[发明专利]非水二次电池用正极活性物质

说明书

技术领域

本发明涉及用于非水二次电池如锂离子二次电池的正极活性物质，并且还涉及使用所述活性物质的非水二次电池。

背景技术

锂离子二次电池被用作各种装置的电源。特别地，为了使用在混合动力车的电源等中，需要具有更高能量密度的电池。通常用于锂离子二次电池的正极活性物质主要使用包含重金属的化合物如锂钴氧化物。然而，从对环境的影响来说，包含具有低环境负荷的材料的活性物质是期望的。

已经提出了一些不含重金属的有机化合物作为用于锂离子二次电池的正极活性物质。特别地，已知1,4-苯醌化合物类经历双电子转移型氧化还原反应，并且已经尝试将它们用作对电池赋予高容量的材料(参见专利文献1)。然而，实际放电容量约为理论值的一半，并且不能获得充分的实质能量密度。推测这可归因于有机活性物质本身的低导电性以及伴随充放电生成的基团物种的不稳定性。此外，另一个问题是1,4-苯醌化合物类在充放电期间容易溶解在电解液中，从而引起低的循环特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-112630号公报

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上面提到的现有技术的现状而进行了本发明。本发明的目的是提供用于非水二次电池的新型正极活性物质，其具有高能量密度和优异的循环特性，并且由具有低环境负荷的有机化合物构成。

解决问题的手段

本发明人进行了深入研究以实现上述目的。结果，本发明人发现，具有特定取代基的苯醌化合物是具有低环境负荷的材料，其具有高的初始放电容量和优异的循环特性。由此完成了本发明。

更具体来说，本发明提供如下所述的非水二次电池用正极活性物质以及非水二次电池：

项1.一种非水二次电池用正极活性物质，其包含具有低级烷氧基作为取代基的1,4-苯醌化合物作为活性成分。

项2.根据项1所述的正极活性物质，其中所述具有低级烷氧基作为取代基的1,4-苯醌化合物是由下式所表示的化合物：

其中R₁和R₂相同或不同且各自为低级烷基，X₁和X₂相同或不同且各自为氢原子或卤素原子。

项3.一种非水二次电池，其包含项1或2所述的正极活性物质作为构成要素。

项4.根据项3所述的非水二次电池，其包含含有固体电解质的隔膜作为构成要素。

下面对本发明的非水二次电池正极活性物质进行详细描述。

本发明的非水二次电池的正极活性物质包含具有低级烷氧基作为取代基的1,4-苯醌化合物作为活性成分。与广泛用作锂离子二次电池用正极活性物质的锂钴氧化物相比，所述苯醌化合物具有更高的初始放电容量。此外，与不具有低级烷氧基的苯醌化合物相比，所述苯醌化合物具有更优异的循环特性。因此，使用1,4-苯醌化合物作为正极活性物质使得可以制造具有高充放电容量和优异的循环特性以及低环境负荷的非水二次电池。

尽管不必清楚为什么具有低级烷氧基作为取代基的1,4-苯醌化合物具有这种优异的特性，但是认为其原因如下。由于1,4-苯醌化合物的烷氧基，所以在充放电期间生成的游离基在立体上受到保护而稳定化。此外，由于π-π相互作用而形成一维堆叠结构。因此，认为抑制了向溶剂中溶解，并且提高了循环特性。此外认为，由于在充放电期间由π-π相互作用造成的堆叠结构充当电子的传递路径，因此电子传导性增加，并且放电容量变得接近于理论值。

具有低级烷氧基作为取代基的1,4-苯醌化合物的具体实例是由下式所表示的化合物：

在该式中，R₁和R₂相同或不同且各自为低级烷基，X₁和X₂相同或不同且各自为氢原子或卤素原子。

在这些基团中，低级烷基的实例包括C_1-6直链或支链烷基如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、1-乙基丙基、异戊基、新戊基、正己基、1,2,2-三甲基丙基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、异己基和3-甲基戊基。其中特别优选的是C1-4烷基。

卤素原子的实例包括氟、氯、溴等。作为X₁和X₂，特别优选氢或氟。

由上式所表示的化合物可以是已知物质，或者可以通过二卤代二羟基苯醌与低级醇之间的脱水反应而容易地合成的物质。