battery comprising at least one negative electrode according to claim 26.
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