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JP6540130B2 - Electrode material for battery and all solid lithium ion battery - Google Patents
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JP6540130B2 - Electrode material for battery and all solid lithium ion battery - Google Patents

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Description

本発明は、電池用電極材料、及び、当該電池用電極材料を備える全固体リチウムイオン電池に関する。より詳しくは、超薄膜であり、大面積化可能であり、フレキシブルな形態で使用可能であり、かつ、安全性の高い電池用電極材料、及び、当該電池用電極材料を含む全固体リチウムイオン電池に関する。   The present invention relates to a battery electrode material and an all solid lithium ion battery provided with the battery electrode material. More specifically, a battery electrode material which is an ultra thin film, can be enlarged, can be used in a flexible form, and has high safety, and an all solid lithium ion battery including the battery electrode material About.

近年、省エネルギー化への要望は特に高まってきており、蓄電に関する技術も重要なものとなってきている。蓄電に用いられる電池としては、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池、及びニッケル水素電池等が知られているが、その中でもリチウムイオン電池は、エネルギー密度の高さや単位容量あたりのコストが低いことから、車載用途や携帯電話用の電源など様々な用途に使用されている。   In recent years, the demand for energy saving has been particularly increasing, and technology relating to storage has also become important. Lithium-ion batteries, sodium-sulfur batteries, nickel-metal hydride batteries, etc. are known as batteries used for storage, among which lithium-ion batteries have high energy density and low cost per unit capacity. It is used in various applications such as automotive applications and power supplies for mobile phones.

リチウムイオン電池は、上記の用途以外にも今後様々な用途に使用されると考えられており、例えば、スマートウォッチやスマートグラスに代表されるウェアラブルデバイス用途等への使用が期待されている。また、今後は、現行のリチウムイオン電池では達成できない性能・物性が要求されることが予想され、特に、超薄膜であり、大面積化可能であり、フレキシブルな形態で使用可能であり、かつ、安全性が高いという特徴を有する蓄電素子の登場が待たれている。   Lithium ion batteries are considered to be used for various applications in addition to the above applications, and are expected to be used for wearable device applications represented by smart watches and smart glasses, for example. In addition, it is expected that performance and physical properties that can not be achieved by current lithium ion batteries are required in the future, and in particular, it is an ultra thin film, can be enlarged, can be used in a flexible form, It has been awaited the appearance of a storage element having a feature of high safety.

従来のリチウムイオン電池としては、例えば、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩を含む非水電解液等から構成された電解液系のリチウムイオン電池が知られている(例えば特許文献1参照)。   As a conventional lithium ion battery, for example, an electrolyte-based lithium ion battery composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolytic solution containing a lithium salt is known (see, for example, Patent Document 1).

また、従来のリチウムイオン電池の他の形態としては、正極、負極、及び、正極上にリン酸リチウムオキシナイトライドガラス電解質等をスパッタリングして形成した固体電解質等によって構成された全固体リチウムイオン電池が知られている(例えば特許文献2参照)。   Moreover, as another form of the conventional lithium ion battery, an all solid lithium ion battery constituted by a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte formed by sputtering lithium phosphate oxynitride glass electrolyte etc. on the positive electrode Are known (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、電解液系のリチウムイオン電池では、電解液が漏れないように封止する必要があるため、封止部材のための一定の厚さが必要となり、超薄膜とすることは難しい。また、電解液が漏れない形態とする必要があるため、フレキシブルな形態とすることは、安全性の観点から難しい。   However, in the electrolyte type lithium ion battery, since it is necessary to seal so that the electrolyte does not leak, a certain thickness for the sealing member is required, and it is difficult to form an ultra thin film. Moreover, since it is necessary to set it as the form which electrolyte solution does not leak, it is difficult from a viewpoint of safety | security to set it as a flexible form.

また、スパッタリングによって固体電解質を形成した全固体リチウムイオン電池では、スパッタリングを広範囲に行うことは技術的に困難であるため、大面積化は難しい。また、固体であるため、フレキシブルな形態とすることは難しく、用途が限られ、様々な使用形態に対応できない。   Further, in the all solid lithium ion battery in which the solid electrolyte is formed by sputtering, it is technically difficult to perform sputtering in a wide range, so it is difficult to increase the area. Moreover, since it is solid, it is difficult to make it flexible, and its application is limited, and it can not cope with various usage forms.

特許第4407205号公報Patent No. 4407205 gazette 特開2014−49205号公報JP, 2014-49205, A

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、超薄膜であり、大面積化可能であり、フレキシブルな形態で使用可能であり、かつ、安全性の高い電池用電極材料を提供することである。また、当該電池用電極材料を含む全固体リチウムイオン電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems and circumstances, and the problem to be solved is an ultra thin film, which can be enlarged in area, can be used in a flexible form, and has high safety. It is providing an electrode material. Another object of the present invention is to provide an all solid lithium ion battery including the battery electrode material.

本発明者は、上記課題を解決すべく行った検討過程において、少なくとも基材表面の一部が酸化されている導電性基材(集電体)上に、リチウムイオンの受け渡し可能な単分子膜層を形成し、その上に固体電解質と負極を作製することによって、薄くて大面積化が可能であるリチウムイオン電池ができることを見いだし本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
The inventor of the present invention has made a monomolecular film capable of delivering lithium ions on a conductive substrate (current collector) in which at least a part of the substrate surface has been oxidized in the process of studying to solve the above problems. By forming a layer and forming a solid electrolyte and a negative electrode thereon, it has been found that a lithium ion battery which can be made thin and large in area can be produced, and the present invention has been made.
That is, the above-mentioned subject concerning the present invention is solved by the following means.

1.少なくとも基材表面の一部が金属酸化物を含導電性基材の当該基材表面上に、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いて単分子膜が形成されていることを特徴とする電池用電極材料。
一般式(1) RS−L−R
(式中、Rは、水素原子、リチウム原子又はナトリウム原子を表す。また、Rを単結合として、二つの一般式(1)で表される構造を有する化合物の硫黄原子同士を、S−S結合(ジスルフィド結合)で連結した化合物としてもよい。Lは、チエニル基を含む連結基を表し、R は、ルボキシ基を表す。)
1. Some metal oxide on the substrate surface including the conductive substrate at least the surface of the substrate, is a monomolecular film formed by using a compound having a structure represented by the following general formula (1) An electrode material for a battery characterized by
General formula (1) R 1 S-L-R 2
(Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a lithium atom or a sodium atom. Moreover, the sulfur atoms of the compounds having the structures represented by two general formulas (1), where R 1 is a single bond, optionally a compound connected with -S bond (disulfide bond) .L is a thienyl group represents including linking group, R 2 represents a mosquito Rubokishi group.)

.前記単分子膜は、自己組織化単分子膜であることを特徴とする第1項に記載の電池用電極材料。 2 . The monolayer cell electrode material according to paragraph 1, which is a self-assembled monolayer.

.前記基材表面が、酸化アルミニウム(Al)又はインジウム・スズ酸化物(ITO)を含むことを特徴とする第1項又は第2項に記載の電池用電極材料。 3 . 3. The electrode material for a battery according to claim 1 or 2 , wherein the substrate surface contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or indium tin oxide (ITO).

.前記導電性基材における前記単分子膜が形成される前記基材表面の算術平均粗さRaが5nm以上であることを特徴とする第1項から第項までのいずれか一項に記載の電池用電極材料。 4 . The arithmetic mean roughness Ra of the substrate surface on which the monomolecular film is formed in the conductive substrate is 5 nm or more, according to any one of the items 1 to 3 , Battery electrode material.

.第1項から第項までのいずれか一項に記載の電池用電極材料を備えることを特徴とする全固体リチウムイオン電池。 5 . An all-solid lithium ion battery comprising the battery electrode material according to any one of items 1 to 4 .

本発明の上記手段により、超薄膜の基材表面に単分子膜層を形成させることで、超薄膜の電池用電極材料を提供することができる。また、本発明の電池用電極材料は、基材表面に単分子膜を形成すればよいため、超薄膜やフレキシブルな基材等のあらゆる形態の基材に対して作製することができ、大面積化可能であり、フレキシブルな形態で使用可能な構成にでき、かつ、安全性の高い電池用電極材料を提供することできる。
また、当該電池用電極材料を含む全固体リチウムイオン電池を提供することができる。
By forming the monomolecular film layer on the surface of the substrate of the ultrathin film by the above means of the present invention, it is possible to provide an electrode material for a battery of ultrathin film. In addition, since the battery electrode material of the present invention only needs to form a monomolecular film on the surface of the substrate, it can be produced on substrates of all forms such as ultra thin films and flexible substrates, and has a large area. It is possible to provide a highly safe battery electrode material that can be configured in a flexible form and can be used.
Moreover, the all-solid-state lithium ion battery containing the said electrode material for batteries can be provided.

本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
本発明の導電性基材(集電体)の表面上には、一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いて単分子膜が密に形成されている。ここで、当該単分子膜の表面に多数の硫黄原子(正極活物質)が露出しているため、当該単分子膜表面でリチウムイオンを効率的に受け渡し可能な構成となっており、電極材料としての機能を有するものと推察している。
The mechanism for expressing the effect of the present invention or the mechanism of action is not clear but is presumed as follows.
A monomolecular film is densely formed on the surface of the conductive substrate (current collector) of the present invention using a compound having a structure represented by the general formula (1). Here, since a large number of sulfur atoms (positive electrode active material) are exposed on the surface of the monomolecular film, lithium ions can be efficiently delivered on the surface of the monomolecular film, and as an electrode material Is presumed to have the function of

全固体リチウムイオン電池の概略構成図Schematic diagram of all solid lithium ion battery 単分子膜層の構造を説明する模式図A schematic diagram illustrating the structure of a monolayer

本発明の電池用電極材料は、少なくとも基材表面の一部が金属酸化物を含む導電性基材の当該基材表面上に、記一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いて単分子膜が形成されていることを特徴とする。この特徴は、下記各実施形態に共通する技術的特徴である。 Cell electrode materials of the present invention, at least a portion of the substrate surface on the substrate surface of the conductive substrate comprising a metal oxide, a compound having a structure represented by the before following general formula (1) It is characterized in that a monomolecular film is formed by using it. This feature is a technical feature common to the following embodiments.

本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記一般式(1)において、Lは、チエニル基を含む連結基を表し、Rは、カルボキシ基であることを要する。チエニル基は、導電性が高く、分子内でLiを保持することができることから、充放電の早さを向上させるとともに、放電容量を向上させることができる。カルボキシ基は、酸化された導電性基材部分との相互作用が大きいため、単分子膜の形成効率を向上させることができる。 As an embodiment of the present invention, from the viewpoint of exhibiting the effects of the present invention, in the general formula (1), L represents a linking group containing a thienyl group, and R 2 is required to be a carboxy group. Since the thienyl group has high conductivity and can retain Li in the molecule, it is possible to improve the speed of charge and discharge and to improve the discharge capacity. Since the carboxy group has a large interaction with the oxidized conductive substrate portion, the formation efficiency of the monomolecular film can be improved.

また、本発明において、前記基材表面は、酸化アルミニウム(Al)又はインジウム・スズ酸化物(ITO)を含むことが、単分子膜の形成効率の観点で好ましい。 Furthermore, in the present invention, the substrate surface preferably contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or indium tin oxide (ITO) from the viewpoint of the formation efficiency of a monomolecular film.

また、本発明において、前記単分子膜が、自己組織化単分子膜であることが好ましい。これにより、基材表面上に本発明の単分子膜を高密度に形成させ、より多くのリチウムイオンを受け渡しできるようになるため、放電容量を向上させることができる。   Further, in the present invention, the monomolecular film is preferably a self-assembled monomolecular film. As a result, the monomolecular film of the present invention can be formed at a high density on the surface of the base material, and more lithium ions can be delivered, so that the discharge capacity can be improved.

また、本発明において、前記単分子膜が形成される基材表面の算術平均粗さRaが5nm以上であることが好ましい。算術平均粗さRaが5nm以上となるように基材表面に微小な凹凸を形成させることによって、基材表面の表面積が大きくなるため、リチウムイオンの受け渡し可能な分子を基材表面に多数結合させることができ、放電容量を向上させることができる。また、基材表面に多数の微小な凹凸があるときは、アンカー効果により、基材表面と本発明の電池用電極材料との密着性を高めることができる点で好ましい。   Moreover, in the present invention, it is preferable that arithmetic mean roughness Ra of the base-material surface in which the said monomolecular film is formed is 5 nm or more. By forming fine irregularities on the surface of the substrate such that the arithmetic average roughness Ra is 5 nm or more, the surface area of the surface of the substrate becomes large, so many molecules to which lithium ions can be transferred are bonded to the surface of the substrate And the discharge capacity can be improved. Moreover, when there are many micro unevenness | corrugations on the base-material surface, it is preferable at the point which can improve the adhesiveness of the base-material surface and the electrode material for batteries of this invention by the anchor effect.

本発明の電池用電極材料は、全固体リチウムイオン電池に好適に具備され得る。これにより、超薄膜であり、大面積化可能であり、フレキシブルな形態で使用可能であり、かつ、安全性が高い全固体リチウムイオン電池を製造することができる。   The battery electrode material of the present invention can be suitably included in an all solid lithium ion battery. As a result, it is possible to manufacture an all-solid-state lithium ion battery which is an ultra-thin film, can be enlarged in area, can be used in a flexible form, and has high safety.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention, its components, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In the present application, “to” is used in the meaning including the numerical values described before and after that as the lower limit value and the upper limit value.

[電池用電極材料及び全固体リチウムイオン電池]
本発明の電池用電極材料は、少なくとも基材表面の一部が金属酸化物を含む正極集電体10の当該基材表面上に、前記一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いて単分子膜層20が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電池用電極材料は、全固体リチウムイオン電池1の正極として好適に使用することができる。例えば、当該電池用電極材料に、電解質層30、負極40及び負極集電体50等を順次積層することによって、全固体リチウムイオン電池1を構成することができる(図1)。
[Electrode material for battery and all solid lithium ion battery]
The battery electrode material of the present invention comprises a compound having a structure represented by the general formula (1) on the substrate surface of the positive electrode current collector 10 in which at least a part of the substrate surface contains a metal oxide. It is characterized in that a monomolecular film layer 20 is formed.
In addition, the battery electrode material of the present invention can be suitably used as a positive electrode of the all solid lithium ion battery 1. For example, the all solid lithium ion battery 1 can be configured by sequentially laminating the electrolyte layer 30, the negative electrode 40, the negative electrode current collector 50, and the like on the battery electrode material (FIG. 1).

(1)正極集電体10
正極集電体10は、導電性を有する導電性基材であり、例えば、Cu、Al、インジウム・スズ酸化物(ITO)又はガラス基材等を用いることができる。また、正極集電体10の表面上に、単分子膜層20を形成させるため、後述の一般式(1)におけるRSと相互作用が低く、Rと相互作用が大きい材料を用いることが好ましい。具体的には、例えば、正極集電体10の基材表面に、酸化アルミニウム(Al)又はインジウム・スズ酸化物(ITO)等の金属酸化物を含む構成とすることが好ましい。
(1) Positive electrode current collector 10
The positive electrode current collector 10 is a conductive base material having conductivity, and for example, Cu, Al, indium tin oxide (ITO), a glass base material, or the like can be used. In addition, in order to form the monomolecular film layer 20 on the surface of the positive electrode current collector 10, a material having a low interaction with R 1 S in General Formula (1) described later and a large interaction with R 2 is used. Is preferred. Specifically, for example, the substrate surface of the positive electrode current collector 10 preferably includes a metal oxide such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or indium tin oxide (ITO).

また、正極集電体10は、基材表面に酸素プラズマ処理又はUVオゾン処理等を施し、当該基材表面に、OH基等の反応性基が存在する状態としておくことが好ましい。   In addition, it is preferable that the positive electrode current collector 10 performs oxygen plasma treatment, UV ozone treatment, or the like on the surface of the substrate so that reactive groups such as OH groups exist on the surface of the substrate.

また、正極集電体10は、基材表面の粗化処理として、溶剤によるウェットエッチング処理や、プラズマエッチング、イオンエッチング等によるドライエッチング処理によって表面処理を行い、当該基材表面に微小な凹凸が形成された状態としておくことが好ましい。
具体的には、多数の単分子で単分子膜を形成させる観点から、当該基材表面の算術平均粗さRaが5nm以上となるように表面処理を行っておくことが好ましい。基材表面に多数の微小な凹凸を形成させることにより、基材表面の表面積が大きくなるため、リチウムイオンの受け渡し可能な分子を基材表面に多数結合させることができ、放電容量を向上させることができる。また、基材表面に多数の微小な凹凸があるときは、アンカー効果により、基材表面と本発明の電池用電極材料との密着性を高めることができる点で好ましく、正極活物質の利用率の向上によって、放電容量を向上させることができる。
ここで、算術平均粗さRaは、原子間力顕微鏡(AFM)による測定から、表面粗さ規格(JIS B 0601−2001)に従って求めた値である。
In addition, the positive electrode current collector 10 is subjected to surface treatment by wet etching with a solvent, dry etching by plasma etching, ion etching or the like as a roughening treatment of the substrate surface, and minute unevenness is formed on the substrate surface. It is preferable to keep it in the formed state.
Specifically, from the viewpoint of forming a monomolecular film with a large number of single molecules, it is preferable to carry out surface treatment so that the arithmetic mean roughness Ra of the substrate surface is 5 nm or more. By forming a large number of minute irregularities on the surface of the substrate, the surface area of the surface of the substrate is increased, so that a large number of transferable molecules of lithium ions can be bonded to the surface of the substrate, and the discharge capacity is improved. Can. Moreover, when there are many fine unevenness on the substrate surface, it is preferable in that the adhesion between the substrate surface and the battery electrode material of the present invention can be enhanced by the anchor effect, and the utilization factor of the positive electrode active material Discharge capacity can be improved.
Here, the arithmetic average roughness Ra is a value determined according to a surface roughness standard (JIS B 0601-2001) from measurement by an atomic force microscope (AFM).

(2)単分子膜層20
単分子膜層20は、正極集電体10の基材表面上に、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物を多数結合させて形成した層であることを特徴とし、自己組織化単分子膜(SAM)によって形成されていることが好ましい。
一般式(1) RS−L−R
(2) Monolayer 20
The monomolecular film layer 20 is a layer formed by bonding a large number of compounds having a structure represented by the following general formula (1) on the substrate surface of the positive electrode current collector 10, It is preferable that it is formed of an organic monolayer (SAM).
General formula (1) R 1 S-L-R 2

一般式(1)で表される構造を有する化合物は、Rによって、正極集電体10の基材表面に存在するOH基等の反応性基と相互に作用して、物理的作用(例えばファン・デル・ワールス相互作用)又は反応して化学結合(例えば共有結合)によって当該基材表面に吸着ないし結合して、当該基材表面上に単分子膜層20を形成している(図2参照)。また、一般式(1)で表される構造を有する化合物は、スペーサとなるL(例えば直鎖状の炭素鎖)を介して、当該基材表面上にSR(例えばSLi)を露出するようにして、単分子膜層20を形成している。ここで、SRの硫黄原子は、当該基材表面上でリチウムイオンを捕捉できるため、当該硫黄原子が正極活物質としての役割を果たす。 The compound having a structure represented by the general formula (1) interacts with a reactive group such as an OH group present on the substrate surface of the positive electrode current collector 10 by R 2 to have a physical action (for example, The van der Waals interaction) or reaction is adsorbed or bound to the surface of the substrate by chemical bonding (for example, covalent bonding) to form the monolayer layer 20 on the surface of the substrate (FIG. 2) reference). In addition, a compound having a structure represented by the general formula (1) can expose SR 1 (for example, SLi) on the surface of the base material through L (for example, a linear carbon chain) serving as a spacer. To form a monomolecular film layer 20. Here, since the sulfur atom of SR 1 can capture lithium ions on the surface of the base material, the sulfur atom plays a role as a positive electrode active material.

一般式(1)において、Rは、水素原子、リチウム原子又はナトリウム原子を表す。また、Rを単結合として、二つの一般式(1)で表される構造を有する化合物の硫黄原子同士を、S−S結合(ジスルフィド結合)で連結した化合物としてもよい。 In the general formula (1), R 1 represents a hydrogen atom, a lithium atom or a sodium atom. Further, a single bond and R 1, the sulfur atom together of a compound having a structure represented by the two general formulas (1) may be a compound connected with S-S bond (disulfide bond).

Lはチエニル基を含む連結基を表す L represents a linking group containing a thienyl group .

ここで、Lは、π共役がつながっている化合物等、導電性能を有する連結基であることが好ましい。Lを、導電性能を有する連結基とすることによって、正極活物質(硫黄原子)と正極集電体10との間の電子の受け渡しやすさを向上させ、内部抵抗値を下げて充放電の早さを向上させることができる。
導電性を有する連結基としては、本発明の効果から単分子膜層を形成し得る化合物であれば適宜選択可能であるが、放電容量を向上させる観点から、Liを保持できる、例えば硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を含む連結基であることが好ましい。また導電性を付与する観点から、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、シクロペンタジエン、シラシクロペンタジエンなどの複素5員環、及びこれらの縮合環を含むユニット等を含むことが好ましい。具体的には、チオフェン、チエノチオフェン、ビチオフェン、フルオレン、シラフルオレン、カルバゾール、ジチエノシクロペンタジエン、ジチエノシラシクロペンタジエン、ジチエノピロール、ベンゾジチオフェンなどを挙げることができる。この中で、より導電性が高いことからチオフェン環は特に好ましい。
また、連結基に導電性を有していない化合物を利用するときは、電子の受け渡しやすさの観点から、連結基の鎖長を短くし、基材表面上のSRの硫黄原子と正極集電体10との距離を可能な限り縮めることが好ましい。
Here, L is preferably a linking group having conductive performance, such as a compound in which π conjugation is linked. By setting L as a connecting group having a conductive performance, the ease of electron transfer between the positive electrode active material (sulfur atom) and the positive electrode current collector 10 is improved, and the internal resistance value is lowered to accelerate charge and discharge. Can be improved.
As the linking group having conductivity, a compound capable of forming a monomolecular film layer can be appropriately selected from the effects of the present invention, but from the viewpoint of improving discharge capacity, Li can be retained, for example, a sulfur atom, It is preferable that it is a linking group containing an oxygen atom or a nitrogen atom. Further, from the viewpoint of imparting conductivity, it is preferable to contain, for example, a hetero five-membered ring such as a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, cyclopentadiene, and silacyclopentadiene, and a unit containing a condensed ring thereof. Specifically, thiophene, thienothiophene, bithiophene, fluorene, silafluorene, carbazole, dithienocyclopentadiene, dithienosilacyclopentadiene, dithienopyrrole, benzodithiophene and the like can be mentioned. Among these, thiophene rings are particularly preferable because they are more conductive.
In addition, when using a compound having no conductivity as a linking group, the chain length of the linking group is shortened from the viewpoint of electron transferability, and the sulfur atom of SR 1 on the substrate surface and the positive electrode are collected. It is preferable to reduce the distance to the current collector 10 as much as possible.

、カルボキシ基を表す。 R 2 represents a mosquito Rubokishi group.

以下に、一般式(1)で表される構造を有する化合物の具体例を示すが、本発明では、下記に示す例示化合物(1)を用いる。式中のnは適宜選択可能であるが、好ましくは1〜7である。なお、下記に示す例示化合物(1)以外の例示化合物は、参考例とする。 Hereinafter, specific examples of the compound having the structure represented by the general formula (1), the present invention, exemplary compounds shown below: (1) is used. Although n in a formula can be selected suitably, Preferably it is 1-7. In addition, Exemplified compounds other than Exemplified compound (1) shown below make a reference example.

Figure 0006540130
Figure 0006540130

Figure 0006540130
Figure 0006540130

Figure 0006540130
Figure 0006540130

(2.1)化合物(1)の合成例
本発明に係る有機化合物は、従来公知の合成方法に準じて、容易に合成することができる。一例として、例示化合物(1)のn=4の化合物(化合物(1)ともいう。)の合成方法を示す。
(2.1) Synthesis Example of Compound (1) The organic compound according to the present invention can be easily synthesized according to a conventionally known synthesis method. As an example, a method of synthesizing n = 4 compounds of the exemplified compound (1) (also referred to as compound (1)) is shown.

Figure 0006540130
Figure 0006540130

(2.1.1)中間体1の合成
100mlナスフラスコに、原料1である2,2′:5′,2″:5″,2″′−クアテルチオフェン(3.0g、9.1mmol)、POCl(2.0g、14mmol)を含むDMF(50ml)溶液を、100℃で5時間加熱撹拌した。
その後、溶液を分液ロートに移して抽出を行った。飽和食塩水を加えて有機相と水相に分離した後、有機相を取り出し、減圧留去した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、中間体1の白色固体(2.6g、収率80%)を得た。
(2.1.1) Synthesis of Intermediate 1 In a 100 ml recovery flask, Raw material 1, 2, 2 ': 5', 2 ": 5", 2 "'-quaterthiophene (3.0 g, 9.1 mmol) A solution of POCl 3 (2.0 g, 14 mmol) in DMF (50 ml) was heated and stirred at 100 ° C. for 5 hours.
Thereafter, the solution was transferred to a separatory funnel for extraction. After addition of saturated brine and separation into an organic phase and an aqueous phase, the organic phase was taken out and evaporated under reduced pressure. The obtained solid was purified by silica gel column chromatography to obtain a white solid of Intermediate 1 (2.6 g, yield 80%).

(2.1.2)中間体2の合成
50mlナスフラスコに、中間体1(2.6g、7.3mmol)、KCrO(4.2g、22mol)を含むDMF(30ml)溶液を、100℃で10時間加熱撹拌した。
その後、溶液を分液ロートに移して抽出を行った。飽和食塩水を加えて有機相と水相に分離した後、有機相を取り出し、減圧留去して中間体2の白色固体(2.5g、収率92%)を得た。
(2.1.2) Synthesis of Intermediate 2 In a 50 ml recovery flask, a solution of Intermediate 1 (2.6 g, 7.3 mmol) and K 2 CrO 4 (4.2 g, 22 mol) in DMF (30 ml) It heat-stirred at 100 degreeC for 10 hours.
Thereafter, the solution was transferred to a separatory funnel for extraction. After addition of saturated brine and separation into an organic phase and an aqueous phase, the organic phase was taken out and evaporated under reduced pressure to obtain a white solid (2.5 g, yield 92%) of Intermediate 2.

(2.1.3)中間体3の合成
50mlナスフラスコに、中間体2(2.5g、6.7mmol)、NBS(1.8g、10mol)を含むDMF(30ml)溶液を、100℃で5時間加熱撹拌した。
その後、溶液を分液ロートに移して抽出を行った。飽和食塩水を加えて有機相と水相に分離した後、有機相を取り出し、減圧留去した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、中間体3の黄色固体(3.0g、収率66%)を得た。
(2.1.3) Synthesis of Intermediate 3 In a 50 ml recovery flask, a solution of Intermediate 2 (2.5 g, 6.7 mmol), NBS (1.8 g, 10 mol) in DMF (30 ml) at 100 ° C. The mixture was heated and stirred for 5 hours.
Thereafter, the solution was transferred to a separatory funnel for extraction. After addition of saturated brine and separation into an organic phase and an aqueous phase, the organic phase was taken out and evaporated under reduced pressure. The obtained solid was purified by silica gel column chromatography to obtain a yellow solid of intermediate 3 (3.0 g, yield 66%).

(2.1.4)化合物(1)の合成
50mlナスフラスコに、中間体3(3.0g、6.6mmol)、NaSH(0.45g、8.0mol)を含むDMF(30ml)溶液を、25℃で12時間加熱撹拌した。
その後、溶液を分液ロートに移して抽出を行った。飽和食塩水を加えて有機相と水相に分離した後、有機相を取り出し、減圧留去し、化合物(1)の白色固体(1.1g、収率42%)を得た。
(2.1.4) Synthesis of Compound (1) In a 50 ml recovery flask, a solution of Intermediate 3 (3.0 g, 6.6 mmol), NaSH (0.45 g, 8.0 mol) in DMF (30 ml), The mixture was heated and stirred at 25 ° C. for 12 hours.
Thereafter, the solution was transferred to a separatory funnel for extraction. Saturated brine was added to separate into an organic phase and an aqueous phase, and then the organic phase was taken out and evaporated under reduced pressure to obtain a white solid (1.1 g, 42% yield) of compound (1).

(2.2)単分子膜層20の形成方法
単分子膜層20の形成方法は、基材表面上に一般式(1)で表される化合物を多数結合できる方法であれば特に制限されず、公知の方法によって基材上に形成させることができる。また、基材表上に単分子膜を高密度に形成させ、より多くのリチウムイオンを受け渡しできるようにする観点から、自己組織化単分子膜(SAM)によって単分子膜層20を形成することが好ましい。例えば、Zr tetra n−butoxide溶液(ZTB、80%1−ブタノール溶液)やTi tetra n−butoxide溶液(TTB、80%1−ブタノール溶液)に基板を浸漬させ、これらの単分子膜を形成後に金属アルコキシドで処理し所望の化合物を溶液に浸漬させることで、単分子膜を形成することができる。また、基板上にSiH−(OH)を形成し、例えばPhenylacetylen(PA)を有する化合物と反応させることで単分子膜を形成してもよい。
(2.2) Method of Forming Monolayer Layer 20 The method of forming the monolayer layer 20 is not particularly limited as long as it is a method by which a large number of compounds represented by General Formula (1) can be bonded onto the substrate surface. It can be formed on a substrate by a known method. In addition, from the viewpoint of forming a monomolecular film at a high density on the surface of the substrate and enabling more lithium ions to be delivered, forming the monomolecular film layer 20 with a self-assembled monolayer (SAM) Is preferred. For example, the substrate is immersed in Zr tetra n-butoxide solution (ZTB, 80% 1-butanol solution) or Ti tetra n-butoxide solution (TTB, 80% 1-butanol solution) to form a monomolecular film of these metals, and then the metal is formed. A monomolecular film can be formed by treatment with an alkoxide and immersing the desired compound in a solution. Alternatively, a monomolecular film may be formed by forming SiH- (OH) 3 on a substrate and reacting with a compound having, for example, Phenylacetylene (PA).

(3)電解質層30
電解質層30は、特に制限されず、例えばゲル状又は固体状の形態のいわゆるゲル電解質層又は固体電解質層によって構成されている。
ゲル状又は固体状の形態としては、例えば、高分子物質、又は有機物と無機物の有機−無機複合物質に、リチウム塩又はリチウム塩を溶解した溶媒を含ませて形成したゲル状若しくは固体状の形態が挙げられる。また、他のゲル状又は固体状の形態としては、重合性モノマー、重合開始剤及びリチウム塩を含有する混合物を重合して形成したゲル状若しくは固体状の形態等が挙げられる。
(3) Electrolyte layer 30
The electrolyte layer 30 is not particularly limited, and is formed of, for example, a so-called gel electrolyte layer or a solid electrolyte layer in the form of gel or solid.
As a gel or solid form, for example, a gel or solid form formed by incorporating a lithium salt or a solvent in which a lithium salt is dissolved in a polymer substance or an organic-inorganic composite substance of organic and inorganic substances. Can be mentioned. Moreover, as another gel-like or solid-like form, the gel-like or solid-like form etc. which were formed by polymerizing the mixture containing a polymerizable monomer, a polymerization initiator, and a lithium salt, etc. are mentioned.

上記高分子物質としては、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、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリロニトリル系重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。   Examples of the polymer substance include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-monofluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer. Polymers, vinylidene fluoride polymers such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene terpolymer, acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer, acrylonitrile- Methyl acrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl methacrylate copolymer, acrylonitrile-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-methacrylic acid copolymer, acrylonitrile-acrylic acid copolymer, acrylonitrile Lil - acrylonitrile polymers such as vinyl acetate copolymer, further polyethylene oxide, ethylene oxide - propylene oxide copolymers, and polymers of these acrylates body or methacrylate body thereof.

上記有機−無機複合物質としては、有機物と無機物が物理的に混合、又は、化学的に結合により形成されている物質であり、無機物としては無機酸化物微粒子が好ましい。   The organic-inorganic composite material is a material in which an organic substance and an inorganic substance are physically mixed or chemically formed, and the inorganic substance is preferably an inorganic oxide fine particle.

無機物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化鉛、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、クレー、酸化スズ、酸化タングステン、リン酸アルミニウム、などが挙げられる。   As inorganic substances, silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, indium oxide, lead oxide, scandium oxide, oxide Yttrium, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, iron oxide, zirconium oxide, And clay, tin oxide, tungsten oxide, aluminum phosphate and the like.

有機物としては、上記高分子物質の他に、上記無機酸化物微粒子の表面を化学結合により修飾することのできるアルコキシシリル基、アルコキシチタネート基、アルコキシアルミネート基、アルコキシジルコネート基を有するポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体が挙げられる。   As the organic substance, polyethylene oxide having an alkoxysilyl group, an alkoxytitanate group, an alkoxyaluminate group, an alkoxyzirconate group which can modify the surface of the inorganic oxide fine particles by a chemical bond in addition to the above-mentioned polymer substance Ethylene oxide-propylene oxide copolymer is mentioned.

上記重合性モノマーとしては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル基などの不飽和二重結合を有するモノマーが挙げられる。当該モノマーの具体例としては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルアクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレート、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリアルキレングリコールジアクリレート、ポリアルキレングリコールジメタクリレートの他、トリメチロールプロパンアルコキシレートトリアクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシレートトリアクリレート等の3官能モノマー、ペンタエリスリトールアルコキシレートテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンアルコキシレートテトラアクリレート等の4官能以上のモノマーが挙げられる。   As said polymeric monomer, the monomer which has unsaturated double bonds, such as an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group, an allyl group, is mentioned, for example. Specific examples of the monomer include acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, Polyethylene glycol monomethacrylate, N, N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate , Polyethylene glycol Diac relay Other than diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyalkylene glycol diacrylate and polyalkylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane alkoxylate triacrylate and pentaerythritol alkoxylate triacrylate And trifunctional or higher functional monomers such as pentaerythritol alkoxylate tetraacrylate and ditrimethylolpropane alkoxylate tetraacrylate.

上記ゲル状の形態又は固体状の形態を有する電解質組成物としては、加熱で流動化し、常温で非流動化する熱可逆性、又は、常温であっても、せん断力で流動化し、静置で非流動化するチキソトロピー性を有するものであることが好ましい。   As the electrolyte composition having the above-mentioned gel form or solid form, it is thermoreversible to be fluidized by heating and non-fluidized at normal temperature, or fluidized by shear force even at normal temperature, and to stand still It is preferable to have thixotropy to defluidize.

重合性モノマーを用いたゲル状又は固体状の形態とする非流動化は、熱、紫外線、電子線などによって上記のモノマーを重合させることより行われる。   The non-fluidization to a gel or solid form using a polymerizable monomer is carried out by polymerizing the above-mentioned monomers by heat, ultraviolet light, electron beam or the like.

この場合、効果的に重合を進行させるために重合開始剤を使用することが好ましい。
重合開始剤としては、ベンゾイン、ベンジル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ビアセチル、ベンゾイルパーオキザイドの他、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、α−クミルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−アミルパーオキシネオデカノエート等のパーオキシネオデカノエート類、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、α−クミルパーオキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシネオヘプタノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオヘプタノエート、t−アミルパーオキシヘプタノエート等のパーオキシネオヘプタノエート類が挙げられる。
In this case, it is preferable to use a polymerization initiator in order to effectively advance the polymerization.
As a polymerization initiator, in addition to benzoin, benzyl, acetophenone, benzophenone, Michler's ketone, biacetyl, benzoyl peroxide, t-butyl peroxy neodecanoate, α-cumyl peroxy neo decanoate, t-hexyl peroxy Peroxy neodecanoates such as neodecanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethyl peroxy neodecanoate, t-amyl peroxy neodecanoate, etc., t-butyl peroxy neoheptanoate, α Peroxy neoheptanoates such as cumylperoxy neoheptanoate, t-hexylperoxy neoheptanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxy neoheptanoate, t-amyl peroxyheptanoate and the like And the like.

重合性モノマーとしては、上記の他、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド等の重縮合によって生成される高分子、ポリウレタン、ポリウレア等の重付加によって生成される高分子を生成するモノマーを使用することもできる。   As the polymerizable monomer, in addition to the above, it is also possible to use a polymer which is produced by polycondensation of polyester, polyamide, polycarbonate, polyimide etc., a monomer which produces a polymer produced by polyaddition such as polyurethane, polyurea etc. it can.

(4)負極40
負極40は、特に限定されず、全固体リチウムイオン電池に通常使用される負極をいずれも使用できる。
負極40は負極活物質のみでもよいが、結着材、導電材及び電解質等と混合されていてもよい。負極40としてSnやSi等のLi合金等を用いると、導電性の問題がなくなるため、より高容量となる。また、負極40としてInを用いることも可能である。さらに、負極40には、電解質層30を一部含んでもよい。
負極40として、液体系リチウムイオン電池で使用されるカーボン系負極材料も用いることができる。ただし、これらはリチウムイオンを有しないためプレドープが必要となる。
(4) Negative electrode 40
The negative electrode 40 is not particularly limited, and any negative electrode generally used in all solid lithium ion batteries can be used.
The negative electrode 40 may be only a negative electrode active material, but may be mixed with a binder, a conductive material, an electrolyte, and the like. When a lithium alloy such as Sn or Si is used as the negative electrode 40, the problem of conductivity is eliminated, and the capacity is further increased. It is also possible to use In as the negative electrode 40. Furthermore, the negative electrode 40 may partially include the electrolyte layer 30.
As the negative electrode 40, a carbon-based negative electrode material used in a liquid lithium ion battery can also be used. However, since these have no lithium ion, pre-doping is required.

(5)負極集電体50
負極集電体50は金属的な導電性能を有すれば特に限られることはないが、Al、Ag又はCu等を用いることができ、負極40との接着性能によって決定される。
負極集電体50としては、Cu、Ni、Ti又はステンレス鋼が好ましく、Cu又はCu合金がより好ましい。
(5) Negative electrode current collector 50
The negative electrode current collector 50 is not particularly limited as long as it has metallic conductive performance, but Al, Ag, Cu, etc. can be used, and it is determined by the adhesive performance with the negative electrode 40.
As the negative electrode current collector 50, Cu, Ni, Ti or stainless steel is preferable, and Cu or a Cu alloy is more preferable.

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらによりなんら制限されるものではない。なお、実施例1及び2は、参考例とする。 Examples of the present invention will be specifically described below. However, the present invention is not limited by these. Examples 1 and 2 are used as reference examples.

[全固体リチウムイオン電池のサンプルの製造]
(1)実施例1
(1.1)正極の作製及び負極の準備
正極集電体として、表面に自然酸化によるアルミニウム酸化物層が5.0nmの厚さで形成されているアルミニウムマイラーフィルム(算術平均粗さRaが2.7nm)を準備した。このアルミニウムマイラーフィルムを、テトラ−n−ブトキシジルコニウム(80%1−ブタノール溶液)に30分浸漬した。その後、2,2′−ジチオジ安息香酸の1%メタノール溶液に60度で1時間浸漬した後、溶液から引き上げ、メタノールで十分洗浄した。次に、100℃のオーブン中で1時間加熱し、室温に冷却した後、再度同一の処理を行って、表面上に自己組織化単分子膜が形成されたアルミニウムマイラーフィルムを得た。
ここで、エリプソメーターを用いた測定によって、上記アルミニウムマイラーフィルムに、厚さ1.0nmの超薄膜が形成されていることを確認した。また、ESCA分析から、当該超薄膜は、2,2′−ジチオジ安息香酸によって形成された単分子膜であることを確認した。
負極としては、インジウム(In)箔を準備した。
[Production of all solid lithium ion battery sample]
(1) Example 1
(1.1) Preparation of Positive Electrode and Preparation of Negative Electrode An aluminum Mylar film (having an arithmetic average roughness Ra of 2) in which an aluminum oxide layer by natural oxidation is formed with a thickness of 5.0 nm as a positive electrode current collector. .7 nm) were prepared. The aluminum mylar film was immersed in tetra-n-butoxyzirconium (80% 1-butanol solution) for 30 minutes. Then, it was immersed in a 1% methanol solution of 2,2'-dithiodibenzoic acid at 60 ° C. for 1 hour, pulled out of the solution, and thoroughly washed with methanol. Next, the film was heated in an oven at 100 ° C. for 1 hour, cooled to room temperature, and then subjected to the same treatment again to obtain an aluminum mylar film in which a self-assembled monolayer was formed on the surface.
Here, it was confirmed by the measurement using an ellipsometer that an ultra-thin film having a thickness of 1.0 nm was formed on the above-mentioned aluminum mylar film. In addition, ESCA analysis confirmed that the ultrathin film was a monomolecular film formed of 2,2'-dithiodibenzoic acid.
Indium (In) foil was prepared as a negative electrode.

(1.2)電解質(硫化物固体電解質)の調製
LiS(出光興産社製:純度99.9%以上)及びP(アルドリッチ社製純度99%)を、75:25のモル比で遊星型ボールミルに投入し、乾式メカニカルミリング処理を行った。
遊星型ボールミルは、Fritsch社製Pulverisette P−7を使用した。ポット及びボールは酸化ジルコニウム製であり、45mlのポット内に直径4mmのボールが500個入っているミルを使用した。
乾式メカニカルミリング処理は、500rpmの回転速度、室温、乾燥窒素グローブボックス内で8時間行った。
(1.2) Preparation of Electrolyte (Sulphide Solid Electrolyte) Li 2 S (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd .: purity 99.9% or more) and P 2 S 5 (purity 99% made by Aldrich) in a molar ratio of 75:25 It was put into a planetary ball mill at a ratio, and dry mechanical milling was performed.
The planetary ball mill used Pulverisette P-7 manufactured by Fritsch. The pot and balls were made of zirconium oxide, and a mill was used in which 500 balls of 4 mm in diameter were contained in a 45 ml pot.
Dry mechanical milling was carried out at a rotational speed of 500 rpm, at room temperature, in a dry nitrogen glove box for 8 hours.

(1.3)全固体リチウムイオン電池の製造
正極、電解質及び負極を順次積層し、プレス機にて70MPa/cmの圧力をかけた。その後、これら積層体をアルミ箔にて封止して全固体リチウムイオン電池を製造した。
(1.3) Production of All Solid Lithium Ion Battery The positive electrode, the electrolyte and the negative electrode were sequentially stacked, and a pressure of 70 MPa / cm 2 was applied by a press. Thereafter, these laminates were sealed with aluminum foil to manufacture an all solid lithium ion battery.

(2)実施例2
実施例1のアルミニウムマイラーフィルムの表面を、5%NaOHによって表面処理を行い、算術平均粗さRaを5.2nmとした。それ以外は、実施例1と同様の製造方法によって全固体リチウムイオン電池を製造した。
(2) Example 2
The surface of the aluminum mylar film of Example 1 was surface-treated with 5% NaOH, and the arithmetic average roughness Ra was 5.2 nm. An all solid lithium ion battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above.

(3)実施例3
実施例1の化合物(2,2′−ジチオジ安息香酸)を、例示化合物(1)のn=4の化合物に変更した以外は、実施例1と同様の製造方法によって、全固体リチウムイオン電池を製造した。
(3) Example 3
An all solid lithium ion battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the compound of Example 1 (2,2'-dithiodibenzoic acid) was changed to the compound of n = 4 in Example Compound (1). Manufactured.

(4)比較例1
正極の電極材料としては、LiS(出光興産社製:純度99.9%以上)を用いた。導電性補助剤としてケッチェンブラック(ライオン社製 EC300J)をLiSと9対1の混合比で混ぜた上で水に分散させてスラリー状にした。正極集電体としてのアルミニウム箔にスラリーを塗布・乾燥させて厚さ50μmの正極を作製した。
上記以外は、実施例1と同様の製造方法によって、全固体リチウムイオン電池製造した。
(4) Comparative Example 1
Li 2 S (manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd .: purity of at least 99.9%) was used as the electrode material of the positive electrode. Ketjen black (EC 300J manufactured by Lion Corporation) was mixed with Li 2 S at a mixing ratio of 9 to 1 as a conductive additive, and then dispersed in water to form a slurry. The slurry was applied to an aluminum foil as a positive electrode current collector and dried to prepare a 50 μm thick positive electrode.
An all solid lithium ion battery was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 except for the above.

[サンプルの評価]
上記で得られた全固体リチウムイオン電池の各サンプルについて、条件1(電流密度0.3mA/cm)及び条件2(電流密度30mA/cm)で充放電測定を行い、それぞれ放電容量を測定した。
また、条件1及び条件2の電流密度における放電容量(mAh/g)について、電流密度の違いによる容量比率を評価した。ここで、表中の放電容量比率(%)は以下の式を用いて計算した。
放電容量比率(%)=(条件2の放電容量)÷(条件1の放電容量)×100
[Evaluation of sample]
For each sample of the all-solid-state lithium ion battery obtained above, the condition 1 were charged and discharged measured in (current density 0.3 mA / cm 2) and condition 2 (current density of 30 mA / cm 2), measured respectively discharge capacity did.
Moreover, about the discharge capacity (mAh / g) in the current density of conditions 1 and 2, the capacity ratio by the difference in current density was evaluated. Here, the discharge capacity ratio (%) in the table was calculated using the following equation.
Discharge capacity ratio (%) = (discharge capacity of condition 2) ÷ (discharge capacity of condition 1) × 100

Figure 0006540130
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より、本発明の全固体リチウムイオン電池(実施例3)は、使用するに際し十分な放電容量を有しており、超薄膜のリチウム二次電池が稼働していることが分かった。また、実施例1及び実施例2(参考例)では、特に放電容量が大きくなった。これは、リチウムイオンの受け渡し可能な分子を、基材表面に多数結合させることができたためであると考えられる。 From Table 1 , it was found that the all-solid-state lithium ion battery ( Example 3 ) of the present invention had a sufficient discharge capacity for use, and the ultrathin lithium secondary battery was in operation. Moreover, in Example 1 and Example 2 (reference example) , especially discharge capacity became large. It is considered that this is because a large number of lithium ion transferable molecules could be bound to the substrate surface.

また、電流密度を変更した場合であっても放電容量の低下が起こり難いことが分かった。放電容量の低下が起こり難い理由は、正極集電体上に形成された単分子膜の層厚及び単分子形成に使用した電極材料が均一であるため、正極活物質と可逆反応しやすい状態で、正極活物質の利用率が高かったためであると考えられる。
一方で、比較例1においては正極の厚さが通常より薄く、正極活物質がリチウムイオンを付加脱離させる領域が乏しいため、正極活物質の利用率が低いと考えられる。また、放電容量が増えるにつれて不可逆の反応の範囲が多くなり、正極活物質の利用率が低下したものと考えられる。
In addition, it was found that even when the current density was changed, a decrease in discharge capacity hardly occurred. The reason why the decrease in discharge capacity hardly occurs is that the layer thickness of the monomolecular film formed on the positive electrode current collector and the electrode material used for forming a single molecule are uniform, so that they easily reversibly react with the positive electrode active material. It is considered that the utilization rate of the positive electrode active material is high.
On the other hand, in Comparative Example 1, since the thickness of the positive electrode is thinner than usual and the region where the positive electrode active material adds and desorbs lithium ions is scarce, it is considered that the utilization of the positive electrode active material is low. Moreover, as the discharge capacity increases, the range of the irreversible reaction increases, and it is considered that the utilization of the positive electrode active material decreases.

また、正極集電体の表面を粗くした全固体リチウムイオン電池(実施例2)は、さらに放電容量の低下が起こり難いことが分かった。これは、アンカー効果により、基材表面に対して正極材料がより高密着及び高密度になったため、放電容量の向上及び正極活物質の利用率の安定化につながったためであると考えられる。   In addition, it was found that the all-solid-state lithium ion battery in which the surface of the positive electrode current collector was roughened (Example 2) was less likely to cause a decrease in discharge capacity. It is considered that this is because the positive electrode material has higher adhesion and higher density to the substrate surface due to the anchor effect, which leads to the improvement of the discharge capacity and the stabilization of the utilization of the positive electrode active material.

また、例示化合物(1)のn=4の化合物を用いて単分子膜層を形成した全固体リチウムイオン電池(実施例3)は、さらに放電容量の低下が起こり難いことが分かった。これは、薄膜を形成している化合物の導電性が高く、正極活物質の利用率がさらに向上したためと考えられる。   In addition, it was found that the all-solid-state lithium ion battery (Example 3) in which the monomolecular film layer was formed using the compound of n = 4 of the exemplified compound (1) was less likely to cause a decrease in discharge capacity. This is considered to be because the conductivity of the compound forming the thin film is high, and the utilization of the positive electrode active material is further improved.

また、以上で説明したような本発明の電池用電極材料を用いれば、正極材として集電体上に正極活物質材を直接形成できるため、大面積化可能である。
また、本発明の電池用電極材料を用いれば、無機の正極材と違い結晶構造を有しておらず靱性がないため、折り曲げることを想定したフレキシブルな形態でも利用可能である。
また、本発明の電池用電極材料を用いれば、化合物として安定であり、高温状態でも自己発火しないため、安全性が高い。
In addition, if the battery electrode material of the present invention as described above is used, the positive electrode active material can be directly formed on the current collector as the positive electrode material, so that the area can be increased.
In addition, when the battery electrode material of the present invention is used, it has no crystal structure and does not have toughness unlike the inorganic positive electrode material, so that it can be used in a flexible form assuming bending.
In addition, when the battery electrode material of the present invention is used, the compound is stable, and does not self-ignite even in a high temperature state, so that the safety is high.

1 全固体リチウムイオン電池
10 正極集電体
20 単分子膜層
30 電解質層
40 負極
50 負極集電体
1 all solid lithium ion battery 10 positive electrode current collector 20 monolayer film layer 30 electrolyte layer 40 negative electrode 50 negative electrode current collector

Claims (5)

少なくとも基材表面の一部が金属酸化物を含む導電性基材の当該基材表面上に、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いて単分子膜が形成されていることを特徴とする電池用電極材料。
一般式(1) RS−L−R
(式中、Rは、水素原子、リチウム原子又はナトリウム原子を表す。また、Rを単結合として、二つの一般式(1)で表される構造を有する化合物の硫黄原子同士を、S−S結合(ジスルフィド結合)で連結した化合物としてもよい。Lは、チエニル基を含む連結基を表し、R は、ルボキシ基を表す。)
A monomolecular film is formed using a compound having a structure represented by the following general formula (1) on a conductive base material surface of a conductive base material at least a part of which is a metal oxide. An electrode material for a battery characterized by
General formula (1) R 1 S-L-R 2
(Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a lithium atom or a sodium atom. Moreover, the sulfur atoms of the compounds having the structures represented by two general formulas (1), where R 1 is a single bond, optionally a compound connected with -S bond (disulfide bond) .L is a thienyl group represents including linking group, R 2 represents a mosquito Rubokishi group.)
前記単分子膜は、自己組織化単分子膜であることを特徴とする請求項1に記載の電池用電極材料。 The battery electrode material according to claim 1, wherein the monolayer is a self-assembled monolayer. 前記基材表面が、酸化アルミニウム(Al)又はインジウム・スズ酸化物(ITO)を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池用電極材料。 Wherein the substrate surface is aluminum oxide (Al 2 O 3) or indium-tin oxide cell electrode material according to claim 1 or claim 2, characterized in that it comprises (ITO). 前記導電性基材における前記単分子膜が形成される前記基材表面の算術平均粗さRaが5nm以上であることを特徴とする請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電池用電極材料。 The arithmetic mean roughness Ra of the said base-material surface in which the said monomolecular film in the said electroconductive base material is formed is 5 nm or more, The claim is any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Battery electrode material. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電池用電極材料を備えることを特徴とする全固体リチウムイオン電池。 An all solid lithium ion battery comprising the battery electrode material according to any one of claims 1 to 4 .
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