聚噻吩衍生物、其產生方法、用于二次電池的正極活性材料和二次電池技術

一種聚噻吩衍生物，其包括由以下通式(1)表示的重復單元：其中R1和R2各自獨立地表示由?(R3?S)p?R4(其中R3表示具有1至4個碳原子的亞烷基基團，R4表示具有1至6個碳原子的烷基基團或具有5至6個碳原子的芳香基團，并且p表示1或2的整數)表示的具有2至9個碳原子的基團，Ar表示任選地取代的二價的或一價的芳香環部分或芳香雜環部分，m表示2或更大的自然數，并且n表示0或2或更大的自然數。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及聚噻吩衍生物、用于產生聚噻吩衍生物的方法、用于使用聚噻吩衍生物的二次電池的陰極活性材料和二次電池。
技術介紹
電池通過在陰極和陽極處的氧化還原反應將化學能轉化為電能產生電能，或者通過其逆反應蓄積電能。在多種設備中電池已經被用作電源。最近，由于設備諸如筆記本電腦或智能手機的快速的市場增長，對于極大地提高用于設備的二次電池的能量密度和輸出密度的需求一直在增加。在東日本大地震之后為了減輕電力短缺，對于開發大規模的和大容量的二次電池的期望一直在上升。為了滿足以上需求的目的，已經積極地開發了一種電池，該電池包括堿金屬離子(例如，鋰離子)作為載流子，并且利用伴有通過載流子供應和接受電荷的電化學反應。然而，大多數鋰離子電池包括在陰極側的電極材料(陰極活性材料)，其具有比在陽極側的電極材料(陽極活性材料)更小的放電容量(Ah/Kg)。這是鋰離子電池不能增加容量的主要原因。目前市場中可獲得的鋰離子電池包括作為陰極活性材料的具有高比重的金屬氧化物，其在每單位質量不足的電池容量方面是有問題的。因此，已經做出了使用更輕的電極材料開發大容量電池的嘗試。例如，專利文件1和2公開了包括含有二硫鍵的有機化合物作為陰極活性材料的電池。在此電池中，在放電時二硫鍵經受雙電子還原以使硫鍵斷開。生成的產物與金屬離子在電解質中反應以轉變成雙金屬硫醇鹽。在充電時二硫醇鹽經受雙電子氧化以轉變回硫化物。因而，電池作為二次電池運轉。此電池包括，作為電極材料的主要含有具有低比重的元素(例如，硫和碳)的有機化合物。因此，因為制成了具有高能量密度的大容量電池，可實現某種效果。然而，存在斷裂的二硫鍵再鍵合效率低和在充電或放電狀態下穩定性不理想的問題。同樣地，作為包括有機化合物作為活性材料的電池，專利文件3公開了包括聚吡咯絡合物的電池，并且專利文件4公開了包括硝酰自由基化合物作為陰極活性材料的電池。含有吡啶基的高分子量聚合物或共聚物被描述為硝酰自由基化合物。非專利文件1公開了包括2，2，6，6-四甲基哌啶氧基-7-基甲基丙烯酸酯(PTMA)作為陰極活性材料的二次電池。然而，導電聚合物諸如聚吡咯具有生成的電荷遍及聚合物散布以在電荷之間引起強烈的庫倫斥力的問題，使得電荷僅可以以等于或小于一定量的量被注入或排出。硝酰自由基優勢在于由于在電極處快速地供給和接受電荷可實現大電流。然而，硝酰自由基(nitroxy radical)以每1個分子1個電子的速率經受氧化還原反應，其不適合用于二次電池的容量擴大。同時，專利文件5和非專利文件2公開了包括具有多步氧化還原容量的低分子量有機化合物的二次電池。此電池具有高容量密度，但包括低分子量化合物。因此，存在由于逃避至電解質使電池性能惡化的問題。存在解決此問題的需要。引用列表專利文件專利文件1：美國專利號4833048專利文件2：日本專利號2715778專利文件3：日本審查的專利公開號07-85420專利文件4：日本專利號4687848專利文件5：日本未審查的專利申請公開號2010-80343非專利文件非專利文件1：Chemical Physics Letters，第359卷，(2002)，351-354頁非專利文件2：Nature Materials，第10卷，(2011)，947-951頁
技術實現思路
技術問題本專利技術具有提供聚噻吩衍生物的目的，其可克服以上存在的問題并且對于產生具有高能量密度和良好循環特性的二次電池是有用的。問題的解決方案根據以下(1)通過本專利技術解決了以上問題。(1)“包括以下通式(1)表示的重復單元的聚噻吩衍生物。在通式(1)中，R1和R2各自獨立地表示由-(R3-S)p-R4(其中R3表示具有1至4個碳原子的亞烷基基團，R4表示具有1至6個碳原子的烷基基團或具有5至6個碳原子的芳香基團，并且p表示1或2的整數)表示的具有2至9個碳原子的基團，Ar表示任選地取代的二價或一價芳香環部分或芳香雜環部分，m表示2或更大的自然數，并且n表示0或2或更大的自然數。”專利技術效果根據本專利技術，可提供聚噻吩衍生物，其對于產生具有高能量密度和良好的循環特性的二次電池是有用的。附圖說明圖1是圖解根據本專利技術的一個示例性二次電池的橫截面圖；圖2是在本專利技術的實施例中使用的化合物(1)的紅外光譜圖；圖3是在本專利技術的實施例中使用的化合物(3)的紅外光譜圖；圖4是在本專利技術的實施例中使用的化合物(7)的紅外光譜圖；圖5是在本專利技術的實施例中使用的化合物(11)的紅外光譜圖；圖6是在本專利技術的實施例中使用的化合物(15)的紅外光譜圖；圖7是在本專利技術的實施例中使用的化合物(20)的紅外光譜圖；和圖8是本專利技術的實施例7的電池的電壓-放電容量的圖。具體實施方式雖然現在將詳細描述以上描述的根據(1)所述的“聚噻吩衍生物”，但是“聚噻吩衍生物”的實施方式包括以下描述的根據(2)所述的“聚噻吩衍生物”。本專利技術也包括以下描述的根據(3)所述的“用于產生聚噻吩衍生物的方法”，以下描述的根據(4)所述的“用于二次電池的陰極活性材料”，和以下描述的根據(5)所述的“二次電池”，并且因此，現在也將描述這些。(2)“根據(1)所述的聚噻吩衍生物，其中Ar是噻吩衍生物部分。”(3)“用于產生聚噻吩衍生物的方法，該方法包括使原料單體與氧化劑聚合以產生根據(1)或(2)所述的聚噻吩衍生物。”(4)“用于包括根據(1)或(2)所述的聚噻吩衍生物的二次電池的陰極活性材料。”(5)“包括根據(4)所述的用于二次電池的陰極活性材料的二次電池。”包括由本專利技術的通式(1)表示的重復單元的聚噻吩衍生物是穩定的氧化還原化合物，并且對于產生二次電池是有用的，該二次電池包括作為電極活性材料的在充電反應和放電反應的至少一個的過程中經受氧化還原反應的有機化合物。具體而言，聚噻吩衍生物優選地用作陰極活性材料。這使得能夠獲得具有高能量密度和良好的循環特性的二次電池。此二次電池包括穩定的氧化還原化合物，產生穩定的充電和放電循環和延長的使用壽命。圖1是圖解根據本專利技術的一個示例性二次電池的橫截面圖。該二次電池具有其中陽極集電器3、陽極層1、含有電解質的分離器5、陰極層2和陰極集電器4以此順序層壓的配置。在此附圖中，參考數字6表示不銹鋼外部材料。請注意，用于層壓陰極層和陽極層的方法不被具體限制。陰極層和陽極層可以被多層層壓，層壓在集電器的每個表面上，或者圍繞彼此卷繞。<電極活性材料>[聚噻吩衍生物]在通式(1)中，R1和R2各自獨立地表示由-(R3-S)p-R4(其中R3表示具有1至4個碳原子的亞烷基基團，R4表示具有1至6個碳原子的烷基基團或具有5至6個碳原子的芳香基團，并且p表示1或2的整數)表示的具有2至9個碳原子的基團。R1和R2可以彼此相同或不同，但是優選地彼此相同。R3的實例包括亞甲基、1，1-亞乙基、1，2-亞乙基、1，3-亞丙基、1，2-亞丙基、1，4-亞丁基和2，3-亞丁基。描述R4的具有1至6個碳原子的烷基基團的實例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基。描述R4的具有5至6個碳原子的芳香基團的實例包括苯基基團和吡啶基團。具有5至6個碳原子的芳香基團可以具有取代基。取代基的實例包括鹵素原子。Ar表示芳香環部分或芳香雜環部分。該芳香環部分或芳香雜環部分通常是二價的(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚噻吩衍生物，其包括由以下通式(1)表示的重復單元：其中R1和R2各自獨立地表示由?(R3?S)p?R4(其中R3表示具有1至4個碳原子的亞烷基基團，R4表示具有1至6個碳原子的烷基基團或具有5至6個碳原子的芳香基團，并且p表示1或2的整數)表示的具有2至9個碳原子的基團，Ar表示任選地取代的二價或一價芳香環部分或芳香雜環部分，m表示2或更大的自然數，并且n表示0或2或更大的自然數。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.01.28 JP 2014-0135721.一種聚噻吩衍生物，其包括由以下通式(1)表示的重復單元：其中R1和R2各自獨立地表示由-(R3-S)p-R4(其中R3表示具有1至4個碳原子的亞烷基基團，R4表示具有1至6個碳原子的烷基基團或具有5至6個碳原子的芳香基團，并且p表示1或2的整數)表示的具有2至9個碳原子的基團，Ar表示任選地取代的二價或一價芳香環部分或芳香雜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：野村正宜，
申請(專利權)人：株式會社理光，
類型：發明
國別省市：日本;JP