ラジカル化合物、その製造方法及び二次電池
【課題】容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだすことができる電池を提供する。
【解決手段】正極、負極、及び電解質を少なくとも構成要素として有する電池において、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極活物質として、下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用いる。
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。）
【解決手段】正極、負極、及び電解質を少なくとも構成要素として有する電池において、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極活物質として、下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用いる。
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだすことができる電池、並びに前記のような特性を有する電極活物質となりうるラジカル化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコン、携帯電話などの携帯電子機器は、通信システムの発展に伴い急激に普及しており、またその性能も年々向上している。特に、携帯機器は、性能の向上に伴い消費電力も大きくなる傾向にある。そこで、その電源である電池に対して、高エネルギー密度、大出力などの要求が高まっている。
【０００３】
高エネルギー密度の電池としては、リチウムイオン電池が開発され１９９０年代以降に広く用いられるようになった。このリチウムイオン電池は電極活物質として、例えば正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素を用いたものであり、これら電極活物質へのリチウムイオンの挿入、脱離反応を利用して充放電を行っている。このようなリチウムイオン電池はエネルギー密度が大きく、サイクル特性に優れており、携帯電話をはじめとした種々の電子機器に利用されている。しかしながら、電極反応の反応速度が小さいため、大きな電流を取り出すと電池性能は著しく低下する。そのため、大きな出力をだすことが難しく、また充電のためにも長時間要するという欠点があった。
【０００４】
大きな出力をだすことができる蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。大電流を一度に放出できるため大きな出力をだすことが可能であり、サイクル特性にも優れており、バックアップ電源として開発が進められている。しかしながら、エネルギー密度は非常に小さく、小型化が困難であることから、携帯電子機器の電源には適していない。
【０００５】
軽量でエネルギー密度の大きな電極材料を得る目的で、電極活物質に硫黄化合物や有機化合物を用いた電池も開発されてきた。例えば、特許文献１、特許文献２にはジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が開示されている。これはジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。しかし、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや電極活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすいという欠点がある。
【０００６】
また、有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極材料に用いた電池が提案されている。これは導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ラジカルを、対イオンによって安定化させる反応のことである。特許文献３には、このような導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として期待された。しかし、導電性高分子には、酸化還元によって生じる荷電ラジカルがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが静電反発やラジカルの消失をもたらす相互作用をするという特性がある。これは発生する荷電ラジカルすなわちドープ濃度に限界をもたらすものであり、電池の容量を制限するものである。例えば、ポリアニリンを正極に用いた電池のドープ率は５０％以下であり、またポリアセチレンの場合は７％であると報告されている。導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、大きなエネルギー密度をもつ電池は得られていない。
【０００７】
有機化合物を電池の電極活物質と用いる電池として、ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池が提案されている。たとえば、特許文献４には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物および特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などの有機ラジカル化合物が活物質として開示されており、また有機ラジカル化合物を正極もしくは負極の材料として用いる電池が開示されている。さらに、特許文献５には、ニトロキシド化合物の中でも、特に環状ニトロキシド構造を有する化合物を電極活物質として用いる蓄電デバイスが開示されている。また、そこで電極活物質として用いられるラジカル化合物は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン メタクリレートを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリルと反応させて重合した後、ｍ−クロロ過安息香酸を用いて酸化することで合成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，８３３，０４８号明細書
【特許文献２】特許第２７１５７７８号公報
【特許文献３】米国特許第４，４４２，１８７号明細書
【特許文献４】特開２００２−１５１０８４公報
【特許文献５】特開２００２−３０４９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記で述べたように、正極に遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン電池では、重量あたりのエネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだせる電池の製造が困難であった。また、電気二重層キャパシタは大きな出力を有するものの、重量あたりのエネルギー密度が低く、高容量化が困難であった。また、硫黄化合物や導電性有機化合物を電極活物質に利用した電池では、未だエネルギー密度の高い電池が得られていない。また、有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池は、その電池の製造方法によって電極にひび割れが発生してしまい、簡便に製造ができないといった問題があった。このため、より簡便な新しい電極製造プロセス、また、プロセスが簡便になるような新しい材料が望まれている。さらに、より大きなエネルギー密度を有する材料も望まれている。
【００１０】
本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力を出すことができる電池を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、電極活物質として用いるラジカル化合物とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らが、鋭意検討した結果、今までに電極活物質として利用されなかった特定の有機化合物、すなわち分子内に下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として利用することにより、前記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明によれば、分子内に下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用い、この部位の酸化還元を利用した新規な電池とすることにより、高エネルギー密度かつ大きな出力をだすことができる（より具体的には大電流を放電できる）新規な電池を提供することができる。
【００１３】
すなわち本発明は、下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質である。
【００１４】
【化１】
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【００１５】
本発明の電池において、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、充放電の過程で下記スキーム（Ｉ）もしくは（ＩＩ）のような酸化還元反応を行う。スキーム（Ｉ）の酸化還元反応では、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極に用いた場合、充電により（Ａ）から（Ｂ）の状態になり、電子が放出される。放電により（Ｂ）から（Ａ）の状態になり電子を受け取る。また、（ＩＩ）の酸化還元反応では、重合体を正極に用いた場合、充電により（Ｃ）から（Ａ）の状態になり、電子が放出される。放電により（Ａ）から（Ｃ）の状態になり電子を受け取る。重合体の酸化還元反応の安定性から、スキーム（Ｉ）の酸化還元を用い充放電を行うことが好ましい。
【００１６】
【化２】
【００１７】
電池において電極活物質は充放電により酸化もしくは還元されるため、電極活物質は出発状態と還元状態の二つの状態を取る。本発明において、前記電極活物質は充電または放電された状態の何れかの状態で、一般式（１）で表された構造をとる。
【００１８】
本発明は、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が電極活物質として優れていることを見出したことに基づいてなされたものである。これは、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が、副反応をほとんどおこさない、ほぼ１００％の割合で可逆に安定した酸化還元反応を起こすことによる。すなわち、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、充放電を安定して行うことができ、サイクル特性に優れた電池となる。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、従来のリチウムイオン電池などに比べ優れた高出力特性を有する。これは、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物の置換基が大きな電極反応速度をもつために、大きな電流を一度に放電できるためである。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、炭素、窒素、水素、酸素という質量の小さい元素のみから構成することができる。このため、電極活物質の質量を小さくでき、これを用いて製造した電極の単位質量あたりの容量密度は大きくなり、その結果、この電極活物質を用い電池を作製した場合、質量当たりのエネルギー密度が大きな電池となる。
【００１９】
また、本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特にこの一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極の電極活物質として用いることが好ましい。また、本発明の電池は、高い電圧、大きな容量が得られるという点から負極に金属リチウムあるいはリチウムイオンが挿入・脱着可能な炭素を用いたリチウム電池、特にリチウム二次電池であることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明で電極活物質として用いるラジカル化合物は、以下の方法により製造できる。すなわち、本発明は、遷移金属触媒存在下、少なくとも下記一般式（３）で表されるラジカル置換アルコール化合物と下記一般式（４）で表されるシリコーン化合物を反応させて、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を得ることを特徴とするラジカル化合物の製造方法である。
【００２１】
【化３】
（一般式（３）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。）
【００２２】
【化４】
（一般式（４）において、Ｒは水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有する電極活物質と、この電極活物質を用いた新しい電池を提案したものである。これにより、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力を出すことができる電池を提供できる。したがって、本発明によれば、電極活物質として重金属を含まない軽くて安全な元素から構成される電池を作製することを可能とするものであり、また、高容量（質量当たり）で充放電サイクルの安定性に優れ、さらに大きな出力を出すことができる電池を実現できる。また、上記のラジカル化合物の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電池の構成の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に本発明の電池の一実施形態の構成を示す。図１に示された電池は、正極５と負極３と電解質を含むセパレータ４を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極５上に正極集電体６を重ね合わせた構成を有している。これらは負極側のステンレス外装１と正極側のステンレス外装１とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン２が配置される。なお、電解質として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、セパレータ４に代えてこれら電解質を電極間に介在させる形態にすることもできる。
【００２６】
本発明では、このような構成において、負極３もしくは正極５または両電極に用いられる電極活物質が、後述する一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有する電極活物質であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の電池は、電池容量の点から、正極活物質として上記の電極活物質を用いたリチウム電池、特にリチウム二次電池とすることが好ましい。
【００２８】
［１］電極活物質
本発明における電極の電極活物質とは、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことであり、電池システムの中心的役割を果たすものである。
【００２９】
本発明では、電極活物質として、上記一般式（１）で表されるラジカル化合物を含有する電極活物質を用いる。
【００３０】
本発明の電池において電極活物質は電極に固定された状態であっても、また、電解質へ溶解または分散した状態であってもよい。ただし、電極に固定された状態で用いる場合、電解液への溶解による容量低下を抑制するために、固体状態でさらに電解液に対し不溶性または低溶解性であることが好ましい。この際、電解液に対して不溶性または低溶解性であれば、膨潤しても良い。電解液への溶解性が高い場合、電極から電解液中に電極活物質が溶出することで、充放電サイクルに伴い容量が低下する場合があるためである。
【００３１】
このため、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、数平均分子量が５００以上であることが好ましく、数平均分子量が２０００以上であることがより好ましく、数平均分子量が５０００以上であることがさらに好ましい。これは、数平均分子量が５００以上であると電池用電解液に溶解しにくくなり、さらに数平均分子量が２０００以上になるとほぼ不溶となるからである。形状としては鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。なお、得られたポリマーがジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランなどに溶解しにくく、分子量が測定出来ない場合もある。架橋剤で架橋したような構造でもよい。なお、上記数平均分子量は、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を溶離液としたＧＰＣにより、試料のＤＭＦ可溶部について測定を行うことで算出される値とする。
【００３２】
上記のラジカル化合物としては、一般式（１）で表される部分構造のみを有する単独重合体を用いることも、他の部分構造を有する共重合体を用いることもできる。合成の都合上、単独重合体が好ましい。共重合体の場合、一般式（１）で表される部分構造が高分子化合物全体に対して、６０モル％以上であることが好ましく、７０以上モル％であることがより好ましく、８０モル％であることがさらに好ましく、９０モル％であることがもっとも好ましい。これは、ラジカル化合物中において一般式（１）で表される部分構造の割合が高いほど、電池容量が大きくなるためである。
【００３３】
また、上記のラジカル化合物としては、一部ジシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有していても良い。これは、シリコーンにラジカルを導入する段階で、一部副反応が生じることがあるためである。
【００３４】
一般式（２）で表される部分構造を有するラジカル化合物の例として、下記式（５）〜（９）で表される部分構造を有するラジカル化合物が挙げられる。
【００３５】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【００３６】
上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、例えば、下記の合成スキーム（１０）に示すルートで合成することができる。すなわち、遷移金属触媒存在下、ラジカル置換アルコール化合物とシリコーン化合物を反応させる方法で合成することが出来る。シリコーン化合物としては、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）を用いることが出来る。用いる遷移金属触媒としては、たとえば［ＲｈＣｌ（ｃｏｄ）］２、ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ´ｓ ｃａｔａｌｙｓｔ）錯体、（Ｂｕ４Ｎ）２ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ６、などを用い、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ−ＯＨ）を反応させることで合成することができる。
【００３７】
【化１０】
【００３８】
また、上記式（５）で表される化合物についても、類似の方法で合成することが可能である。その場合、合成スキーム、使用する原料、反応条件等を適宜変更し、また公知の合成技術を組み合わせることで、目的とするラジカル化合物を合成することができる。この反応は、有機溶媒中で行うことが好ましい。有機溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジクロロメタン、クロロホルム等の一般的な有機溶媒を用いることができるが、さらに、モノマーの溶解性の観点から、テトラヒドロフラン溶媒中で行うことが好ましい。
【００３９】
また、本発明の電池の一つの極の電極活物質において、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の電極活物質と組み合わせて用いても良い。このとき、電極活物質中に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が１０〜９０質量％含まれていることが好ましく、２０〜８０質量％含まれていることがより好ましい。
【００４０】
一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極に用いる場合、他の電極活物質として、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物、および導電性高分子等を組み合わせることができる。ここで、金属酸化物としては、例えば、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（０＜ｘ＜２）等のマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、ＭｎＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、あるいはＬｉｙＶ２Ｏ５（０＜ｙ＜２）、オリビン系材料ＬｉＦｅＰＯ４、スピネル構造中のＭｎの一部を他の遷移金属で置換した材料ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｒ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｏ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｏＭｎＯ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．３３Ｍｎ０，３３Ｃｏ０．３３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、ＬｉＮ０．５Ｍｎ１．５−ｚＴｉｚＯ４（０＜ｚ＜１．５）、等が挙げられる。ジスルフィド化合物としては、ジチオグリコール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、Ｓ−トリアジン−２，４，６−トリチオール等が挙げられる。他の安定ラジカル化合物としては、ポリ（４−メタクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−アクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−ビニロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）等が挙げられる。また、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。これらの中でも特に、マンガン酸リチウムまたはＬｉＣｏＯ２と組み合わせることが好ましい。本発明では、これらの他の電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００４１】
一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を負極に用いる場合、他の電極活物質として、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、導電性高分子等を用いることができる。また、他の安定ラジカル化合物を用いてもよい。他の安定ラジカル化合物としては、ポリ（４−メタクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−アクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−ビニロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されず、例えば金属リチウムでは薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。また、これらの他の電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４２】
本発明の電池は、正極もしくは負極の一方の電極反応、または両方の電極反応における電極活物質として、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用いるが、一方の電極反応における電極活物質として用いる場合、もう一方の電極における電極活物質として上記例示のような従来公知の電極活物質が利用できる。これらの電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用することもでき、これらの電極活物質の少なくとも１種と一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物とを組み合わせて用いてもよい。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を単独で用いることもできる。
【００４３】
本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特にこの一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極の電極活物質として用いることが好ましい。このとき、正極活物質としては、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を単独で用いることが好ましい。ただし、他の正極活物質と組み合わせて使用することもでき、その際の他の正極活物質としては、マンガン酸リチウムまたはＬｉＣｏＯ２が好ましい。さらに、上記の正極活物質を用いる場合、負極活物質として金属リチウムまたはグラファイトを用いることが好ましい。
【００４４】
［２］導電付与剤（補助導電材）およびイオン伝導補助材
一般式（１）で表されるラジカル化合物を用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤（補助導電材）やイオン伝導補助材を混合させることもできる。これらの材料としては、補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられ、イオン伝導補助材としては高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。これらの中でも、炭素繊維を混合することが好ましい。炭素繊維を混合することで電極の引張り強度がより大きくなり、電極にひびが入ったり剥がれたりすることが少なくなる。より好ましくは、気相成長炭素繊維を混合することがより好ましい。これらの材料は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中のこれらの材料の割合としては、１０〜８０質量％が好ましい。
【００４５】
［３］結着剤
電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダが挙げられる。これらの樹脂バインダは、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中の結着剤の割合としては、５〜３０質量％が好ましい。
【００４６】
［４］触媒
電極反応をより潤滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を用いることもできる。このような触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。これらの触媒は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中の触媒の割合としては、１０質量％以下が好ましい。
【００４７】
［５］集電体およびセパレータ
負極集電体、正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔、金属平板、メッシュ状などの形状のものを用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
【００４８】
一方、上記の正極、および負極が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布などのセパレータを用いることもできる。
【００４９】
［６］電解質
本発明において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０−５〜１０−１Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質塩として、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ等の従来公知の材料を用いることができる。これらの電解質塩は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。
【００５０】
また，電解液に溶剤を用いる場合、溶剤としては例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは２種類以上混合して用いることもできる。
【００５１】
さらに、本発明では電解質として固体電解質を用いることもできる。これら固体電解質に用いられる高分子化合物としては、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ルニトリル系重合体、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。これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま用いても良い。
【００５２】
［７］電池形状
本発明において、電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。電池形状としては、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
［８］電池の製造方法
電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。例えば、電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させることにより電極を作製し、さらにこの電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤などを乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。電極の作製において、特に有機物の電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させる方法の場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しやすい。本発明の一般式（２）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用い、好ましくは８０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さの電極を作製した場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しにくい、均一な電極が作製できるといった特徴を有している。
【００５４】
電池を製造する際には、電極活物質として一般式（１）で表されるラジカル化合物そのものを用いて電池を製造する場合と、電極反応によって前記一般式（１）で表されるラジカル化合物に変化する重合体を用いて電池を製造する場合とがある。このような電極反応によって前記一般式（１）で表されるラジカル化合物に変化する重合体の例としては、前記一般式（２）で表されるラジカル化合物を還元したアニオン体とリチウムイオンやナトリウムイオンといった電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、あるいは、前記一般式（１）で表される化合物を酸化したカチオン体とＰＦ６−やＢＦ４−といった電解質アニオンとからなる塩などが挙げられる。
【００５５】
本発明に於いて、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は電池の製造方法として従来公知の方法を用いることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の詳細について合成例、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（合成例１）
以下に示す合成スキーム（１１）に従い、上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物の合成を行った。
【００５８】
Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ （Ａ１）の合成
【化１１】
【００５９】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクにＴＥＭＰＯ−ＯＨ１７．２ｇ（１００ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロ（１，５−シクロオクタジエンロジウム（Ｉ），ダイマー（［ＲｈＣｌ（ｃｏｄ）］２９８ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０℃）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ を収率４４％で得た。得られたポリマー（Ａ）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．５０×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９６％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４４℃に観測された。
【００６０】
（合成例２）
以下に示す合成スキーム（１２）に従い、合成例１とは異なる触媒を用いて上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物の合成を行った。
【００６１】
［２］ Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］（Ａ２）の合成
【化１２】
【００６２】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクにＴＥＭＰＯ−ＯＨ１７．２ｇ（１００ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウム（Ｉ）（ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３）１９６ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０°Ｃ）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］を収率４６％で得た。得られたポリマー（Ａ２）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．４８×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９５％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４４ ℃に観測された。
【００６３】
（合成例３）
以下に示す合成スキーム（１３）に従い、下記式（６）で表される部分構造を有するラジカル化合物を合成した。
【００６４】
［３］Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，５，５−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］（Ａ３）の合成
【化１３】
【００６５】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクに３−ヒドロキシ−２，２，５，５−テトラメチルピロリジン−Ｎ−オキシル１５．８ｇ（４７．１ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウム（Ｉ）（ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３）１９６ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０℃）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，５，５−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ を収率４６％で得た。得られたポリマー（Ａ３）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．６６×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９５％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４２℃に観測された。
【００６６】
（実施例１）
合成例１で合成したラジカル化合物（Ａ１）２００ｍｇ、グラファイト粉末７００ｍｇ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂バインダ１００ｍｇを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。１０分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約１５０μｍの薄膜とした。これを、真空中８０℃で一晩乾燥した後、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１５．０ｍｇだった。
【００６７】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００６８】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約３時間１０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１１０ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９７％だった。
【００６９】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、電圧は３．４Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下した。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９３％だった。
【００７０】
（実施例２）
小型ホモジナイザ容器にＮ−メチルピロリドン２０ｇをはかりとり、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）３００ｍｇを加え、３０分間撹拌し完全に溶解させた。そこへ、ラジカル化合物（Ａ１）を２００ｍｇ加え全体が均一なオレンジ色になるまで５分間撹拌した。ここへ気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）５００ｍｇを加え、さらに１５分間撹拌することによりスラリーを得た。得られたスラリーをアルミニウム箔上に塗布し、１２０℃で乾燥させて正極を作製した。正極層の厚みは１２０μｍだった。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１６．２ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）だった。
【００７１】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体（アルミ箔）上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるグラファイト層を片面に付した銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質としてグラファイトを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００７２】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約２時間１０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１０７ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９８％だった。
【００７３】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、電圧は３．４Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下した。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９２％だった。
【００７４】
（実施例３）
ホモジナイザーのカップに純水（４２ｍＬ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）４００ｍｇ （４ｗｔ％）を加え、ホモジナイザーで完全に溶解させた後、ＰＴＦＥの水分散溶液１００ｍｇ（１ｗｔ％）を加えて攪拌させた。さらに、ＶＧＣＦ２．５ｇ（１５ｗｔ％）を少しずつ加えて均一になるまで攪拌させる。得られた黒色のスラリーに、ラジカル化合物（Ａ１）、７ｇ（７０ｗｔ％）を加えて、さらに均一になるまで攪拌しスラリーを作製した。さらに、得られたスラリーをアルミ箔（２０μｍ）上に塗布した後、５０℃で乾燥させることで正極を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１７．２ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）だった。
【００７５】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００７６】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約７時間３０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１０３ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００７７】
（実施例４）
ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに、ラジカル化合物（Ａ２）を用いること以外は、実施例２と同様の方法によりコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極の重さは１６．８ｍｇであった。
【００７８】
このコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が３．５Ｖ付近で２時間２０分間観測された。電極活物質あたりの放電容量は１０８ｍＡｈ／ｇだった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００７９】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９４％だった。
【００８０】
（実施例５）
ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに、ラジカル化合物（Ａ３）を用いること以外は、実施例２と同様の方法によりコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極重さは１７．３ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）であった。
【００８１】
このコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が３．５Ｖ付近で２時間３０分間見られた。電極活物質あたりの放電容量は１１６ｍＡｈ／ｇだった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００８２】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９５％だった。
【００８３】
（比較例１）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）を用いる代わりにグラファイト粉末の使用量を９００ｍｇに増やして、コイン電池を作製した。
【００８４】
作製した電池に対して、実施例１と同様にして充放電を行った。その結果、放電時に電圧平坦部はみられず電圧は急速に低下し、電池として十分に動作しなかった。
【００８５】
（比較例２）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）の代わりにＬｉＣｏＯ２を用いて、コイン電池を作製した。
【００８６】
作製した電池に対して、実施例１と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、１２３ｍＡｈ／ｇであった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。しかしながら、（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は２６．８％と、放電電流値を大きくすると大幅に容量が低下した。
【００８７】
（比較例３）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシル（ＴＥＭＰＯ）を用いて、コイン電池を作製した。
【００８８】
電極活物質あたりの初回の放電容量は３５ｍＡｈ／ｇだった。しかしながら、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を１２回繰り返した結果、充放電ができなくなり、電池として動作しなくなった。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上の説明の通り、本発明のラジカル化合物は、電極の電極活物質、特にリチウム二次電池の電極活物質に最適である。
【符号の説明】
【００９０】
１ ステンレス外装
２ 絶縁パッキン
３ 負極
４ セパレータ
５ 正極
６ 正極集電体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだすことができる電池、並びに前記のような特性を有する電極活物質となりうるラジカル化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコン、携帯電話などの携帯電子機器は、通信システムの発展に伴い急激に普及しており、またその性能も年々向上している。特に、携帯機器は、性能の向上に伴い消費電力も大きくなる傾向にある。そこで、その電源である電池に対して、高エネルギー密度、大出力などの要求が高まっている。
【０００３】
高エネルギー密度の電池としては、リチウムイオン電池が開発され１９９０年代以降に広く用いられるようになった。このリチウムイオン電池は電極活物質として、例えば正極にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウムといったリチウム含有遷移金属酸化物、負極に炭素を用いたものであり、これら電極活物質へのリチウムイオンの挿入、脱離反応を利用して充放電を行っている。このようなリチウムイオン電池はエネルギー密度が大きく、サイクル特性に優れており、携帯電話をはじめとした種々の電子機器に利用されている。しかしながら、電極反応の反応速度が小さいため、大きな電流を取り出すと電池性能は著しく低下する。そのため、大きな出力をだすことが難しく、また充電のためにも長時間要するという欠点があった。
【０００４】
大きな出力をだすことができる蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。大電流を一度に放出できるため大きな出力をだすことが可能であり、サイクル特性にも優れており、バックアップ電源として開発が進められている。しかしながら、エネルギー密度は非常に小さく、小型化が困難であることから、携帯電子機器の電源には適していない。
【０００５】
軽量でエネルギー密度の大きな電極材料を得る目的で、電極活物質に硫黄化合物や有機化合物を用いた電池も開発されてきた。例えば、特許文献１、特許文献２にはジスルフィド結合を有する有機化合物を正極に用いた電池が開示されている。これはジスルフィド結合の生成、解離を伴う電気化学的酸化還元反応を電池の原理として利用したものである。この電池は硫黄や炭素といった比重の小さな元素を主成分とする電極材料から構成されているため、高エネルギー密度の大容量電池という点において一定の効果を奏している。しかし、解離した結合が再度結合する効率が小さいことや電極活物質の電解液への拡散のため、充放電サイクルを重ねると容量が低下しやすいという欠点がある。
【０００６】
また、有機化合物を利用した電池として、導電性高分子を電極材料に用いた電池が提案されている。これは導電性高分子に対する電解質イオンのドープ、脱ドープ反応を原理とした電池である。ドープ反応とは、導電性高分子の酸化もしくは還元によって生ずる荷電ラジカルを、対イオンによって安定化させる反応のことである。特許文献３には、このような導電性高分子を正極もしくは負極の材料とする電池が開示されている。この電池は、炭素や窒素といった比重の小さな元素のみから構成されたものであり、高容量電池として期待された。しかし、導電性高分子には、酸化還元によって生じる荷電ラジカルがπ電子共役系の広い範囲に亘って非局在化し、それらが静電反発やラジカルの消失をもたらす相互作用をするという特性がある。これは発生する荷電ラジカルすなわちドープ濃度に限界をもたらすものであり、電池の容量を制限するものである。例えば、ポリアニリンを正極に用いた電池のドープ率は５０％以下であり、またポリアセチレンの場合は７％であると報告されている。導電性高分子を電極材料とする電池では軽量化という点では一定の効果を奏しているものの、大きなエネルギー密度をもつ電池は得られていない。
【０００７】
有機化合物を電池の電極活物質と用いる電池として、ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池が提案されている。たとえば、特許文献４には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物および特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などの有機ラジカル化合物が活物質として開示されており、また有機ラジカル化合物を正極もしくは負極の材料として用いる電池が開示されている。さらに、特許文献５には、ニトロキシド化合物の中でも、特に環状ニトロキシド構造を有する化合物を電極活物質として用いる蓄電デバイスが開示されている。また、そこで電極活物質として用いられるラジカル化合物は、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン メタクリレートを重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリルと反応させて重合した後、ｍ−クロロ過安息香酸を用いて酸化することで合成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，８３３，０４８号明細書
【特許文献２】特許第２７１５７７８号公報
【特許文献３】米国特許第４，４４２，１８７号明細書
【特許文献４】特開２００２−１５１０８４公報
【特許文献５】特開２００２−３０４９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記で述べたように、正極に遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン電池では、重量あたりのエネルギー密度が高く、かつ大きな出力をだせる電池の製造が困難であった。また、電気二重層キャパシタは大きな出力を有するものの、重量あたりのエネルギー密度が低く、高容量化が困難であった。また、硫黄化合物や導電性有機化合物を電極活物質に利用した電池では、未だエネルギー密度の高い電池が得られていない。また、有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池は、その電池の製造方法によって電極にひび割れが発生してしまい、簡便に製造ができないといった問題があった。このため、より簡便な新しい電極製造プロセス、また、プロセスが簡便になるような新しい材料が望まれている。さらに、より大きなエネルギー密度を有する材料も望まれている。
【００１０】
本発明は、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力を出すことができる電池を提供することを目的としている。
【００１１】
また、本発明は、電極活物質として用いるラジカル化合物とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らが、鋭意検討した結果、今までに電極活物質として利用されなかった特定の有機化合物、すなわち分子内に下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として利用することにより、前記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明によれば、分子内に下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用い、この部位の酸化還元を利用した新規な電池とすることにより、高エネルギー密度かつ大きな出力をだすことができる（より具体的には大電流を放電できる）新規な電池を提供することができる。
【００１３】
すなわち本発明は、下記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質である。
【００１４】
【化１】
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【００１５】
本発明の電池において、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、充放電の過程で下記スキーム（Ｉ）もしくは（ＩＩ）のような酸化還元反応を行う。スキーム（Ｉ）の酸化還元反応では、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極に用いた場合、充電により（Ａ）から（Ｂ）の状態になり、電子が放出される。放電により（Ｂ）から（Ａ）の状態になり電子を受け取る。また、（ＩＩ）の酸化還元反応では、重合体を正極に用いた場合、充電により（Ｃ）から（Ａ）の状態になり、電子が放出される。放電により（Ａ）から（Ｃ）の状態になり電子を受け取る。重合体の酸化還元反応の安定性から、スキーム（Ｉ）の酸化還元を用い充放電を行うことが好ましい。
【００１６】
【化２】
【００１７】
電池において電極活物質は充放電により酸化もしくは還元されるため、電極活物質は出発状態と還元状態の二つの状態を取る。本発明において、前記電極活物質は充電または放電された状態の何れかの状態で、一般式（１）で表された構造をとる。
【００１８】
本発明は、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が電極活物質として優れていることを見出したことに基づいてなされたものである。これは、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が、副反応をほとんどおこさない、ほぼ１００％の割合で可逆に安定した酸化還元反応を起こすことによる。すなわち、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、充放電を安定して行うことができ、サイクル特性に優れた電池となる。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を電極活物質として用いた電池は、従来のリチウムイオン電池などに比べ優れた高出力特性を有する。これは、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物の置換基が大きな電極反応速度をもつために、大きな電流を一度に放電できるためである。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、炭素、窒素、水素、酸素という質量の小さい元素のみから構成することができる。このため、電極活物質の質量を小さくでき、これを用いて製造した電極の単位質量あたりの容量密度は大きくなり、その結果、この電極活物質を用い電池を作製した場合、質量当たりのエネルギー密度が大きな電池となる。
【００１９】
また、本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特にこの一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極の電極活物質として用いることが好ましい。また、本発明の電池は、高い電圧、大きな容量が得られるという点から負極に金属リチウムあるいはリチウムイオンが挿入・脱着可能な炭素を用いたリチウム電池、特にリチウム二次電池であることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明で電極活物質として用いるラジカル化合物は、以下の方法により製造できる。すなわち、本発明は、遷移金属触媒存在下、少なくとも下記一般式（３）で表されるラジカル置換アルコール化合物と下記一般式（４）で表されるシリコーン化合物を反応させて、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を得ることを特徴とするラジカル化合物の製造方法である。
【００２１】
【化３】
（一般式（３）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。）
【００２２】
【化４】
（一般式（４）において、Ｒは水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有する電極活物質と、この電極活物質を用いた新しい電池を提案したものである。これにより、容量密度が高く、かつ大きな電流を取り出すことができる電極活物質、および、エネルギー密度が高く、かつ大きな出力を出すことができる電池を提供できる。したがって、本発明によれば、電極活物質として重金属を含まない軽くて安全な元素から構成される電池を作製することを可能とするものであり、また、高容量（質量当たり）で充放電サイクルの安定性に優れ、さらに大きな出力を出すことができる電池を実現できる。また、上記のラジカル化合物の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の電池の構成の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に本発明の電池の一実施形態の構成を示す。図１に示された電池は、正極５と負極３と電解質を含むセパレータ４を介して対向するように重ね合わせ、さらに正極５上に正極集電体６を重ね合わせた構成を有している。これらは負極側のステンレス外装１と正極側のステンレス外装１とで外装され、その間には、両者の電気的接触を防ぐ目的で、プラスチック樹脂等の絶縁性材料からなる絶縁パッキン２が配置される。なお、電解質として固体電解質やゲル電解質を用いる場合は、セパレータ４に代えてこれら電解質を電極間に介在させる形態にすることもできる。
【００２６】
本発明では、このような構成において、負極３もしくは正極５または両電極に用いられる電極活物質が、後述する一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を含有する電極活物質であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の電池は、電池容量の点から、正極活物質として上記の電極活物質を用いたリチウム電池、特にリチウム二次電池とすることが好ましい。
【００２８】
［１］電極活物質
本発明における電極の電極活物質とは、充電反応および放電反応等の電極反応に直接寄与する物質のことであり、電池システムの中心的役割を果たすものである。
【００２９】
本発明では、電極活物質として、上記一般式（１）で表されるラジカル化合物を含有する電極活物質を用いる。
【００３０】
本発明の電池において電極活物質は電極に固定された状態であっても、また、電解質へ溶解または分散した状態であってもよい。ただし、電極に固定された状態で用いる場合、電解液への溶解による容量低下を抑制するために、固体状態でさらに電解液に対し不溶性または低溶解性であることが好ましい。この際、電解液に対して不溶性または低溶解性であれば、膨潤しても良い。電解液への溶解性が高い場合、電極から電解液中に電極活物質が溶出することで、充放電サイクルに伴い容量が低下する場合があるためである。
【００３１】
このため、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、数平均分子量が５００以上であることが好ましく、数平均分子量が２０００以上であることがより好ましく、数平均分子量が５０００以上であることがさらに好ましい。これは、数平均分子量が５００以上であると電池用電解液に溶解しにくくなり、さらに数平均分子量が２０００以上になるとほぼ不溶となるからである。形状としては鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。なお、得られたポリマーがジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランなどに溶解しにくく、分子量が測定出来ない場合もある。架橋剤で架橋したような構造でもよい。なお、上記数平均分子量は、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を溶離液としたＧＰＣにより、試料のＤＭＦ可溶部について測定を行うことで算出される値とする。
【００３２】
上記のラジカル化合物としては、一般式（１）で表される部分構造のみを有する単独重合体を用いることも、他の部分構造を有する共重合体を用いることもできる。合成の都合上、単独重合体が好ましい。共重合体の場合、一般式（１）で表される部分構造が高分子化合物全体に対して、６０モル％以上であることが好ましく、７０以上モル％であることがより好ましく、８０モル％であることがさらに好ましく、９０モル％であることがもっとも好ましい。これは、ラジカル化合物中において一般式（１）で表される部分構造の割合が高いほど、電池容量が大きくなるためである。
【００３３】
また、上記のラジカル化合物としては、一部ジシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を有していても良い。これは、シリコーンにラジカルを導入する段階で、一部副反応が生じることがあるためである。
【００３４】
一般式（２）で表される部分構造を有するラジカル化合物の例として、下記式（５）〜（９）で表される部分構造を有するラジカル化合物が挙げられる。
【００３５】
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【００３６】
上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、例えば、下記の合成スキーム（１０）に示すルートで合成することができる。すなわち、遷移金属触媒存在下、ラジカル置換アルコール化合物とシリコーン化合物を反応させる方法で合成することが出来る。シリコーン化合物としては、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）を用いることが出来る。用いる遷移金属触媒としては、たとえば［ＲｈＣｌ（ｃｏｄ）］２、ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ´ｓ ｃａｔａｌｙｓｔ）錯体、（Ｂｕ４Ｎ）２ＰｔＣｌ６、Ｋ２ＰｔＣｌ６、などを用い、４−ヒドロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ−ＯＨ）を反応させることで合成することができる。
【００３７】
【化１０】
【００３８】
また、上記式（５）で表される化合物についても、類似の方法で合成することが可能である。その場合、合成スキーム、使用する原料、反応条件等を適宜変更し、また公知の合成技術を組み合わせることで、目的とするラジカル化合物を合成することができる。この反応は、有機溶媒中で行うことが好ましい。有機溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジクロロメタン、クロロホルム等の一般的な有機溶媒を用いることができるが、さらに、モノマーの溶解性の観点から、テトラヒドロフラン溶媒中で行うことが好ましい。
【００３９】
また、本発明の電池の一つの極の電極活物質において、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物は、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の電極活物質と組み合わせて用いても良い。このとき、電極活物質中に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が１０〜９０質量％含まれていることが好ましく、２０〜８０質量％含まれていることがより好ましい。
【００４０】
一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極に用いる場合、他の電極活物質として、金属酸化物、ジスルフィド化合物、他の安定ラジカル化合物、および導電性高分子等を組み合わせることができる。ここで、金属酸化物としては、例えば、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（０＜ｘ＜２）等のマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、ＭｎＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、あるいはＬｉｙＶ２Ｏ５（０＜ｙ＜２）、オリビン系材料ＬｉＦｅＰＯ４、スピネル構造中のＭｎの一部を他の遷移金属で置換した材料ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｒ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｏ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＣｏＭｎＯ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．３３Ｍｎ０，３３Ｃｏ０．３３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、ＬｉＮ０．５Ｍｎ１．５−ｚＴｉｚＯ４（０＜ｚ＜１．５）、等が挙げられる。ジスルフィド化合物としては、ジチオグリコール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、Ｓ−トリアジン−２，４，６−トリチオール等が挙げられる。他の安定ラジカル化合物としては、ポリ（４−メタクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−アクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−ビニロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）等が挙げられる。また、導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。これらの中でも特に、マンガン酸リチウムまたはＬｉＣｏＯ２と組み合わせることが好ましい。本発明では、これらの他の電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００４１】
一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を負極に用いる場合、他の電極活物質として、グラファイトや非晶質カーボン、金属リチウムやリチウム合金、リチウムイオン吸蔵炭素、金属ナトリウム、導電性高分子等を用いることができる。また、他の安定ラジカル化合物を用いてもよい。他の安定ラジカル化合物としては、ポリ（４−メタクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−アクリロイロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）、ポリ（４−ビニロキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル）などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されず、例えば金属リチウムでは薄膜状のものに限らず、バルク状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。これらの中でも特に、金属リチウムまたはグラファイトと組み合わせることが好ましい。また、これらの他の電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４２】
本発明の電池は、正極もしくは負極の一方の電極反応、または両方の電極反応における電極活物質として、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用いるが、一方の電極反応における電極活物質として用いる場合、もう一方の電極における電極活物質として上記例示のような従来公知の電極活物質が利用できる。これらの電極活物質を単独、もしくは２種以上を組み合わせて使用することもでき、これらの電極活物質の少なくとも１種と一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物とを組み合わせて用いてもよい。また、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を単独で用いることもできる。
【００４３】
本発明では、正極もしくは負極での電極反応に、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物が直接寄与していればよく、電極活物質材料として用いる電極は正極もしくは負極のいずれかに限定されるものではない。ただし、エネルギー密度の観点から、特にこの一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を正極の電極活物質として用いることが好ましい。このとき、正極活物質としては、一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を単独で用いることが好ましい。ただし、他の正極活物質と組み合わせて使用することもでき、その際の他の正極活物質としては、マンガン酸リチウムまたはＬｉＣｏＯ２が好ましい。さらに、上記の正極活物質を用いる場合、負極活物質として金属リチウムまたはグラファイトを用いることが好ましい。
【００４４】
［２］導電付与剤（補助導電材）およびイオン伝導補助材
一般式（１）で表されるラジカル化合物を用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させ、エネルギー密度、出力特性を向上させる目的で、導電付与剤（補助導電材）やイオン伝導補助材を混合させることもできる。これらの材料としては、補助導電材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられ、イオン伝導補助材としては高分子ゲル電解質、高分子固体電解質等が挙げられる。これらの中でも、炭素繊維を混合することが好ましい。炭素繊維を混合することで電極の引張り強度がより大きくなり、電極にひびが入ったり剥がれたりすることが少なくなる。より好ましくは、気相成長炭素繊維を混合することがより好ましい。これらの材料は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中のこれらの材料の割合としては、１０〜８０質量％が好ましい。
【００４５】
［３］結着剤
電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダが挙げられる。これらの樹脂バインダは、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中の結着剤の割合としては、５〜３０質量％が好ましい。
【００４６】
［４］触媒
電極反応をより潤滑に行うために、酸化還元反応を助ける触媒を用いることもできる。このような触媒としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子、ピリジン誘導体、ピロリドン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、アクリジン誘導体等の塩基性化合物、金属イオン錯体等が挙げられる。これらの触媒は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。電極中の触媒の割合としては、１０質量％以下が好ましい。
【００４７】
［５］集電体およびセパレータ
負極集電体、正極集電体としては、ニッケル、アルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔、金属平板、メッシュ状などの形状のものを用いることができる。また、集電体に触媒効果を持たせたり、電極活物質と集電体とを化学結合させたりしてもよい。
【００４８】
一方、上記の正極、および負極が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルムや不織布などのセパレータを用いることもできる。
【００４９】
［６］電解質
本発明において、電解質は、負極と正極の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０−５〜１０−１Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解質としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。電解質塩として、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ等の従来公知の材料を用いることができる。これらの電解質塩は、単独でまたは２種類以上混合して用いることもできる。
【００５０】
また，電解液に溶剤を用いる場合、溶剤としては例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは２種類以上混合して用いることもできる。
【００５１】
さらに、本発明では電解質として固体電解質を用いることもできる。これら固体電解質に用いられる高分子化合物としては、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ルニトリル系重合体、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。これらの高分子化合物に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いても、電解質塩を含有させた高分子化合物のみをそのまま用いても良い。
【００５２】
［７］電池形状
本発明において、電池の形状は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。電池形状としては、電極積層体、あるいは巻回体を金属ケース、樹脂ケース、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムからなるラミネートフィルム等によって封止したもの等が挙げられ、円筒型、角型、コイン型、およびシート型等で作製されるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
［８］電池の製造方法
電池の製造方法としては特に限定されず、材料に応じて適宜選択した方法を用いることができる。例えば、電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させることにより電極を作製し、さらにこの電極を対極、セパレータを挟んで積層または巻回して外装体で包み、電解液を注入して封止するといった方法である。スラリー化のための溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル系溶媒、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。また、電極の作製法としては、電極活物質、導電付与剤などを乾式で混練した後、薄膜化し電極集電体上に積層する方法もある。電極の作製において、特に有機物の電極活物質、導電付与剤などに溶剤を加えスラリー状にして電極集電体に塗布し、加熱もしくは常温で溶剤を揮発させる方法の場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しやすい。本発明の一般式（２）で表される部分構造を有するラジカル化合物を用い、好ましくは８０μｍ以上で５００μｍ以下の厚さの電極を作製した場合、電極の剥がれ、ひび割れ等が発生しにくい、均一な電極が作製できるといった特徴を有している。
【００５４】
電池を製造する際には、電極活物質として一般式（１）で表されるラジカル化合物そのものを用いて電池を製造する場合と、電極反応によって前記一般式（１）で表されるラジカル化合物に変化する重合体を用いて電池を製造する場合とがある。このような電極反応によって前記一般式（１）で表されるラジカル化合物に変化する重合体の例としては、前記一般式（２）で表されるラジカル化合物を還元したアニオン体とリチウムイオンやナトリウムイオンといった電解質カチオンとからなるリチウム塩やナトリウム塩、あるいは、前記一般式（１）で表される化合物を酸化したカチオン体とＰＦ６−やＢＦ４−といった電解質アニオンとからなる塩などが挙げられる。
【００５５】
本発明に於いて、電極からのリードの取り出し、外装等のその他の製造条件は電池の製造方法として従来公知の方法を用いることができる。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の詳細について合成例、実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（合成例１）
以下に示す合成スキーム（１１）に従い、上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物の合成を行った。
【００５８】
Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ （Ａ１）の合成
【化１１】
【００５９】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクにＴＥＭＰＯ−ＯＨ１７．２ｇ（１００ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロ（１，５−シクロオクタジエンロジウム（Ｉ），ダイマー（［ＲｈＣｌ（ｃｏｄ）］２９８ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０℃）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ を収率４４％で得た。得られたポリマー（Ａ）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．５０×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９６％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４４℃に観測された。
【００６０】
（合成例２）
以下に示す合成スキーム（１２）に従い、合成例１とは異なる触媒を用いて上記式（５）で表される部分構造を有するラジカル化合物の合成を行った。
【００６１】
［２］ Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］（Ａ２）の合成
【化１２】
【００６２】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクにＴＥＭＰＯ−ＯＨ１７．２ｇ（１００ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウム（Ｉ）（ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３）１９６ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０°Ｃ）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］を収率４６％で得た。得られたポリマー（Ａ２）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．４８×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９５％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４４ ℃に観測された。
【００６３】
（合成例３）
以下に示す合成スキーム（１３）に従い、下記式（６）で表される部分構造を有するラジカル化合物を合成した。
【００６４】
［３］Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，５，５−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］（Ａ３）の合成
【化１３】
【００６５】
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬシュレンクに３−ヒドロキシ−２，２，５，５−テトラメチルピロリジン−Ｎ−オキシル１５．８ｇ（４７．１ｍｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１００ｍＬ、クロロトリス（トリフェニルホスフィン）ロジウム（Ｉ）（ＲｈＣｌ（ＰＰｈ３）３）１９６ｍｇ（０．２ｍｍｏｌ；０．２５ｍｏｌ％）、ポリメチルヒドロシロキサン（ＰＭＨＳ）５．０ｇ（８３．２ｍｍｏｌ）を加えて６ ｈ室温で攪拌する。反応終了後、エバポレーターにより溶媒を留去した後、ヘキサンを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）した。さらにジエチルエーテルを加えて室温で攪拌（５００ｍＬ×３回）することで洗浄した。洗浄後、真空乾燥（４０℃）することでＰｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ（２，２，５，５−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｙｌ−４−ｏｘｙ）ｓｉｌｏｘａｎｅ］ を収率４６％で得た。得られたポリマー（Ａ３）は有機溶媒に不溶であり、分子量の測定は出来なかった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカル化合物のスピン密度は２．６６×１０２１ｓｐｉｎ／ｇ（９５％）であった。また、ラジカル化合物のガラス転移温度は４２℃に観測された。
【００６６】
（実施例１）
合成例１で合成したラジカル化合物（Ａ１）２００ｍｇ、グラファイト粉末７００ｍｇ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂バインダ１００ｍｇを測り採り、メノウ乳鉢を用い混練した。１０分ほど乾式混合して得られた混合体を、圧力を掛けてローラー延伸することにより、厚さ約１５０μｍの薄膜とした。これを、真空中８０℃で一晩乾燥した後、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１５．０ｍｇだった。
【００６７】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００６８】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約３時間１０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１１０ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９７％だった。
【００６９】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、電圧は３．４Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下した。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９３％だった。
【００７０】
（実施例２）
小型ホモジナイザ容器にＮ−メチルピロリドン２０ｇをはかりとり、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）３００ｍｇを加え、３０分間撹拌し完全に溶解させた。そこへ、ラジカル化合物（Ａ１）を２００ｍｇ加え全体が均一なオレンジ色になるまで５分間撹拌した。ここへ気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）５００ｍｇを加え、さらに１５分間撹拌することによりスラリーを得た。得られたスラリーをアルミニウム箔上に塗布し、１２０℃で乾燥させて正極を作製した。正極層の厚みは１２０μｍだった。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１６．２ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）だった。
【００７１】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体（アルミ箔）上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるグラファイト層を片面に付した銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質としてグラファイトを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００７２】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約２時間１０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１０７ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９８％だった。
【００７３】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、電圧は３．４Ｖ付近で一定となり、その後急激に低下した。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９２％だった。
【００７４】
（実施例３）
ホモジナイザーのカップに純水（４２ｍＬ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）４００ｍｇ （４ｗｔ％）を加え、ホモジナイザーで完全に溶解させた後、ＰＴＦＥの水分散溶液１００ｍｇ（１ｗｔ％）を加えて攪拌させた。さらに、ＶＧＣＦ２．５ｇ（１５ｗｔ％）を少しずつ加えて均一になるまで攪拌させる。得られた黒色のスラリーに、ラジカル化合物（Ａ１）、７ｇ（７０ｗｔ％）を加えて、さらに均一になるまで攪拌しスラリーを作製した。さらに、得られたスラリーをアルミ箔（２０μｍ）上に塗布した後、５０℃で乾燥させることで正極を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。これを、直径１２ｍｍの円形に打ち抜き、コイン電池用電極を成型した。なお、この電極の質量は１７．２ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）だった。
【００７５】
次に、得られた電極を電解液に浸して、電極中の空隙に電解液を染み込ませた。電解液としては、１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６電解質塩を含むエチレンカーボネート／ジエチルカーボネート混合溶液（混合体積比３：７）を用いた。電解液を含浸させた電極は、正極集電体上に置き、その上に同じく電解液を含浸させたポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを積層した。さらに負極となるリチウム張り合わせ銅箔を積層し、周囲に絶縁パッキンを配置した状態で正極側及び負極側からそれぞれのステンレス外装を重ね合わせた。これを、かしめ機によって圧力を加えることで、正極活物質としてラジカル化合物（Ａ１）、負極活物質として金属リチウムを用いた密閉型のコイン型電池とした。
【００７６】
以上のように作製したコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧は３．５Ｖ付近で約７時間３０分ほぼ一定となり、その後急激に低下した。電極活物質あたりの放電容量は１０３ｍＡｈ／ｇだった。同様に、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した。その結果、５０回の充放電すべてにおいて、放電時に３．５Ｖ付近で電圧が一定になり、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００７７】
（実施例４）
ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに、ラジカル化合物（Ａ２）を用いること以外は、実施例２と同様の方法によりコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極の重さは１６．８ｍｇであった。
【００７８】
このコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が３．５Ｖ付近で２時間２０分間観測された。電極活物質あたりの放電容量は１０８ｍＡｈ／ｇだった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００７９】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９４％だった。
【００８０】
（実施例５）
ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに、ラジカル化合物（Ａ３）を用いること以外は、実施例２と同様の方法によりコイン電池を作製した。作製した電極に、剥がれ、ひび割れ等は見られなく、表面は均一であった。このコイン電池の正極重さは１７．３ｍｇ（うち、アルミニウム箔は６．０ｍｇ）であった。
【００８１】
このコイン電池を、０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、０．１ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を行った。その結果、電圧平坦部が３．５Ｖ付近で２時間３０分間見られた。電極活物質あたりの放電容量は１１６ｍＡｈ／ｇだった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。
【００８２】
次に、コイン電池を０．１ｍＡの定電流で電圧が４．０Ｖになるまで充電し、その後、５．０ｍＡの定電流で放電を行った。その結果、（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は９５％だった。
【００８３】
（比較例１）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）を用いる代わりにグラファイト粉末の使用量を９００ｍｇに増やして、コイン電池を作製した。
【００８４】
作製した電池に対して、実施例１と同様にして充放電を行った。その結果、放電時に電圧平坦部はみられず電圧は急速に低下し、電池として十分に動作しなかった。
【００８５】
（比較例２）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）の代わりにＬｉＣｏＯ２を用いて、コイン電池を作製した。
【００８６】
作製した電池に対して、実施例１と同様にして充放電を行い、電極活物質あたりの放電容量を計算したところ、１２３ｍＡｈ／ｇであった。４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を５０回繰り返した結果、（５０回目の放電容量）／（１回目の放電容量）は９６％だった。しかしながら、（５．０ｍＡ放電における放電容量）／（０．１ｍＡ放電における放電容量）は２６．８％と、放電電流値を大きくすると大幅に容量が低下した。
【００８７】
（比較例３）
実施例１と同様な方法で、ただし、ラジカル化合物（Ａ１）の代わりに２，２，６，６−テトラメチルピペリジノキシル（ＴＥＭＰＯ）を用いて、コイン電池を作製した。
【００８８】
電極活物質あたりの初回の放電容量は３５ｍＡｈ／ｇだった。しかしながら、４．０〜３．０Ｖの範囲で充放電を１２回繰り返した結果、充放電ができなくなり、電池として動作しなくなった。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上の説明の通り、本発明のラジカル化合物は、電極の電極活物質、特にリチウム二次電池の電極活物質に最適である。
【符号の説明】
【００９０】
１ ステンレス外装
２ 絶縁パッキン
３ 負極
４ セパレータ
５ 正極
６ 正極集電体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される部分構造を有することを特徴とするラジカル化合物。
【化１】
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【請求項２】
請求項１に記載のラジカル化合物において、前記一般式（１）で示される構造を有する化合物が、下記一般式（２）で表される繰り返し単位を有する重合体であることを特徴とするラジカル化合物。
【化２】
（一般式（２）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。ｎは１０〜１０００の整数を示す。）
【請求項３】
前記一般式（２）で示されるラジカル化合物であって、前記一般式（１）で表される繰り返し単位を７０モル％以上有することを特徴とするラジカル化合物。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれか一項に記載のラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質。
【請求項５】
請求項４に記載の電極活物質において、前記ラジカル化合物が、前記一般式（１）で表される部分構造を有する単独重合体であることを特徴とする電極活物質。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電極活物質において、前記ラジカル化合物が、数平均分子量が２０００以上であることを特徴とする電極活物質。
【請求項７】
正極、負極、及び電解質を少なくとも構成要素として有する電池において、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極活物質として、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の電極活物質を用いたことを特徴とする電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池において、前記電極活物質が正極活物質であることを特徴とする電池。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電池において、前記電池は、リチウム電池であることを特徴とする電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池において、前記リチウム電池は、リチウム二次電池であることを特徴とする電池。
【請求項１１】
遷移金属触媒存在下、少なくとも下記一般式（３）で表されるラジカル置換アルコール化合物と下記一般式（４）で表されるシリコーン化合物を反応させて、上記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を得ることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【化３】
（一般式（３）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。）
【化４】
（一般式（４）において、Ｒは水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【請求項１２】
請求項１１に記載のラジカル化合物の製造方法において、前記遷移金属触媒として、９族の遷移金属を用いることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のラジカル化合物の製造方法において、前記遷移金属触媒として、ロジウム化合物を用いることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）で表される部分構造を有することを特徴とするラジカル化合物。
【化１】
（一般式（１）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【請求項２】
請求項１に記載のラジカル化合物において、前記一般式（１）で示される構造を有する化合物が、下記一般式（２）で表される繰り返し単位を有する重合体であることを特徴とするラジカル化合物。
【化２】
（一般式（２）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。Ｒ５は水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。ｎは１０〜１０００の整数を示す。）
【請求項３】
前記一般式（２）で示されるラジカル化合物であって、前記一般式（１）で表される繰り返し単位を７０モル％以上有することを特徴とするラジカル化合物。
【請求項４】
請求項１乃至３の内のいずれか一項に記載のラジカル化合物を含有することを特徴とする電極活物質。
【請求項５】
請求項４に記載の電極活物質において、前記ラジカル化合物が、前記一般式（１）で表される部分構造を有する単独重合体であることを特徴とする電極活物質。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電極活物質において、前記ラジカル化合物が、数平均分子量が２０００以上であることを特徴とする電極活物質。
【請求項７】
正極、負極、及び電解質を少なくとも構成要素として有する電池において、前記正極及び負極の少なくとも一方の電極活物質として、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の電極活物質を用いたことを特徴とする電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池において、前記電極活物質が正極活物質であることを特徴とする電池。
【請求項９】
請求項７または８に記載の電池において、前記電池は、リチウム電池であることを特徴とする電池。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池において、前記リチウム電池は、リチウム二次電池であることを特徴とする電池。
【請求項１１】
遷移金属触媒存在下、少なくとも下記一般式（３）で表されるラジカル置換アルコール化合物と下記一般式（４）で表されるシリコーン化合物を反応させて、上記一般式（１）で表される部分構造を有するラジカル化合物を得ることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【化３】
（一般式（３）においてＡは、窒素を含む複素環が５〜７員環を形成する置換基を有する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ異なっていてもよく、水素原子またはメチル基を示す。）
【化４】
（一般式（４）において、Ｒは水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは非置換の芳香族複素環基、置換もしくは非置換のアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリールオキシ基、置換もしくは非置換のシリルオキシ基等を表す。）
【請求項１２】
請求項１１に記載のラジカル化合物の製造方法において、前記遷移金属触媒として、９族の遷移金属を用いることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のラジカル化合物の製造方法において、前記遷移金属触媒として、ロジウム化合物を用いることを特徴とするラジカル化合物の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１６３５５１（Ｐ２０１０−１６３５５１Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７６２０（Ｐ２００９−７６２０）
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
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