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JP2015165481A - Electrode and power storage device using the same - Google Patents

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JP2015165481A
JP2015165481A JP2014145869A JP2014145869A JP2015165481A JP 2015165481 A JP2015165481 A JP 2015165481A JP 2014145869 A JP2014145869 A JP 2014145869A JP 2014145869 A JP2014145869 A JP 2014145869A JP 2015165481 A JP2015165481 A JP 2015165481A
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Japan
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polymer
storage device
conductive
polyaniline
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JP2014145869A
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Japanese (ja)
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岸井 豊
Yutaka Kishii
豊 岸井
阿部 正男
Masao Abe
正男 阿部
植谷 慶裕
Yoshihiro Uetani
慶裕 植谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

【課題】高い放電電圧を有するとともに、高容量密度および高エネルギー密度を有する電極およびそれを用いた蓄電デバイスを提供する。【解決手段】集電体表面の少なくとも一部に電極層を備える電極であって、上記電極層が下記(A)〜(D)を含むことを特徴とする。(A)導電性ポリマー。(B)ジスルフィドポリマー。(C)導電助剤。(D)バインダー。【選択図】図1An electrode having a high discharge voltage and a high capacity density and a high energy density, and an electricity storage device using the same are provided. An electrode having an electrode layer on at least a part of a surface of a current collector, wherein the electrode layer includes the following (A) to (D). (A) Conductive polymer. (B) Disulfide polymer. (C) Conductivity aid. (D) Binder. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、電極およびそれを用いた蓄電デバイスに関するものである。   The present invention relates to an electrode and an electricity storage device using the electrode.

近年、携帯型PC、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等における電子技術の進歩、発展に伴い、これら電子機器の蓄電デバイスとして、繰り返し充放電することができる二次電池等が広く用いられている。このような二次電池等の電気化学的蓄電デバイスにおいては、電極として使用する材料の高容量化およびハイレート特性が望まれる。   In recent years, with the advancement and development of electronic technology in portable PCs, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged are widely used as power storage devices for these electronic devices. Yes. In such an electrochemical storage device such as a secondary battery, it is desired that the material used as an electrode has a high capacity and high rate characteristics.

蓄電デバイスの電極は、イオンの挿入・脱離が可能な機能を有する活物質を含有する。活物質のイオンの挿入・脱離は、いわゆるドーピング・脱ドーピングとも称され、一定の分子構造あたりのドーピング・脱ドーピング量をドープ率(またはドーピング率)と呼び、ドープ率が高い材料ほど、電池としては高容量化が可能となる。   The electrode of the electricity storage device contains an active material having a function capable of inserting and removing ions. The insertion / desorption of ions of the active material is also referred to as so-called doping / dedoping, and the amount of doping / dedoping per certain molecular structure is called the doping rate (or doping rate). As a result, the capacity can be increased.

電気化学的には、イオンの挿入・脱離の量が多い材料を電極として使用することにより、電池として高容量化が可能となる。より詳しく述べると、蓄電デバイスとして注目されるリチウム二次電池においては、リチウムイオンを挿入・脱離することができるグラファイト系の負極が用いられ、6つの炭素原子あたり一つ程度のリチウムイオンが挿入・脱離し高容量化がなされている。   Electrochemically, it is possible to increase the capacity of the battery by using a material having a large amount of ion insertion / extraction as an electrode. More specifically, lithium secondary batteries, which are attracting attention as power storage devices, use a graphite-based negative electrode that can insert and desorb lithium ions, and about one lithium ion is inserted per six carbon atoms. -Desorption and increased capacity.

このようなリチウム二次電池のなかでも、正極の電極活物質としてマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムのようなリチウム含有遷移金属酸化物を用い、負極にリチウムイオンを挿入・脱離し得る炭素材料を用い、両電極を電解液中で対峙させたリチウム二次電池は、高エネルギー密度を有するようになるため、上述した電子機器の蓄電デバイスとして広く用いられている。   Among these lithium secondary batteries, a lithium-containing transition metal oxide such as lithium manganate or lithium cobaltate is used as the positive electrode active material, and a carbon material capable of inserting and removing lithium ions from the negative electrode is used. A lithium secondary battery in which both electrodes are opposed to each other in an electrolyte solution has a high energy density, and is therefore widely used as an electricity storage device for the electronic device described above.

また、近年、更なる高容量化への要求から、電極活物質の重量あたりの容量密度を向上させる検討が行われている。例えば、蓄電デバイスの正極を、リチウム含有遷移金属酸化物を電極活物質として用いたマンガンシリコン系正極としたところ、その蓄電デバイスの容量密度が220Ah/kgを示すことが報告されている(非特許文献1参照)。   In recent years, studies have been made to improve the capacity density per weight of the electrode active material in order to further increase the capacity. For example, when the positive electrode of a power storage device is a manganese silicon-based positive electrode using a lithium-containing transition metal oxide as an electrode active material, it has been reported that the capacity density of the power storage device is 220 Ah / kg (non-patent) Reference 1).

また、蓄電デバイスの正極の電極活物質として、ジスルフィド系、キノン系、ジアジン系あるいはラジアレン系の有機低分子化合物を用いたところ、その蓄電デバイスの容量密度が最大で500Ah/kg程度を発現することも報告されている(非特許文献2参照)。   In addition, when a disulfide-based, quinone-based, diazine-based, or radialene-based low molecular weight organic compound is used as the positive electrode active material of the power storage device, the maximum capacity density of the power storage device should be about 500 Ah / kg. Has also been reported (see Non-Patent Document 2).

しかしながら、上記のような有機低分子化合物を電極活物質として用いた場合、放電時の電圧が、リチウム含有遷移金属酸化物を電極活物質として用いた蓄電デバイスよりも著しく小さく、エネルギー密度の点で不利が生じる。そのため、上記のような有機低分子化合物と、より高電圧を見込める有機導電性ポリマーとを複合化させた電極も提案されている(特許文献1,2参照)。   However, when an organic low molecular weight compound as described above is used as an electrode active material, the voltage during discharge is significantly smaller than that of an electricity storage device using a lithium-containing transition metal oxide as an electrode active material, and in terms of energy density. There is a disadvantage. Therefore, an electrode in which an organic low-molecular compound as described above and an organic conductive polymer that can expect a higher voltage are combined has also been proposed (see Patent Documents 1 and 2).

特開平9−259864号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-259864 特開平6−20692号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-20692 特開2012−229329号公報JP2012-229329A

GS Yuasa Technical Report、2010年12月第7巻第2号、第12〜18頁GS Yuasa Technical Report, December 2010, Vol. 7, No. 2, pp. 12-18 日経エレクトロニクス、2010年12月13日号、第73〜82頁Nikkei Electronics, December 13, 2010, pages 73-82

しかしながら、これら有機低分子系活物質は、充放電サイクルに伴う容量低下が著しく、実用に供されるに必要な繰り返し充放電に耐えうる有機低分子系活物質は未だ得られていない。   However, these organic low molecular weight active materials are remarkably reduced in capacity due to charge / discharge cycles, and organic low molecular weight active materials that can withstand repeated charge / discharge necessary for practical use have not yet been obtained.

一方、有機高分子活物質としては、ポリアニリン、ポリピロールやポリチオフェンといった導電性ポリマーを用いた活物質が、比較的高い放電電圧を発現することが知られている。しかし、その容量密度は小さく、活物質重量あたり150Ah/kg程度が最大である。   On the other hand, as an organic polymer active material, it is known that an active material using a conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole or polythiophene exhibits a relatively high discharge voltage. However, the capacity density is small, and the maximum is about 150 Ah / kg per active material weight.

また近年、有機硫黄系高分子を用いた活物質材料が注目を集めている(特許文献3)。これらは、放電電圧は小さいが、高い容量密度(350Ah/kg程度)を有し、次世代の有機活物質材料として注目を集めている。しかしながら、高い放電電圧を有する高容量および高エネルギー密度を発現可能とする、活物質材料は未だ得られていない。   In recent years, an active material using an organic sulfur polymer has attracted attention (Patent Document 3). Although these have a low discharge voltage, they have a high capacity density (about 350 Ah / kg) and are attracting attention as next-generation organic active material materials. However, an active material that can express a high capacity and a high energy density having a high discharge voltage has not yet been obtained.

本発明は、上述のような事情に鑑みなされたもので、高い放電電圧を有するとともに、高容量密度および高エネルギー密度を有する電極およびそれを用いた蓄電デバイスの提供をその目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object thereof is to provide an electrode having a high discharge voltage, a high capacity density and a high energy density, and an electricity storage device using the electrode.

上記目的を達成するため、本発明は、集電体表面の少なくとも一部に電極層を備える電極であって、上記電極層が下記(A)〜(D)を含む電極を第一の要旨とする。
(A)導電性ポリマー。
(B)ジスルフィドポリマー。
(C)導電助剤。
(D)バインダー。
In order to achieve the above object, the present invention provides an electrode including an electrode layer on at least a part of a current collector surface, wherein the electrode layer includes the following (A) to (D): To do.
(A) Conductive polymer.
(B) Disulfide polymer.
(C) Conductive aid.
(D) Binder.

また、電解質層と、これを挟んで対向して設けられた正極と負極とを有する蓄電デバイスであって、正極が上記第一の要旨に記載の電極であり、負極がイオンを挿入・脱離し得る化合物および金属よりなる群から選ばれる少なくとも一方を含む蓄電デバイスを第二の要旨とする。   Further, an electricity storage device having an electrolyte layer and a positive electrode and a negative electrode provided to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, wherein the positive electrode is the electrode described in the first aspect, and the negative electrode inserts and desorbs ions. A power storage device including at least one selected from the group consisting of a compound to be obtained and a metal is a second gist.

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、本発明者らは、集電体表面の少なくとも一部に形成される電極層が、導電性ポリマー(A)とジスルフィドポリマー(B)と導電助剤(C)とバインダー(D)とを含む電極形成材料からなると、これを用いた蓄電デバイスが高い放電電圧を有するとともに、高容量密度および高エネルギー密度を示すようになることを見いだし、本発明に到達した。   That is, the present inventors have intensively studied to solve the above problems. In the course of the study, the present inventors have found that the electrode layer formed on at least a part of the current collector surface is composed of a conductive polymer (A), a disulfide polymer (B), a conductive auxiliary agent (C), and a binder ( It has been found that an electrode forming material containing D) has a high discharge voltage and exhibits a high capacity density and a high energy density, and has reached the present invention.

このように、本発明の電極は、集電体表面の少なくとも一部に電極層を備える電極であって、上記電極層が下記(A)〜(D)を含むものであることから、この電極を用いた蓄電デバイスは、高い放電電圧を有する高容量密度及び高エネルギー密度を有するようになる。
(A)導電性ポリマー。
(B)ジスルフィドポリマー。
(C)導電助剤。
(D)バインダー。
Thus, the electrode of the present invention is an electrode having an electrode layer on at least a part of the current collector surface, and the electrode layer includes the following (A) to (D). The stored electricity storage device has a high capacity density and a high energy density with a high discharge voltage.
(A) Conductive polymer.
(B) Disulfide polymer.
(C) Conductive aid.
(D) Binder.

また、上記ジスルフィドポリマー(B)が、下記式(1)で示される構造を有する化合物であると、より容量密度及びエネルギー密度が優れるようになる。   Further, when the disulfide polymer (B) is a compound having a structure represented by the following formula (1), the capacity density and the energy density are more excellent.

(−S−X−S−S−Y−S−)n …(1)
〔上記式(1)において、XおよびYはそれぞれ有機基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、nは正の自然数を示す。〕
(—S—X—S—S—Y—S—) n (1)
[In the above formula (1), X and Y each represents an organic group, which may be the same or different from each other. N represents a positive natural number. ]

また、上記ジスルフィドポリマー(B)の重量平均分子量が、5,000〜100,000であると、一層容量密度及びエネルギー密度に優れるようになる。   Moreover, when the weight average molecular weight of the disulfide polymer (B) is 5,000 to 100,000, the capacity density and the energy density are further improved.

そして、上記導電性ポリマー(A)が、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリピロール誘導体、ポリチオフェンおよびポリチオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも一つであると、得られる蓄電デバイスは、より高容量密度および高エネルギー密度を有するようになる。   When the conductive polymer (A) is at least one selected from the group consisting of polyaniline, polyaniline derivative, polypyrrole, polypyrrole derivative, polythiophene and polythiophene derivative, the obtained electricity storage device has higher capacity density and higher capacity. It has energy density.

また、電解質層と、これを挟んで対向して設けられた正極と負極とを有する蓄電デバイスであって、正極が上記記載の電極であり、負極がイオンを挿入・脱離し得る化合物および金属よりなる群から選ばれる少なくとも一方を含むものであると、高い放電電圧を有する高容量密度及び高エネルギー密度を有するようになる。   Further, an electricity storage device having an electrolyte layer and a positive electrode and a negative electrode provided to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, wherein the positive electrode is the electrode described above, and the negative electrode includes a compound and a metal that can insert and desorb ions. When it contains at least one selected from the group, it has a high capacity density and a high energy density having a high discharge voltage.

本発明の電極の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electrode of this invention. 本発明の蓄電デバイスの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electrical storage device of this invention.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明は、以下の内容に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following contents.

<電極について>
本発明の電極は、図1に示すように、電極層7と、集電体6とが積層されてなるものであり、上記電極層7は、導電性ポリマー(A)と、ジスルフィドポリマー(B)と、導電助剤(C)と、バインダー(D)とを含んでいる。また、電極形成材料には、上記(A)〜(D)成分以外に、例えば、他の任意成分が添加されてもよい。上記集電体6としては、カーボンペーパー、カーボン不織布、カーボンクロス、ニッケル,アルミ,ステンレス,銅等の金属箔やメッシュが適宜用いられる。
<About electrodes>
As shown in FIG. 1, the electrode of the present invention is formed by laminating an electrode layer 7 and a current collector 6, and the electrode layer 7 includes a conductive polymer (A) and a disulfide polymer (B ), A conductive additive (C), and a binder (D). In addition to the above components (A) to (D), for example, other optional components may be added to the electrode forming material. As the current collector 6, a metal foil or mesh such as carbon paper, carbon non-woven fabric, carbon cloth, nickel, aluminum, stainless steel, or copper is appropriately used.

なお、本発明において、電極活物質とは、イオンの挿入・脱離により導電性が変化する物質をいう。また、図1は、電極の構造を模式的に示したものであり、各層の厚み等は実際とは異なっている。   In the present invention, the electrode active material refers to a substance whose conductivity changes due to insertion / desorption of ions. FIG. 1 schematically shows the structure of the electrode, and the thickness of each layer is different from the actual one.

上記のように、本発明の電極形成材料(電極層7の材料)は、導電性ポリマー(A)と、ジスルフィドポリマー(B)と、導電助剤(C)と、バインダー(D)とを含有する。   As described above, the electrode forming material of the present invention (the material of the electrode layer 7) contains a conductive polymer (A), a disulfide polymer (B), a conductive additive (C), and a binder (D). To do.

〔導電性ポリマー(A)〕
上記導電性ポリマー(A)とは、ポリマー主鎖の酸化反応または還元反応によって生成し、または消失する電荷の変化を補償するために、イオン種がポリマーに挿入し、またはポリマーから脱離することによって、ポリマー自身の導電性が変化する一群のポリマーをいう。
[Conductive polymer (A)]
The conductive polymer (A) means that an ionic species is inserted into or desorbed from a polymer in order to compensate for a change in charge generated or lost by an oxidation reaction or reduction reaction of the polymer main chain. Refers to a group of polymers in which the conductivity of the polymer itself changes.

このようなポリマーにおいて、導電性が高い状態をドープ状態といい、低い状態を脱ドープ状態という。導電性を有するポリマーが酸化反応または還元反応によって導電性を失い、絶縁性(すなわち、脱ドープ状態)となっても、そのようなポリマーは、酸化還元反応によって再度、可逆的に導電性を有することができるので、このように脱ドープ状態にある絶縁性のポリマーも、本発明においては、導電性ポリマー(A)の範疇に入れることとする。   In such a polymer, a state with high conductivity is referred to as a doped state, and a state with low conductivity is referred to as a dedope state. Even if a polymer having conductivity loses conductivity by an oxidation reaction or a reduction reaction and becomes insulative (that is, in a dedoped state), such a polymer is reversibly conductive again by the oxidation-reduction reaction. Therefore, the insulating polymer in such a dedope state is also included in the category of the conductive polymer (A) in the present invention.

また、好ましい本発明の導電性ポリマー(A)の一つとしては、無機酸アニオン、脂肪酸スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、ポリマースルホン酸アニオンおよびポリビニル硫酸アニオンからなる群から選ばれた少なくとも一つのプロトン酸アニオンをドーパントとして有するポリマーである。また、本発明において好ましい別の導電性ポリマーとしては、上記導電性ポリマーを脱ドープした脱ドープ状態のポリマーである。   In addition, one of the preferred conductive polymers (A) of the present invention is at least one selected from the group consisting of an inorganic acid anion, a fatty acid sulfonate anion, an aromatic sulfonate anion, a polymer sulfonate anion, and a polyvinyl sulfate anion. A polymer having two protonic acid anions as dopants. Further, another conductive polymer preferable in the present invention is a polymer in a dedope state obtained by dedoping the conductive polymer.

上記導電性ポリマー(A)の具体例としては、例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリアズレン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)等や、これらの種々の誘導体があげられる。なかでも、電気化学的容量の大きなポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリピロール誘導体、ポリチオフェンおよびポリチオフェン誘導体が好ましく用いられ、ポリアニリンおよびポリアニリン誘導体がさらに好ましく用いられる。   Specific examples of the conductive polymer (A) include, for example, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polyfuran, polyselenophene, polyisothianaphthene, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyazulene, poly (3,4-ethylenediethylene). Oxythiophene) and the like and various derivatives thereof. Of these, polyaniline, polyaniline derivatives, polypyrrole, polypyrrole derivatives, polythiophene and polythiophene derivatives having a large electrochemical capacity are preferably used, and polyaniline and polyaniline derivatives are more preferably used.

本発明において、上記ポリアニリンとは、アニリンを電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいい、ポリアニリンの誘導体とは、例えば、アニリンの誘導体を電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいう。   In the present invention, the polyaniline means a polymer obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidative polymerization of aniline, and the polyaniline derivative is obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidative polymerization of an aniline derivative, for example. Refers to the polymer produced.

ここでアニリンの誘導体としてより詳しくは、アニリンの4位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも一つ有するものを例示することができる。好ましい具体例としては、例えば、o−メチルアニリン、o−エチルアニリン、o−フェニルアニリン、o−メトキシアニリン、o−エトキシアニリン等のo−置換アニリン、m−メチルアニリン、m−エチルアニリン、m−メトキシアニリン、m−エトキシアニリン、m−フェニルアニリン等のm−置換アニリンがあげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。また本発明においては、4位に置換基を有するものでも、p−フェニルアミノアニリンは、酸化重合によってポリアニリンが得られるので、アニリン誘導体として好適に用いることができる。   More specifically, as a derivative of aniline, a substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryl group, an aryloxy group, an alkylaryl group, an arylalkyl group, or an alkoxyalkyl group is provided at a position other than the 4-position of aniline. What has at least one can be illustrated. Preferable specific examples include, for example, o-substituted anilines such as o-methylaniline, o-ethylaniline, o-phenylaniline, o-methoxyaniline, o-ethoxyaniline, m-methylaniline, m-ethylaniline, m And m-substituted anilines such as -methoxyaniline, m-ethoxyaniline, m-phenylaniline and the like. These may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, p-phenylaminoaniline having a substituent at the 4-position can be suitably used as an aniline derivative because polyaniline is obtained by oxidative polymerization.

〔ジスルフィドポリマー(B)〕
前記ジスルフィドポリマー(B)とは、2個の硫黄原子が繋がったジスルフィド基(−S−S−)を有する有機硫黄高分子化合物をいう。例えば、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、1,4−ベンゼンジチオール、1,2−ベンゼンジチオール、1,2−エタンジチオール、テトラ(エチレングリコール)ジチオール、ビフェニル−4,4−ジチオール、ヘキサ(エチレングリコール)ジチオール、ポリエチレングリコールジチオール等のモノマーから重合を行った高分子材料等が挙げられる。
[Disulfide polymer (B)]
The disulfide polymer (B) refers to an organic sulfur polymer compound having a disulfide group (—S—S—) in which two sulfur atoms are linked. For example, 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole, 1,4-benzenedithiol, 1,2-benzenedithiol, 1,2-ethanedithiol, tetra (ethylene glycol) dithiol, biphenyl-4,4- Examples include polymer materials obtained by polymerization from monomers such as dithiol, hexa (ethylene glycol) dithiol, and polyethylene glycol dithiol.

上記ジスルフィドポリマー(B)としては、具体的には、下記式(1)で示される構造を有する。   Specifically, the disulfide polymer (B) has a structure represented by the following formula (1).

(−S−X−S−S−Y−S−)n …(1)
〔上記式(1)において、XおよびYはそれぞれ有機基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、nは正の自然数を示す。〕
(—S—X—S—S—Y—S—) n (1)
[In the above formula (1), X and Y each represents an organic group, which may be the same or different from each other. N represents a positive natural number. ]

上記式(1)中の有機基Xとしては、例えば、エチレン基、1,3−プロピレン基、1,4−ブチレン基、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基等を挙げることができる。また、ピリジン環の2つの水素原子が置換されたピリジニレン基、例えば、2,3−ピリジニレン基、2,4−ピリジニレン基、2,5−ピリジニレン基、3,5−ピリジニレン基や、あるいは、ナフタレン環の2つの水素原子が置換されたナフチレン基、例えば、1,5−ナフチレン基、1,8−ナフチレン基等も挙げることができる。なかでも、アルキレン基またはアリール基であることが好ましい。   Examples of the organic group X in the above formula (1) include ethylene group, 1,3-propylene group, 1,4-butylene group, 1,4-phenylene group, 1,3-phenylene group, 1,2- A phenylene group etc. can be mentioned. Further, a pyridinylene group in which two hydrogen atoms of the pyridine ring are substituted, for example, 2,3-pyridinylene group, 2,4-pyridinylene group, 2,5-pyridinylene group, 3,5-pyridinylene group, or naphthalene A naphthylene group in which two hydrogen atoms in the ring are substituted, for example, a 1,5-naphthylene group, a 1,8-naphthylene group, and the like can also be exemplified. Of these, an alkylene group or an aryl group is preferable.

また、上記式(1)中の有機基Yとしても、上記有機基Xと同様の官能基が例示列挙される。   In addition, as the organic group Y in the above formula (1), the same functional groups as the organic group X are listed.

上記式(1)におけるnは正の自然数であるが、2以上、さらに3以上、10以上であることが好ましく、また、nが20以上800以下であることが特に好ましい。   N in the above formula (1) is a positive natural number, but is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and 10 or more, and particularly preferably n is 20 or more and 800 or less.

また、上記ジスルフィドポリマー(B)としては、さらに、下記式(2)で表される化合物であることが好ましい。   The disulfide polymer (B) is preferably a compound represented by the following formula (2).

Figure 2015165481
Figure 2015165481

上記式(2)において、nは上記のように、正の自然数を示すが、2以上、さらに3以上、10以上であることが好ましく、また、nが20以上800以下であることが特に好ましい。   In the above formula (2), n represents a positive natural number as described above, but is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and 10 or more, and particularly preferably n is 20 or more and 800 or less. .

このジスルフィドポリマー(B)の重量平均分子量としては、5,000〜100,000であることが好ましく、さらには10,000〜100,000、特には10,000〜50,000であることが好ましい。上記重量平均分子量が大きすぎると、ジスルフィドポリマーの精製が困難な傾向にあり、一方、重量平均分子量が小さすぎると、サイクル特性に劣る傾向にあるからである。なお、上記重量平均分子量は、ポリスチレン標準でゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定したときの値である。   The weight average molecular weight of the disulfide polymer (B) is preferably 5,000 to 100,000, more preferably 10,000 to 100,000, and particularly preferably 10,000 to 50,000. . This is because if the weight average molecular weight is too large, purification of the disulfide polymer tends to be difficult, while if the weight average molecular weight is too small, the cycle characteristics tend to be inferior. The weight average molecular weight is a value when measured by gel permeation chromatography (GPC) with a polystyrene standard.

上記導電性ポリマー(A)に対する上記ジスルフィドポリマー(B)の重量比(ジスルフィドポリマー/導電性ポリマー)は、1/10〜10/1であることが蓄電デバイスの容量密度を向上させる点から好ましく、さらに1/4〜4/1であることが好ましい。   The weight ratio of the disulfide polymer (B) to the conductive polymer (A) (disulfide polymer / conductive polymer) is preferably 1/10 to 10/1 from the viewpoint of improving the capacity density of the electricity storage device, Furthermore, it is preferable that it is 1 / 4-4 / 1.

また、上記導電性ポリマー(A)およびジスルフィドポリマー(B)の割合は、電極形成材料全体の1〜40重量%であることが好ましく、より好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%の範囲である。これら(A)および(B)成分が多すぎると容量密度の高い蓄電デバイスが得られない傾向にあり、少なすぎると電極成形性に劣る傾向が見られるからである。   Moreover, it is preferable that the ratio of the said conductive polymer (A) and disulfide polymer (B) is 1 to 40 weight% of the whole electrode forming material, More preferably, it is 1 to 30 weight%, More preferably, it is 2 to 20 It is in the range of wt%. This is because if these components (A) and (B) are too much, an electricity storage device having a high capacity density tends not to be obtained, and if it is too little, the electrode formability tends to be inferior.

本発明の電極形成材料には、前記のように、導電性ポリマー(A)およびジスルフィドポリマー(B)以外にも、次に説明する導電助剤(C)、バインダー(D)等を含む。   As described above, the electrode-forming material of the present invention contains, in addition to the conductive polymer (A) and the disulfide polymer (B), a conductive auxiliary agent (C) and a binder (D) described below.

〔導電助剤(C)〕
上記導電助剤(C)としては、蓄電デバイスの放電時に印加する電位によって性状の変化しない導電性材料であればよく、例えば、導電性炭素材料、金属材料等があげられ、なかでもアセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電性カーボンブラックや、天然黒鉛や人造黒鉛等のグラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素材料が好ましく用いられる。特に好ましくは導電性カーボンブラックである。
[Conductive aid (C)]
The conductive auxiliary agent (C) may be any conductive material whose property does not change depending on the potential applied during discharging of the electricity storage device, and examples thereof include conductive carbon materials and metal materials, among which acetylene black, Conductive carbon black such as ketjen black, graphite such as natural graphite and artificial graphite, and fibrous carbon materials such as carbon fiber and carbon nanotube are preferably used. Particularly preferred is conductive carbon black.

上記導電助剤(C)の割合は、電極形成材料全体の40〜99重量%であることが好ましく、さらに50〜95重量%、特に60〜90重量%であることが好ましい。導電助剤が多すぎると電極成形性に劣る傾向があり、少なすぎると容量密度の高い蓄電デバイスが得られない傾向にあるからである。   The proportion of the conductive auxiliary agent (C) is preferably 40 to 99% by weight, more preferably 50 to 95% by weight, and particularly preferably 60 to 90% by weight of the entire electrode forming material. It is because there exists a tendency for it to be inferior to an electrode moldability when there are too many conductive support agents, and when there is too little, it exists in the tendency for an electrical storage device with a high capacity density to be not obtained.

〔バインダー(D)〕
上記バインダー(D)としては、例えば、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の鎖状ポリマーやポリフォスファゼン等の櫛型ポリマー等のポリマー材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリメチル(メタ)アクリレート、スチレン−ブタジエンゴムがあげられる。また、側鎖にオキシエチレンあるいはオキシプロピレン基を有するポリ(メタ)アクリレート、アクリロニトリルあるいは側鎖にオキシエチレンあるいはオキシプロピレンを有する(メタ)アクリル酸等もあげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
[Binder (D)]
Examples of the binder (D) include polymer materials such as chain polymers such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, comb polymers such as polyphosphazene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene. Examples thereof include copolymers, polyacrylonitrile, polymethyl (meth) acrylate, and styrene-butadiene rubber. Further, poly (meth) acrylate having an oxyethylene or oxypropylene group in the side chain, acrylonitrile, (meth) acrylic acid having oxyethylene or oxypropylene in the side chain, and the like are also included. These may be used alone or in combination of two or more.

上記バインダー(D)の割合は、電極形成材料全体の1〜40重量%であることが好ましく、より好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%の範囲である。バインダーが多すぎると容量密度の高い蓄電デバイスが得られない傾向にあり、少なすぎると電極成形性に劣る傾向が見られるからである。   The ratio of the binder (D) is preferably 1 to 40% by weight of the entire electrode forming material, more preferably 1 to 30% by weight, and still more preferably 2 to 20% by weight. This is because if the amount of the binder is too large, an electricity storage device having a high capacity density tends not to be obtained, and if the amount is too small, the electrode formability tends to be inferior.

なお、本発明における電極形成材料(電極層7の材料)に、電解質塩を配合する場合、その電解質塩およびそれを溶解せしめる溶媒は、後記に示す電解液と同様のものを用いることができる。   In addition, when mix | blending electrolyte salt with the electrode formation material (material of the electrode layer 7) in this invention, the electrolyte salt shown in the postscript can use the electrolyte salt and the solvent which dissolves it.

上記電極形成材料を用いて電極を製造するが、電極作製方法としては、例えば、電極形成材料を混合・圧縮成型する方法、電極形成材料に溶媒を加えて塗工する方法等があげられる。具体的には、前者としては、まず、少なくとも(A)〜(D)を含む電極形成材料を乳鉢中で混合した後、圧縮成型機にて集電体上に電極を形成する方法があげられる。上記圧縮成型機としては、例えば、錠型成形機、ジャッキ成形機等があげられる。また、後者の方法としては、水に上記電極形成材料を加え、充分に分散させてペーストを調製し、これを集電体上に塗布した後、水を蒸発させることによって、集電体上に活物質等の均一な混合物の複合体としてシート電極を形成する方法があげられる。   An electrode is manufactured using the above electrode forming material. Examples of the electrode manufacturing method include a method of mixing and compression molding the electrode forming material, a method of applying a solvent to the electrode forming material, and the like. Specifically, as the former, first, an electrode forming material containing at least (A) to (D) is mixed in a mortar, and then an electrode is formed on a current collector with a compression molding machine. . Examples of the compression molding machine include a lock molding machine and a jack molding machine. As the latter method, the above electrode forming material is added to water and sufficiently dispersed to prepare a paste. After applying this paste on the current collector, the water is evaporated to form a paste on the current collector. There is a method of forming a sheet electrode as a composite of a uniform mixture of active materials and the like.

本発明の電極の空隙率は20〜90体積%であることが好ましく、特に好ましくは30〜80体積%、さらに好ましくは40〜70体積%である。空隙率が小さすぎると、エネルギー密度が低下する傾向がみられ、空隙率が大きすぎると、上記導電助剤やバインダーの分散性が悪くなる傾向がみられる。   The porosity of the electrode of the present invention is preferably 20 to 90% by volume, particularly preferably 30 to 80% by volume, and further preferably 40 to 70% by volume. When the porosity is too small, the energy density tends to decrease, and when the porosity is too large, the dispersibility of the conductive auxiliary agent and the binder tends to deteriorate.

上記空隙率は、下記の式により計算することができる。
電極の空隙率(%)={(電極の見かけ体積−電極の真体積)/電極の見かけ体積}×100
The porosity can be calculated by the following formula.
Porosity of electrode (%) = {(apparent volume of electrode−true volume of electrode) / apparent volume of electrode} × 100

本発明において、上記電極の見かけ体積とは、「電極の電極面積×電極厚み」をいい、具体的には、電極の物質の体積、電極内の空隙の体積、および電極表面の凹凸部の空間の体積の総和からなる。また、電極の真体積とは、「電極構成材料の体積」をいい、具体的には、電極構成材料の構成重量割合と各構成材料の真密度の値を用いて、電極構成材料全体の平均密度を算出しておき、電極構成材料の重量総和をこの平均密度で除することにより求めることができる。   In the present invention, the apparent volume of the electrode refers to “electrode area of electrode × electrode thickness”. Specifically, the volume of the electrode substance, the volume of the voids in the electrode, and the space of the uneven portions on the electrode surface The total volume of In addition, the true volume of the electrode refers to the “volume of the electrode constituent material”. Specifically, the average weight of the entire electrode constituent material is determined by using the constituent weight ratio of the electrode constituent material and the true density of each constituent material. The density can be calculated and calculated by dividing the total weight of the electrode constituent materials by this average density.

本発明の正極の厚みは、1〜2000μmであることが好ましく、さらに10〜1000μm、特に100〜900μmであることが好ましい、上記正極の厚みは、例えば、先端形状が直径5mmの平板であるダイヤルゲージ(尾崎製作所社製)を用いて測定し、電極の面に対して10点の測定値の平均を求めることにより算出できる。なお、集電体上に正極(多孔質層)が設けられ複合化している場合には、その複合化物の厚みを上記と同様に測定して測定値の平均を求め、この値から集電体の厚みを差し引いて計算することにより正極の厚みが求められる。   The thickness of the positive electrode of the present invention is preferably 1 to 2000 μm, more preferably 10 to 1000 μm, and particularly preferably 100 to 900 μm. The thickness of the positive electrode is, for example, a dial whose tip shape is a flat plate having a diameter of 5 mm It can be calculated by measuring using a gauge (manufactured by Ozaki Mfg. Co., Ltd.) and obtaining the average of 10 measured values with respect to the surface of the electrode. In addition, when the positive electrode (porous layer) is provided on the current collector and composited, the thickness of the composite is measured in the same manner as described above, and the average of the measured values is obtained. From this value, the current collector is obtained. The thickness of the positive electrode is determined by subtracting the thickness of the positive electrode.

<蓄電デバイスについて>
ここで図2は、本発明の蓄電デバイスの一例を示すものであり、蓄電デバイスは、電解質層3と、これを挟んで対向して設けられた正極2と負極4とを有している。なお、1は集電体(正極用)、5は集電体(負極用)である。また、図2は、蓄電デバイスの構造を模式的に示したものであり、各層の厚み等は実際とは異なっている。
<About electricity storage devices>
Here, FIG. 2 shows an example of the electricity storage device of the present invention, and the electricity storage device has an electrolyte layer 3 and a positive electrode 2 and a negative electrode 4 provided to face each other with the electrolyte layer 3 interposed therebetween. Note that 1 is a current collector (for positive electrode), and 5 is a current collector (for negative electrode). FIG. 2 schematically shows the structure of the electricity storage device, and the thickness of each layer is different from the actual one.

図1に示す本発明における電極は、正極(図2における正極2とその集電体1との積層物)に用いることも、負極(図2における負極4とその集電体5との積層物)に用いることも可能である。なかでも、図1に示す本発明の電極を正極に用い、イオンを挿入・脱離し得る化合物および金属から選ばれる少なくとも1種を含む電極を負極に用いると、得られる蓄電デバイスは、より高容量密度および高エネルギー密度を実現できるようになる。   The electrode in the present invention shown in FIG. 1 can be used for a positive electrode (a laminate of the positive electrode 2 and its current collector 1 in FIG. 2) or a negative electrode (a laminate of the negative electrode 4 and its current collector 5 in FIG. 2). ) Can also be used. In particular, when the electrode of the present invention shown in FIG. 1 is used as a positive electrode and an electrode containing at least one selected from a compound capable of inserting and releasing ions and a metal is used as a negative electrode, the resulting electricity storage device has a higher capacity. Density and high energy density can be realized.

なお、正極および負極の集電体(図2の1,5)としては、カーボンペーパー、カーボン不織布、カーボンクロス、ニッケル,アルミ,ステンレス,銅等の金属箔やメッシュが適宜用いられる。   As the positive and negative electrode current collectors (1, 5 in FIG. 2), metal foil or mesh such as carbon paper, carbon non-woven fabric, carbon cloth, nickel, aluminum, stainless steel, and copper is appropriately used.

また、上記電解質層3は、電解質により構成されるが、例えば、セパレータに電解液を含浸させてなるシートや、固体電解質からなるシートが好ましく用いられる。固体電解質からなるシートは、それ自体がセパレータを兼ねている。また、本発明の電極は、充放電の繰り返しによる電極活物質の電解液への溶解も抑えられるため、上記のような固形電解質シートや電解液含浸シートに限定されず、電解液をそのまま用いてもよい。   Moreover, although the said electrolyte layer 3 is comprised with electrolyte, the sheet | seat which makes a separator impregnate electrolyte solution and the sheet | seat which consists of solid electrolytes are used preferably, for example. The sheet made of the solid electrolyte itself also serves as a separator. In addition, since the electrode of the present invention also suppresses dissolution of the electrode active material in the electrolyte solution due to repeated charge and discharge, it is not limited to the solid electrolyte sheet or the electrolyte-impregnated sheet as described above, and the electrolyte solution is used as it is. Also good.

上記のように、電解液をそのまま用いる場合、あるいは電解液をセパレータに含浸させるとともに電極にも含浸させる場合、その電解液を構成する電解質としては、例えば、リチウムイオンなどの金属イオンとこれに対する適宜のカウンターイオン、例えば、スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ素イオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドイオン、ハロゲンイオン等を組み合わせてなるものが好ましく用いられる。このような電解質の具体例としては、LiCF3SO3、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiN(SO2CF32、LiN(SO2252、LiCl等があげられる。 As described above, when the electrolytic solution is used as it is or when the separator is impregnated with the electrolytic solution and the electrode is also impregnated, the electrolyte constituting the electrolytic solution may be, for example, a metal ion such as lithium ion and an appropriate one for this Counter ions such as sulfonate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, hexafluoroarsenic ion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide ion, halogen A combination of ions and the like is preferably used. Specific examples of such an electrolyte include LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCl, and the like. can give.

また、上記電解液を構成する溶媒としては、カーボネート類、ニトリル類、アミド類、エーテル類等の少なくとも1種の非水溶媒、即ち、有機溶媒が用いられる。このような有機溶媒の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、アセトニトリル、プロピオニトリル、N,N'−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジオキソラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン等があげられる。   Moreover, as a solvent which comprises the said electrolyte solution, at least 1 sort (s) of nonaqueous solvents, such as carbonates, nitriles, amides, ethers, ie, an organic solvent, are used. Specific examples of such an organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, acetonitrile, propionitrile, N, N'-dimethylacetamide, N-methyl-2- Examples include pyrrolidone, dioxolane, dimethoxyethane, diethoxyethane, and γ-butyrolactone.

また、本発明の蓄電デバイスにおいて上記のようにセパレータを用いる場合、そのセパレータとしては、これを挟んで対向して配設される正極と負極の間の電気的な短絡を防ぐことができ、さらに、電気化学的に安定であり、イオン透過性が大きく、ある程度の機械強度を有する絶縁性の多孔質シートであればよい。上記セパレータの材料としては、例えば、紙、不織布や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる多孔性の多孔質シートが好ましく用いられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。   Further, when the separator is used as described above in the electricity storage device of the present invention, the separator can prevent an electrical short circuit between the positive electrode and the negative electrode arranged opposite to each other, Any insulating porous sheet that is electrochemically stable, has a large ion permeability, and has a certain degree of mechanical strength may be used. As a material for the separator, for example, a porous porous sheet made of a resin such as paper, nonwoven fabric, polypropylene, polyethylene, or polyimide is preferably used. These may be used alone or in combination of two or more.

ところで、先に述べたように、イオンを挿入・脱離し得る化合物および金属から選ばれる少なくとも1種を含む電極を負極に用いる場合、具体的には、金属リチウムや、酸化・還元時にリチウムイオンが挿入、脱離し得る炭素材料や遷移金属酸化物、シリコン、スズなどが好ましく用いられる。また、本発明において、「用いる」とは、その形成材料のみを使用する場合以外に、その形成材料と他の形成材料とを組み合わせて使用する場合も含める趣旨であり、通常、他の形成材料の使用割合は、その形成材料の50重量%未満に設定される。   By the way, as described above, when an electrode including at least one selected from a compound capable of inserting and releasing ions and a metal is used for the negative electrode, specifically, lithium metal or lithium ions during oxidation / reduction are used. Carbon materials, transition metal oxides, silicon, tin and the like that can be inserted and removed are preferably used. In addition, in the present invention, “use” means not only the case where only the forming material is used, but also the case where the forming material is used in combination with another forming material. Is used at less than 50% by weight of the forming material.

本発明の蓄電デバイスとしては、ラミネートセル、多孔質シート型、シート型、角型、円筒型、ボタン型、等の種々の形状に形成される。   The electricity storage device of the present invention is formed in various shapes such as a laminate cell, a porous sheet type, a sheet type, a square type, a cylindrical type, and a button type.

なお、上記蓄電デバイスの組立ては、グローブボックス中、超高純度アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   In addition, it is preferable to assemble the said electrical storage device in inert gas atmosphere, such as an ultra-high purity argon gas, in a glove box.

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.

まず、実施例,比較例に先立ち、以下の製造例1,2に従い、各ポリマーの製造を行った。   First, prior to Examples and Comparative Examples, each polymer was produced according to Production Examples 1 and 2 below.

[製造例1:テトラフルオロホウ酸をドーパントとする導電性ポリアニリン粉末の製造]
電極活物質である導電性ポリマー(A)として、テトラフルオロホウ酸をドーパントとする導電性ポリチオフェン粉末を下記のように調製した。
[Production Example 1: Production of conductive polyaniline powder using tetrafluoroboric acid as a dopant]
As a conductive polymer (A) which is an electrode active material, a conductive polythiophene powder using tetrafluoroboric acid as a dopant was prepared as follows.

(導電性ポリアニリン粉末)
イオン交換水138gを入れた300mL容量のガラス製ビーカーに42重量%濃度のテトラフルオロホウ酸水溶液(和光純薬工業社製、特級)84.0g(0.402モル)を加え、磁気スターラーにて撹拌しながら、これにアニリン10.0g(0.107モル)を加えた。テトラフルオロホウ酸水溶液にアニリンを加えた当初は、アニリンは、テトラフルオロホウ酸水溶液に油状の液滴として分散していたが、その後、数分以内に水に溶解して、均一で透明なアニリン水溶液となった。このようにして得られたアニリン水溶液は、低温恒温槽を用いて−4℃以下に冷却した。
(Conductive polyaniline powder)
To a glass beaker having a capacity of 138 g of ion-exchanged water, 84.0 g (0.402 mol) of a 42 wt% tetrafluoroboric acid aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) was added, and a magnetic stirrer was used. While stirring, 10.0 g (0.107 mol) of aniline was added thereto. When aniline was first added to an aqueous tetrafluoroboric acid solution, the aniline was dispersed as oily droplets in the aqueous tetrafluoroboric acid solution, but then dissolved in water within a few minutes, resulting in a uniform and transparent aniline. It became an aqueous solution. The aniline aqueous solution thus obtained was cooled to −4 ° C. or lower using a low temperature thermostat.

次に、酸化剤として二酸化マンガン粉末(和光純薬工業社製、1級)11.63g(0.134モル)を上記アニリン水溶液中に少量ずつ加えて、ビーカー内の混合物の温度が−1℃を超えないようにした。このようにして、アニリン水溶液に酸化剤を加えることにより、アニリン水溶液は直ちに黒緑色に変化した。その後、しばらく撹拌を続けたとき、黒緑色の固体が生成し始めた。   Next, 11.63 g (0.134 mol) of manganese dioxide powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., grade 1) as an oxidizing agent is added little by little to the aniline aqueous solution, and the temperature of the mixture in the beaker is -1 ° C. Not to exceed. Thus, by adding an oxidizing agent to the aniline aqueous solution, the aniline aqueous solution immediately turned black-green. Thereafter, when stirring was continued for a while, a black-green solid started to be formed.

このようにして、80分間かけて酸化剤を加えた後、生成した反応生成物を含む反応混合物を冷却しながら、さらに、100分間、撹拌した。その後、ブフナーロートと吸引瓶を用いて、得られた固体をNo.2濾紙(ADVANTEC社製)にて吸引濾過して、粉末を得た。この粉末を約2モル/dm3のテトラフルオロホウ酸水溶液中にて磁気スターラーを用いて撹拌、洗浄し、次いで、アセトンにて数回、撹拌、洗浄し、これを減圧濾過した。得られた粉末を室温(25℃)で10時間真空乾燥して、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン(酸化状態のポリアニリン)12.5gを、鮮やかな緑色粉末として得た。 Thus, after adding an oxidizing agent over 80 minutes, it stirred for further 100 minutes, cooling the reaction mixture containing the produced | generated reaction product. Thereafter, using a Buchner funnel and a suction bottle, the obtained solid was No. Suction filtration was performed with two filter papers (manufactured by ADVANTEC) to obtain a powder. This powder was stirred and washed in a tetrafluoroboric acid aqueous solution of about 2 mol / dm 3 using a magnetic stirrer, then stirred and washed several times with acetone, and this was filtered under reduced pressure. The obtained powder was vacuum-dried at room temperature (25 ° C.) for 10 hours to obtain 12.5 g of conductive polyaniline (oxidized polyaniline) having tetrafluoroborate anion as a dopant as a bright green powder.

上記導電性ポリアニリン粉末130mgを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用KBr錠剤成形器を用い、75MPaの圧力下に10分間真空加圧成形して、厚み720μmの導電性ポリアニリンのディスクを得た。ファン・デル・ポー法による4端子法電導度測定にて測定した上記ディスクの電導度は、19.5S/cmであった。   After pulverizing 130 mg of the conductive polyaniline powder in a smoked mortar, vacuum-pressing was performed for 10 minutes under a pressure of 75 MPa using a KBr tablet molding machine for infrared spectrum measurement, and a conductive polyaniline disk having a thickness of 720 μm was formed. Obtained. The conductivity of the disk measured by the 4-terminal method conductivity measurement by the Van der Pau method was 19.5 S / cm.

(脱ドープ状態の導電性ポリアニリン粉末の調製)
このようにして得たドープ状態の導電性ポリアニリン粉末を2モル/L水酸化ナトリウム水溶液中に投入し、3Lセパラブルフラスコ中にて30分間撹拌して、導電性ポリアニリンを中和処理した。これにより、ドーパントであるテトラフルオロホウ酸を、ポリアニリンから脱ドープした。
(Preparation of dedope conductive polyaniline powder)
The conductive polyaniline powder in the doped state thus obtained was put into a 2 mol / L sodium hydroxide aqueous solution and stirred in a 3 L separable flask for 30 minutes to neutralize the conductive polyaniline. Thereby, the tetrafluoroboric acid which is a dopant was dedope from polyaniline.

上記脱ドープしたポリアニリンを、その濾液が中性になるまで水洗した後、アセトン中で撹拌、洗浄し、次いで、ブフナーロートと吸引瓶を用い減圧濾過して、No.2濾紙(ADVANTEC社製)上に脱ドープしたポリアニリン粉末を得た。これを室温(25℃)下、10時間真空乾燥して、脱ドープ状態のポリアニリンを茶色粉末として得た。   The dedoped polyaniline was washed with water until the filtrate became neutral, then stirred and washed in acetone, and then filtered under reduced pressure using a Buchner funnel and a suction bottle. A polyaniline powder undopeped on 2 filter paper (manufactured by ADVANTEC) was obtained. This was vacuum-dried at room temperature (25 ° C.) for 10 hours to obtain dedoped polyaniline as a brown powder.

次に、このようにして得た脱ドープ状態のポリアニリン粉末を、フェニルヒドラジンのメタノール水溶液中に入れ、撹拌下、30分間還元処理を行った。ポリアニリン粉末は、その色が茶色から灰色に変化した。   Next, the dedope polyaniline powder thus obtained was placed in a methanol solution of phenylhydrazine and subjected to a reduction treatment with stirring for 30 minutes. The polyaniline powder changed its color from brown to gray.

このような還元処理の後、得られたポリアニリン粉末をメタノール、次いで、アセトンで洗浄し、濾別した後、室温下、真空乾燥して、還元脱ドープ状態のポリアニリン(還元状態のポリアニリン)を得た。なお、アセトンを溶媒として用いた、光散乱法による上記粒子のメディアン径は13μmであった。   After such a reduction treatment, the obtained polyaniline powder is washed with methanol and then with acetone, filtered, and then vacuum-dried at room temperature to obtain a reduced dedope polyaniline (reduced polyaniline). It was. In addition, the median diameter of the particles by light scattering method using acetone as a solvent was 13 μm.

上記還元脱ドープ状態のポリアニリン粉末130mgを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用KBr錠剤成形器を用い、75MPaの圧力下に10分間真空加圧成形して、厚み720μmの還元脱ドープ状態のポリアニリンのディスクを得た。ファン・デル・ポー法による4端子法電導度測定にて測定した上記ディスクの電導度は、5.8×10-3S/cmであった。 After pulverizing 130 mg of the above polyaniline powder in the reduced dedope state in a smoked mortar, vacuum reduced pressure molding was performed for 10 minutes under a pressure of 75 MPa using a KBr tablet molding machine for infrared spectrum measurement, and a reduced dedope having a thickness of 720 μm. A polyaniline disk in state was obtained. The electric conductivity of the disk measured by the 4-terminal conductivity measurement by the Van der Pau method was 5.8 × 10 −3 S / cm.

つまり、このポリアニリンは、イオンが挿入されている酸化状態が、イオンが脱離している還元状態より電気導電性が高い。したがって、このポリアニリンは、イオンの挿入・脱離により導電性が変化する電極活物質である。   That is, this polyaniline has a higher electrical conductivity in an oxidized state in which ions are inserted than in a reduced state in which ions are eliminated. Therefore, this polyaniline is an electrode active material whose conductivity is changed by insertion / extraction of ions.

[製造例2:三塩化鉄をドーパントとする導電性ポリチオフェン粉末の調製]
電極活物質である導電性ポリマー(A)として、三塩化鉄をドーパントとする導電性ポリチオフェン粉末を下記のように調製した。
[Production Example 2: Preparation of conductive polythiophene powder using iron trichloride as a dopant]
As a conductive polymer (A) that is an electrode active material, a conductive polythiophene powder using iron trichloride as a dopant was prepared as follows.

(導電性ポリチオフェン粉末)
窒素雰囲気下、3つ口フラスコ中に三塩化鉄28.8gをクロロホルム100ml共に加えた。その後、塩化ナトリウムを含む氷浴中にフラスコを浸漬し、0℃以下になるように保持した。チオフェン5.0gをクロロホルム50gに溶解させ、上記三塩化鉄とクロロホルム中に、2時間かけて滴下した。滴下終了後、室温にて12時間撹拌した。
(Conductive polythiophene powder)
Under a nitrogen atmosphere, 28.8 g of iron trichloride was added to 100 ml of chloroform in a three-necked flask. Thereafter, the flask was immersed in an ice bath containing sodium chloride and kept at 0 ° C. or lower. Thiophene (5.0 g) was dissolved in chloroform (50 g) and dropped into the iron trichloride and chloroform over 2 hours. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 12 hours.

反応溶液を濾過後、メタノール中に撹拌しながら展開し、その後再度濾過を行った。この操作を5回繰り返した後、得られたポリチオフェン粉末を室温にて一晩真空乾燥処理を行った。得られたポリチオフェン粉末は褐色で有り、収量は6.3gであった。   The reaction solution was filtered, developed in methanol with stirring, and then filtered again. After repeating this operation 5 times, the obtained polythiophene powder was vacuum-dried overnight at room temperature. The obtained polythiophene powder was brown and the yield was 6.3 g.

(導電性ポリチオフェン粉末の電導度)
上記導電性ポリチオフェン粉末150mgを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用KBr錠剤成形器を用い、75MPaの圧力下に10分間真空加圧成形して、厚み720μmの導電性ポリチオフェン粉末のディスク状成形体を得た。ファン・デル・ポー法による4端子法電導度測定にて測定した上記成形フィルムの電導度は、10.8S/cmであった。
(Conductivity of conductive polythiophene powder)
After pulverizing 150 mg of the conductive polythiophene powder in a smoked mortar, vacuum-pressure molding was performed for 10 minutes under a pressure of 75 MPa using a KBr tablet molding machine for infrared spectrum measurement, and a conductive polythiophene powder disk having a thickness of 720 μm. A shaped molded body was obtained. The conductivity of the molded film measured by the 4-terminal method conductivity measurement by the Van der Pau method was 10.8 S / cm.

(還元脱ドープ状態のポリチオフェン粉末)
次いで、このポリチオフェン粉末分を、ポリチオフェンのモノマー単位の6当量のヒドラジン一水和物を含む水溶液中にて一晩撹拌した。反応溶液を濾過後、メタノール中に撹拌しながら展開し、その後再度濾過を行った。この操作を4回繰り返した後、固形分を室温にて一晩真空乾燥処理を行った。得られたポリチオフェン粉末は赤褐色で有り、収量は4.9gであった。
(Reductive dedoped polythiophene powder)
The polythiophene powder fraction was then stirred overnight in an aqueous solution containing 6 equivalents of hydrazine monohydrate of polythiophene monomer units. The reaction solution was filtered, developed in methanol with stirring, and then filtered again. After repeating this operation four times, the solid content was vacuum dried overnight at room temperature. The obtained polythiophene powder was reddish brown and the yield was 4.9 g.

(還元脱ドープ状態のポリチオフェン粉末の電導度)
上記還元脱ドープ状態のポリチオフェン粉末150mgを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用KBr錠剤成形器を用い、75MPaの圧力下に10分間真空加圧成形して、厚み720μmの還元脱ドープ状態のポリチオフェン粉末のディスク状成形フィルムを得た。ファン・デル・ポー法による4端子法電導度測定にて測定した上記成形フィルムの電導度は、5.8×10-2S/cmであった。
(Conductivity of reduced and undoped polythiophene powder)
After pulverizing 150 mg of the above polythiophene powder in a reduced dedope state in a smoked mortar, vacuum reduction molding was performed for 10 minutes under a pressure of 75 MPa using a KBr tablet molding machine for infrared spectrum measurement, and a reduced dedope having a thickness of 720 μm. A disk-shaped molded film of polythiophene powder in a state was obtained. The conductivity of the molded film measured by the 4-terminal conductivity measurement by the Van der Pau method was 5.8 × 10 −2 S / cm.

[製造例3:ジスルフィドポリマー(B)の製造]
ジスルフィドポリマーとして、下記式(3)に示す化合物を準備した。なお、この化合物は、例えば、特開2012−229329号公報の実施例5に基づき製造することができる。
[Production Example 3: Production of disulfide polymer (B)]
As the disulfide polymer, a compound represented by the following formula (3) was prepared. In addition, this compound can be manufactured based on Example 5 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-229329, for example.

Figure 2015165481
Figure 2015165481

〔実施例1:ポリアニリン・ジスルフィドポリマー併用系〕
製造例1で作製したポリアニリン20mg、製造例3で作製したジスルフィドポリマー80mg、アセチレンブラック800mg及びポリテトラフルオロエチレン100mgを混合し、瑪瑙製乳鉢を用いて混練した。
[Example 1: Combined use of polyaniline and disulfide polymer]
20 mg of the polyaniline produced in Production Example 1, 80 mg of the disulfide polymer produced in Production Example 3, 800 mg of acetylene black and 100 mg of polytetrafluoroethylene were mixed and kneaded using a smoked mortar.

得られた混練物100mgを、直径12.5mmのアルミメッシュ上に配置し、錠剤成形機(島津製作所社製)を用いて、真空脱泡しながら7kNの圧力で5分間圧縮した。これにより得られた電極シートを60℃で3時間真空乾燥処理を行った。   100 mg of the obtained kneaded material was placed on an aluminum mesh having a diameter of 12.5 mm, and compressed for 5 minutes at a pressure of 7 kN while vacuum degassing using a tablet molding machine (manufactured by Shimadzu Corporation). The electrode sheet thus obtained was vacuum dried at 60 ° C. for 3 hours.

(蓄電デバイスの作製)
上記のようにして得られた電極シートを正極とする蓄電デバイス(セル)を、以下のように組み立てた。すなわち、まず、上記作製の電極シートを正極として準備し、コイン型金属リチウム(本城金属社製)を負極として準備し、宝泉社製の不織布(TF40−50)をセパレータとして準備した。つぎに、1モル/Lのテトラフルオロホウ酸リチウムプロピレンカーボネート溶液とエチレンカーボネートとを体積比1対1で混合して電解液を調製した。
(Production of electricity storage device)
An electricity storage device (cell) using the electrode sheet obtained as described above as a positive electrode was assembled as follows. That is, first, the electrode sheet prepared above was prepared as a positive electrode, coin-type metallic lithium (Honjo Metal Co., Ltd.) was prepared as a negative electrode, and a nonwoven fabric (TF40-50) manufactured by Hosen Co. was prepared as a separator. Next, a 1 mol / L lithium tetrafluoroborate propylene carbonate solution and ethylene carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare an electrolytic solution.

その後、超高純度アルゴンガス雰囲気下の、露点が−100℃のグローブボックス内で、以下の組み立てを行った。まず、非水電解液二次電池実験用のステンレス製HSセル(宝泉社製)に、正極と負極とを正しく対向させて配置し、これらがショートしないようにセパレータを位置決めした後、上記電解液を注入した。そして、電解液の注入後、HSセルを密封し、セルを完成した。   Thereafter, the following assembly was performed in a glove box having a dew point of −100 ° C. in an ultra-high purity argon gas atmosphere. First, a positive electrode and a negative electrode are placed facing each other in a stainless steel HS cell (made by Hosen Co., Ltd.) for non-aqueous electrolyte secondary battery experiments, and the separator is positioned so that they do not short-circuit. The liquid was injected. And after injection | pouring of electrolyte solution, the HS cell was sealed and the cell was completed.

上記セルを、25℃の恒温槽内に静置し、電池充放電装置(北斗電工社製、SD8)を用いて、定電流−定電圧充電/定電流放電モードにて測定を行った。充電終止電圧は3.8Vとし、定電流充電により電圧が3.8Vに到達した後は、3.8Vの定電圧充電を2分間行い、この後、放電終止電圧1.5Vまで定電流放電を行った。その活物質の容量密度を147Ah/kgとし、電極単位面積に含まれる活物質量から全容量(Ah)を算出し、この容量を1時間で充電する速さを1C充放電とした。そして、0.2Cの充放電を1回行ったとき、上記セルの容量密度は517Ah/kg、エネルギー密度は1118Wh/kg、平均放電電圧は2.16Vであった。
この容量密度及びエネルギー密度は、正極活物質の正味重量当たりに換算した値を示す。
The said cell was left still in a 25 degreeC thermostat, and it measured in the constant current-constant voltage charge / constant current discharge mode using the battery charging / discharging apparatus (the Hokuto Denko company make, SD8). The end-of-charge voltage is 3.8 V. After the voltage reaches 3.8 V by constant current charging, constant voltage charging at 3.8 V is performed for 2 minutes, and then constant current discharge is performed up to a discharge end voltage of 1.5 V. went. The capacity density of the active material was 147 Ah / kg, the total capacity (Ah) was calculated from the amount of active material contained in the electrode unit area, and the rate at which this capacity was charged in 1 hour was defined as 1 C charge / discharge. And when 0.2 C charge / discharge was performed once, the capacity density of the said cell was 517 Ah / kg, the energy density was 1118 Wh / kg, and the average discharge voltage was 2.16V.
The capacity density and the energy density represent values converted per net weight of the positive electrode active material.

〔実施例2〕
製造例2で作製したポリチオフェン20mg、製造例3で作製したジスルフィドポリマー80mg、アセチレンブラック800mg及びポリテトラフルオロエチレン100mgを混合し、瑪瑙製乳鉢を用いて混練した。
[Example 2]
20 mg of the polythiophene produced in Production Example 2, 80 mg of the disulfide polymer produced in Production Example 3, 800 mg of acetylene black and 100 mg of polytetrafluoroethylene were mixed and kneaded using a smoked mortar.

得られた混練物100mgを、直径12.5mmのアルミメッシュ上に配置し、錠剤成形機(島津製作所製)を用いて、真空脱泡しながら7kNの圧力で5分間圧縮した。これにより得られた電極を60℃で3時間真空乾燥処理を行った。   100 mg of the obtained kneaded material was placed on an aluminum mesh having a diameter of 12.5 mm, and compressed using a tablet molding machine (manufactured by Shimadzu Corporation) at a pressure of 7 kN for 5 minutes while vacuum degassing. The electrode thus obtained was vacuum-dried at 60 ° C. for 3 hours.

(蓄電デバイスの作製)
実施例1と同様に、蓄電デバイス(セル)の作製と評価を行った。上記セルにおいて、その活物質の重量容量密度を147Ah/kgとし、電極単位面積に含まれる活物質量から全容量(Ah)を算出し、この容量を1時間で充電する速さを1C充放電とした。そして、0.2Cの充放電を1回行ったとき、上記セルの重量容量密度は433Ah/kg,重量エネルギー密度は1062Wh/kgであった。
(Production of electricity storage device)
In the same manner as in Example 1, a power storage device (cell) was produced and evaluated. In the above cell, the weight capacity density of the active material is 147 Ah / kg, the total capacity (Ah) is calculated from the amount of active material contained in the electrode unit area, and the rate of charging this capacity in 1 hour is 1C charge / discharge. It was. And when 0.2 C charge / discharge was performed once, the weight capacity density of the said cell was 433 Ah / kg, and the weight energy density was 1062 Wh / kg.

〔比較例1:ジスルフィドポリマー単独系〕
製造例3で作製したジスルフィドポリマー100mg、アセチレンブラック800mg及びポリテトラフルオロエチレン100mgを混合し、瑪瑙製乳鉢を用いて混練した。 後は実施例1と同じ操作で電極及びセルを作製し、電池評価を行った。
[Comparative Example 1: Disulfide polymer alone system]
100 mg of the disulfide polymer produced in Production Example 3, 800 mg of acetylene black and 100 mg of polytetrafluoroethylene were mixed and kneaded using a smoked mortar. Thereafter, electrodes and cells were produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed.

上記セルにおいて、その活物質の容量密度を147Ah/kgとし、電極単位面積に含まれる活物質量から全容量(Ah)を算出し、この容量を1時間で充電する速さを1C充放電とした。そして、0.2Cの充放電を1回行ったとき、上記セルの容量密度は532Ah/kg、エネルギー密度は957Wh/kg、平均放電電圧は1.80Vであった。   In the cell, the capacity density of the active material is 147 Ah / kg, the total capacity (Ah) is calculated from the amount of active material contained in the electrode unit area, and the rate of charging this capacity in 1 hour is defined as 1 C charge / discharge. did. And when 0.2 C charge / discharge was performed once, the capacity density of the said cell was 532 Ah / kg, the energy density was 957 Wh / kg, and the average discharge voltage was 1.80V.

〔比較例2:ポリアニリン単独系〕
ポリアニリン100mg、アセチレンブラック800mg及びポリテトラフルオロエチレン100mgを混合し、瑪瑙製乳鉢を用いて混練した。
後は実施例1と同じ操作で電極及びセルを作製し、電池評価を行った。
[Comparative Example 2: Polyaniline alone system]
100 mg of polyaniline, 800 mg of acetylene black and 100 mg of polytetrafluoroethylene were mixed and kneaded using a smoked mortar.
Thereafter, electrodes and cells were produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed.

上記セルにおいて、その活物質の容量密度を147Ah/kgとし、電極単位面積に含まれる活物質量から全容量(Ah)を算出し、この容量を1時間で充電する速さを1C充放電とした。そして、0.2Cの充放電を1回行ったとき、上記セルの容量密度は172Ah/kg、エネルギー密度は533Wh/kg、平均放電電圧は3.10Vであった。   In the cell, the capacity density of the active material is 147 Ah / kg, the total capacity (Ah) is calculated from the amount of active material contained in the electrode unit area, and the rate of charging this capacity in 1 hour is defined as 1 C charge / discharge. did. And when 0.2 C charge / discharge was performed once, the capacity density of the said cell was 172 Ah / kg, the energy density was 533 Wh / kg, and the average discharge voltage was 3.10V.

上記より実施例品は高い放電電圧を有するとともに、高容量密度および高エネルギー密度を有するのに対し、比較例1品は放電電圧が低く、比較例2品は容量密度およびエネルギー密度が低いものであった。   From the above, the Example product has a high discharge voltage and a high capacity density and a high energy density, whereas the Comparative Example 1 product has a low discharge voltage, and the Comparative Example 2 product has a low capacity density and energy density. there were.

本発明の電極を用いた蓄電デバイスは、リチウム二次電池等の蓄電デバイスや高容量キャパシタとして好適に使用できる。また、上記蓄電デバイスは、従来の二次電池や電気二重層キャパシタと同様の用途に使用でき、例えば、携帯型PC、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等の携帯用電子機器や、ハイブリッド電気自動車、電気自動車、燃料電池自動車等の駆動用電源に広く用いられる。   The electricity storage device using the electrode of the present invention can be suitably used as an electricity storage device such as a lithium secondary battery or a high capacity capacitor. The power storage device can be used for the same applications as conventional secondary batteries and electric double layer capacitors. For example, portable electronic devices such as portable PCs, cellular phones, and personal digital assistants (PDAs), and hybrid electric devices. Widely used in power sources for driving automobiles, electric vehicles, fuel cell vehicles and the like.

6 集電体
7 電極層
6 Current collector 7 Electrode layer

Claims (5)

集電体表面の少なくとも一部に電極層を備える電極であって、上記電極層が下記(A)〜(D)を含むことを特徴とする電極。
(A)導電性ポリマー。
(B)ジスルフィドポリマー。
(C)導電助剤。
(D)バインダー。
An electrode comprising an electrode layer on at least a part of a current collector surface, wherein the electrode layer includes the following (A) to (D).
(A) Conductive polymer.
(B) Disulfide polymer.
(C) Conductive aid.
(D) Binder.
上記ジスルフィドポリマー(B)が、下記式(1)で示される構造を有する化合物である請求項1記載の電極。
(−S−X−S−S−Y−S−)n …(1)
〔上記式(1)において、XおよびYはそれぞれ有機基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、nは正の自然数を示す。〕
The electrode according to claim 1, wherein the disulfide polymer (B) is a compound having a structure represented by the following formula (1).
(—S—X—S—S—Y—S—) n (1)
[In the above formula (1), X and Y each represents an organic group, which may be the same or different from each other. N represents a positive natural number. ]
上記ジスルフィドポリマー(B)の重量平均分子量が、5,000〜100,000である請求項1または2に記載の電極。   The electrode according to claim 1 or 2, wherein the disulfide polymer (B) has a weight average molecular weight of 5,000 to 100,000. 上記導電性ポリマー(A)が、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリピロール誘導体、ポリチオフェンおよびポリチオフェン誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極。   The electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive polymer (A) is at least one selected from the group consisting of polyaniline, polyaniline derivatives, polypyrrole, polypyrrole derivatives, polythiophene and polythiophene derivatives. 電解質層と、これを挟んで対向して設けられた正極と負極とを有する蓄電デバイスであって、正極が請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極であり、負極がイオンを挿入・脱離し得る化合物および金属よりなる群から選ばれる少なくとも一方を含むことを特徴とする蓄電デバイス。   It is an electrical storage device which has an electrolyte layer and the positive electrode and negative electrode which were provided facing this on both sides, Comprising: A positive electrode is an electrode as described in any one of Claims 1-4, and a negative electrode inserts ion -An electrical storage device comprising at least one selected from the group consisting of a detachable compound and a metal.
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