蓄電裝置用電極活性物質、蓄電裝置以及電子設備和運輸設備制造方法及圖紙

本發明專利技術的蓄電裝置用電極活性物質包含酮化合物，所述酮化合物在分子內包含５元或７元環結構、并且在形成上述環結構的原子中連續存在的至少３個原子與酮基結合。本發明專利技術的蓄電裝置用電極活性物質的重量能量密度高、氧化還原反應的可逆性優異。通過采用本發明專利技術的蓄電裝置用電極活性物質可獲得具有高容量和高電壓且充放電循環特性優異的蓄電裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及蓄電裝置用電極活性物質、蓄電裝置以及電子設備和運輸設備。更具體地說，本專利技術主要涉及蓄電裝置用電極活性物質的改進。
技術介紹
近年來，隨著電子技術的進步，移動電話、便攜型個人計算機、便攜信息終端(PDA，Personal Data Assistance)、便攜型游戲機等便攜型電子設備迅速普及。相應地，作為便攜型電子設備的電源，能夠反復充放電的二次電池等蓄電裝置的需要增加。在這些中，鋰離子二次電池由于電動勢和能量密度高、比較容易適應小型化，因而作為便攜型電子設備的電源而廣泛應用。 由于便攜型電子設備的廣泛應用，要求便攜型電子設備提高輕量化、小型化、多功能化等性能。于是，期望作為這樣的便攜型電子設備的電源而使用的電池例如高能量密度化。為了電池的高能量密度化，采用能量密度高的電極活性物質的方法是有效的。因此，在正極活性物質和負極活性物質兩者中，對能量密度高的新穎材料進行了積極地研究開發。 例如，研究了將能夠可逆地發生氧化還原反應的有機化合物用作電極活性物質。有機化合物的比重為1g/cm3左右，比以往用作電極活性物質的鈷酸鋰等無機氧化物更輕量。因此，認為通過采用有機化合物作為電極活性物質，可以獲得重量能量密度高的蓄電裝置。此外，由于不采用重金屬作為電極活性物質，因而能夠降低稀有金屬資源的枯竭、由此引起的資源價格的變動風險、由重金屬泄漏引起的環境污染等風險。 以將有機化合物用作電極活性物質的研究開發為例，提出在電解質為水溶液類的情況下，在電極活性物質中采用醌類有機化合物(例如，參照專利文獻1～3)。醌類有機化合物通常是指具有芳香環和與芳香環結合的2個酮部位(C＝O)的化合物及其衍生物。 在專利文獻1中，提出將在芳香環的對位引入2個酮部位(C＝O)的有機化合物(以下稱為“對醌化合物”)或在芳香環的鄰位引入2個酮部位的有機化合物(以下稱為“鄰醌化合物”)用作水溶液類二次電池的電極活性物質。在專利文獻2和3中提出將對醌化合物高分子化后的聚合物用作水溶液類二次電池的電極活性物質。 專利文獻1～3的二次電池中的充放電反應通過在酮部位(C＝O)附加和消除質子(C-OH)而進行。在這些專利文獻中記載了通過將醌類有機化合物用作電極活性物質，可以獲得可逆性即充放電循環特性優異的二次電池。然而，由于這些水溶液類的二次電池電池電壓通常低至1～2V左右，不如電池電壓為3～4V左右的鋰離子二次電池，因此難以獲得鋰離子二次電池此類的能量密度高的蓄電裝置。 即使在期望能量密度比水溶液類二次電池更高的非水類蓄電裝置中，也已研究了可以在電極活性物質中采用醌類有機化合物。例如，提出在將溶解有鋰鹽的有機溶劑用作電解質的蓄電裝置的電極活性物質中采用醌類有機化合物(例如，參照專利文獻4和5)。在專利文獻4中，將作為鄰醌化合物之一的9，10-菲醌用作電極活性物質。在專利文獻5中，將對醌化合物高分子化的材料用作電極活性物質。 此外，提出將玫棕酸鹽、1，2，3，5，6，7-六羥基蒽醌(rufigallic acid)鹽及其氧化化合物、鞣花酸及其氧化化合物等芳香環的鄰位或對位具有醌部位的醌類有機化合物用作鋰離子二次電池的電極活性物質(例如，參照專利文獻6)。 然而，將采用醌類有機化合物的以往非水類蓄電裝置與采用了鈷酸鋰等無機氧化物的以往蓄電裝置進行比較，采用醌類有機化合物的以往非水類蓄電裝置不能充分獲得可逆性、放電電壓較低，因而難以實用化。 專利文獻1特開平4-87258號公報 專利文獻2特開平11-126610號公報 專利文獻3特開2000-40527號公報 專利文獻4特開昭56-86466號公報 專利文獻5特開平10-154512號公報 專利文獻6特表2001-512526號公報
技術實現思路
本專利技術的目的是提供重量能量密度高、氧化還原反應的可逆性優異的電極活性物質，包含該電極活性物質、具有高容量和高電壓、充放電循環特性優異的蓄電裝置以及包含該蓄電裝置的電子設備和運輸設備。 本專利技術涉及包含酮化合物的蓄電裝置用電極活性物質，所述酮化合物在分子內包含5元環或7元環的環結構、并且在形成上述環結構的原子中連續存在的至少3個原子與酮基結合。 優選地，酮化合物具有下述通式(1)所表示的結構。 通式(1) 式(1)中，X表示碳原子數為2或4的飽和烴或不飽和烴的2價殘基。上述飽和烴和不飽和烴的2價殘基可以具有氟原子、氰基、飽和烴基或不飽和烴基作為取代基。上述飽和烴基和上述不飽和烴基可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子?；蛘?，上述飽和烴和不飽和烴的2價殘基可以具有包含選自氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子的取代基。) 在下文中，將通式(1)所表示的酮化合物作為三酮化合物(1)。 此外，優選地，其它方式的酮化合物具有下述通式(2)所表示的結構。 通式(2) (式(2)中，R1和R2各自獨立地表示氫原子、氟原子、不飽和脂肪族基或飽和脂肪族基。上述不飽和脂肪族基和上述飽和脂肪族基可以包含鹵原子、氮原子、氧原子、硫原子或硅原子。上述不飽和脂肪族基和上述飽和脂肪族基可以是直鏈狀，也可以是環狀?；蛘?，R1和R2可以彼此結合形成環。R1與R2彼此結合形成的環可以被選自以下基團的取代基取代氟原子、氰基、碳原子數為1～4的烷基、碳原子數為2～4的鏈烯基、碳原子數為3～6的環烷基、碳原子數為3～6的環烯基、芳基和芳烷基，上述取代基可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子、和硅原子中的至少1個原子。) 在下文中，將通式(2)所表示的酮化合物作為三酮化合物(2)。 此外，在酮化合物(2)中，具有下述通式(2A)所表示的結構的三酮化合物更優選。 通式(2A) (式(2B)中，R3～R6各自獨立地表示氫原子、氟原子、氰基、碳原子數為1～4的烷基、碳原子數為2～4的鏈烯基、碳原子數為2～4的炔基、碳原子數為3～6的環烷基、碳原子數為3～6的環烯基、芳基或芳烷基。R3～R6所表示的上述各基團可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子、和硅原子中的至少1個原子。) 在下文中，將通式(2A)所表示的酮化合物作為三酮化合物(2A)。 優選地，其它方式的酮化合物具有下述通式(3)所表示的結構。 通式(3) (式(3)中，R7～R10各自獨立地表示氫原子、氟原子、氰基、碳原子數為1～4的烷基、碳原子數為2～4的鏈烯基、碳原子數為2～4的炔基、碳原子數為3～6的環烷基、碳原子數為3～6的環烯基、芳基或芳烷基。R7～R10所表示的上述各基團可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子。) 在下文中，將通式(3)所表示的酮化合物作為三酮化合物(3A)。 優選地，酮化合物在分子內具有多個通式(1)所表示的結構。 更優選地，酮化合物在分子內具有多個通式(1)所表示的結構，并且多個通式(1)所表示的結構介由芳香環結合。 優選地，芳香環是自選自苯、苯衍生物、噻吩、萘、萘衍生物、蒽、蒽衍生物、吡啶、芴、和芴衍生物中的至少一個芳香族化合物衍生出的芳香環。 優選地，酮化合物是鋰鹽還原體。 本專利技術還涉及蓄電裝置，其包含正本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種蓄電裝置用電極活性物質，包含酮化合物，所述酮化合物在分子內包含５元環或７元環的環結構、并且形成所述環結構的原子中的連續存在的至少３個原子與酮基結合。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】JP 2008-3-28 087868/20081.一種蓄電裝置用電極活性物質，包含酮化合物，所述酮化合物在分子內包含5元環或7元環的環結構、并且形成所述環結構的原子中的連續存在的至少3個原子與酮基結合。2.根據權利要求1所述的蓄電裝置用電極活性物質，所述酮化合物具有下述通式(1)所表示的結構，通式(1)式(1)中，X表示碳原子數為2或4的飽和烴或不飽和烴的2價殘基；所述飽和烴和不飽和烴的2價殘基可以具有氟原子、氰基、飽和烴基或不飽和烴基作為取代基；所述飽和烴基和所述不飽和烴基可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子；或者，所述飽和烴和不飽和烴的2價殘基可以具有包含選自氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子的取代基。3.根據權利要求1或2所述的蓄電裝置用電極活性物質，所述酮化合物具有下述通式(2)所表示的結構，通式(2)式(2)中，R1和R2各自獨立地表示氫原子、氟原子、不飽和脂肪族基或飽和脂肪族基；所述不飽和脂肪族基和所述飽和脂肪族基可以包含鹵原子、氮原子、氧原子、硫原子或硅原子；或者，R1和R2可以彼此結合形成環；R1與R2彼此結合而形成的環可以被選自以下基團中的取代基取代氟原子、氰基、碳原子數為1～4的烷基、碳原子數為2～4的鏈烯基、碳原子數為3～6的環烷基、碳原子數為3～6的環烯基、芳基和芳烷基，所述取代基可以包含選自氟原子、氮原子、氧原子、硫原子和硅原子中的至少1個原子。4.根據權利要求1或2所述的蓄電裝置用電極活性物質，所述酮化合物具有下述通式(2A)所表示的結構，通式(2A)式(2A)中，R3～R6各自獨立地表示氫原子、氟原子、氰基、碳原子數為1～4的烷基、碳原子數為2～4的鏈烯基、碳原子數為2～4的炔基、碳原子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：北條伸彥，大塚友，吉田潤一，野上敏材，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]