(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で、エネルギー密度が高く、かつサイクル特性に優れた電気化学素子を提供する。【解決手段】正極と、負極と、電解質とを含み、酸化還元反応に伴う電子移動を電気エネルギーとして取り出す電気化学素子において、前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方に、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を活物質として含ませる。この構成により、キノン化合物の２電子反応をより確実に利用する事ができ、活物質あたりのエネルギー密度を向上させる事ができる。【選択図】図３
2007305430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、負極と、電解質とを含み、酸化還元反応に伴う電子移動を電気エネルギーとして取り出す電気化学素子であって、
前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方が、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を活物質として含むこと、を特徴とする電気化学素子。
【請求項２】
前記キノン化合物が一般式（１）：
【化１】
2007305430.tif 000015
（式（１）中、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、アルキル基、不飽和脂肪族基または飽和脂肪族基であり、前記アルキル基、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は、ハロゲン原子、チッソ原子、酸素原子、イオウ原子またはシリコン原子を含んでもよく、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は直鎖であっても環を形成していてもよい。）
で表されること、を特徴とする請求項１記載の電気化学素子。
【請求項３】
前記キノン化合物が一般式（２）：
【化２】
2007305430.tif 000016
（式（２）中、Ｒ5〜Ｒ12は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、アルキル基、不飽和脂肪族基または飽和脂肪族基であり、前記アルキル基、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は、ハロゲン原子、チッソ原子、酸素原子、イオウ原子またはシリコン原子を含んでもよく、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は直鎖であっても環を形成していてもよい。）
で表されること、を特徴とする請求項１記載の電気化学素子。
【請求項４】
電解質カチオンとしてリチウムイオンを含むこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
【請求項５】
前記正極は、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を活物質として含み、
前記負極は、炭素化合物を活物質として含むこと、
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気化学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高いエネルギー密度および優れたサイクル特性を有する電気化学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信機器および携帯電子機器などの開発にともない、これらに用いられる電源の需要が非常に大きくなっている。なかでも、繰り返し充放電ができるリチウム二次電池は、高い起電力および高いエネルギー密度が得られることから、携帯電子機器の電源として広範囲に用いられている。
【０００３】
そして、携帯電子機器などの小型化および軽量化に伴い、電池の高エネルギー密度化に対する要望もますます高まってきており、特に高いエネルギー密度を有する新規電極材料（正極材料および負極材料）の出現が望まれている。特に電極材料の高エネルギー密度化は、電池自体の高エネルギー密度化に直接的に結びつくため、正極材料および負極材料のそれぞれについての研究開発が積極的に行われている。
【０００４】
さらに近年、エネルギー密度が高くより軽量な電池を作製するために、有機化合物を電極材料に用いる検討が行われている。有機化合物は比重が１ｇ／ｃｍ3程度と軽く、現在リチウム二次電池材料として用いられているコバルト酸リチウムなどの酸化物と比較しても軽量である。これにより、軽量で高容量の電池が作製される。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、酸化還元活性を有するキノン系官能基を構造内に有する導電性高分子からなることを特徴とする二次電池用正極材料が提案されている。上記特許文献１記載の発明は以下のような問題を解決することを意図したものである。即ち、電池材料のエネルギー密度は反応電子数に比例して増加するが、従来のポリアニリンおよびポリチオフェンなどの導電性高分子の反応電子数は０．５と少ないという問題である。
【０００６】
導電性高分子は、分子全体が共役電子雲で覆われており、電子授受を行うチオフェン環とアニリン環とが分子内において隣接しているため、原理的には、チオフェン環１個とアニリン環１個との間で１電子反応が起こることが考えられる。ところが、隣接したチオフェン環とアニリン環とが電子的に反発することから、実質的には０．５電子反応しか起こらない。このような問題を解決するため、上記特許文献１では、２電子反応を行うキノン部位を有する導電性高分子を二次電池用正極材料として用いることが提案されている。
【０００７】
しかしながら、電子共役雲の広がった導電性高分子内にキノン化合物を導入しても、隣接したキノン化合物の電子的な反発のため、１電子しか反応することができない。よって２電子反応を行うキノン化合物を導電性高分子内に導入しても、高エネルギー密度化にむけキノン系化合物を電極材料に用いる最大の特徴である２電子反応を使いこなすことができないというのが実情である。
【０００８】
また、特許文献２においては、活物質として含チッソ化合物高分子およびキノン化合物を含む電池用複合電極が提案されている。キノン化合物は、リチウムイオンなどと反応させる場合に、反応可逆性に劣るという問題がある。このため、上記特許文献１では、反応可逆性を改善することを意図して、水系電解液を用いてプロトンを移動キャリアとして用いること、活物質のエネルギー密度を向上させることを意図して、キノン化合物とポリアニリンなどの導電性高分子とで複合活物質を構成すること、が提案されている。この複合活物質においては、ポリアニリンとキノン化合物との間の分子間水素結合を利用して、ポリアニリン上にキノン化合物を固定させている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献２記  載の複合活物質は、水素結合を利用しているため、対極としてリチウムイオンを用いた非水電解液系などの高電圧系に用いることは好ましくない。なぜなら、水系電解液を用いた場合、正極と負極との間の電位差が１．２Ｖを超えにくく、デバイスとしての高エネルギー密度化を確実に実現することができないからである。
【特許文献１】特開平10-154512号公報
【特許文献２】特開2000-82467号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、従来から有機化合物を電池材料に用いるさまざまな取り組みが行われているが、高エネルギー密度化および軽量化という観点からは未だ改善の余地があった。そこで、本発明は上述したような問題を解決し、軽量で、エネルギー密度が高く、かつサイクル特性に優れた電気化学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく、本発明は、
正極と、負極と、電解質とを含み、酸化還元反応に伴う電子移動を電気エネルギーとして取り出す電気化学素子であって、
前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方が、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を活物質として含むこと、を特徴とする電気化学素子を提供する。
【００１２】
このような構成によれば、キノン化合物の２電子反応をより確実に利用することにより、活物質あたりのエネルギー密度を向上させることができる。さらに、リチウムイオンを用いた系で可逆に酸化還元反応を行うことができ、３．０Ｖ級の高電圧系のデバイスの構築が可能となる。その結果、高出力で高容量な蓄電デバイスを実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、キノン系化合物を電極の活物質に用いることにより、キノン化合物の２電子反応をより確実に利用することができ、活物質あたりのエネルギー密度を向上させることができる。さらに、リチウムイオンを用いた系で可逆に酸化還元反応を行うことができ、３．０Ｖ級の高電圧系のデバイスの構築が可能となる。その結果、高出力で高容量な蓄電デバイスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記課題を解決すべく、本発明者らが上記特許文献において用いられているキノン化合物の構造に着目したところ、パラ位にケトン基を有するパラキノン化合物が用いられている。そして、上述のように、このパラ位にケトン基を有するキノン化合物が、リチウムイオンを移動キャリアとして用いると反応可逆性に劣るのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００１５】
即ち、酸化反応によってケトン基とリチウムイオンとが形成する結合は、共有結合的な結合であるために非常に強固であり、エネルギー的に安定な状態が形成され、還元反応によっては当該結合を解離することができないからである。
【００１６】
これに対し、プロトンを用いた場合にはイオン結合的な結合が形成されるため、還元反応によって当該結合を解離させることができるが、上述のように、プロトン系溶媒を用いる場合には、水素ガス発生電位の制限により正極と負極と間の電位差が１．２Ｖを超えることができず、３．０Ｖ級の高電圧系の電池を実現することが困難である。エネルギー密度は活物質あたりのエネルギー密度と電池電圧（正極と負極と間の電位差）との積で表されるため、高エネルギー密度デバイスを構築するためには、高電圧化も重要である。
【００１７】
さらに、パラ位にケトン基を有するパラキノン化合物は、２電子反応を行うが、１電子目の反応の電位と２電子目の反応の電位との差が大きい（約１．０Ｖ）。これは、実質的に上記パラキノン化合物の作動電圧が低くなることを意味しており、この点からも高エネルギー密度デバイスを構築するためには、高電圧化が重要であることがわかる。
【００１８】
ここで、キノン化合物を、リチウムイオンを移動キャリアとして用いた系に展開するためには、ケトン基とリチウムイオンとの結合を共有結合性の強い結合から、結合強度が緩和された、還元反応によって解離可能な結合にすることが必要である。
【００１９】
一般的に、結合強度は、移動キャリアの電荷密度（＋電荷）とキノン化合物の反応部位であるケトン基の電荷密度（−電荷）との差に依存する。つまり、電荷密度の差が大きいもの同士で形成された結合はより安定で強固になり、電荷密度の差が小さいもの同士で形成された結合は弱く解離し易い。
【００２０】
そこで、本発明者らは、移動キャリアであるリチウムイオンの電荷密度は一定であるため、キノン化合物の電荷密度を下げることができれば、リチウムイオンを移動キャリアとして用い反応の可逆性の高い系を構築することができることに着目し、正極および負極のうちの少なくとも一方に、活物質として、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を用いることが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２１】
従来のパラ位にケトン基を有するキノン化合物においては、２つのケトン基が離れているために、電荷分布が局在化し、結果として電荷密度が大きくなる。一方、オルト位にケトン基を有するキノン化合物においては、マイナス電荷をもつケトン基が隣接しているため、電荷分布が非局在化し、電荷密度は低くなる。よって、リチウムイオンを移動メディアに用いた場合であっても、還元反応によって解離可能な結合を構築することができる。
【００２２】
さらに、オルト位にケトン基を有するキノン化合物においては、反応部位である２つのケトン基が非常に近いエネルギーレベルをもつ電子状態が形成される。これは、２電子反応におけるそれぞれの反応電位が近い値を有することを意味している。よって、電圧の点からも、オルト位にケトン基を有するキノン化合物は高エネルギー密度化を実現できるといえる。
【００２３】
キノン化合物を電極活物質に用い、リチウムイオンを移動メディアに用いることができれば、活物質あたりの重量エネルギー密度が大きいだけでなく、３．０Ｖ級の高電圧系のデバイスが構築することができ、デバイス全体として高エネルギー密度化を実現できる。
【００２４】
本発明において用いることのできるキノン化合物としては、下記一般式（１）および下記一般式（２）で表されるキノン化合物が挙げられる。
【化１】
2007305430.tif 000003
【００２５】
（式（１）中、Ｒ1〜Ｒ4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、アルキル基、不飽和脂肪族基または飽和脂肪族基であり、前記アルキル基、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は、ハロゲン原子、チッソ原子、酸素原子、イオウ原子またはシリコン原子を含んでもよく、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は直鎖であっても環を形成していてもよい。）
【化２】
2007305430.tif 000004
【００２６】
（式（２）中、Ｒ5〜Ｒ12は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、アルキル基、不飽和脂肪族基または飽和脂肪族基であり、前記アルキル基、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は、ハロゲン原子、チッソ原子、酸素原子、イオウ原子またはシリコン原子を含んでもよく、前記不飽和脂肪族基および前記飽和脂肪族基は直鎖であっても環を形成していてもよい。）
【００２７】
さらに、具体的に上記一般式（１）で表されるキノン化合物としては、例えば、以下の化学式（３）〜（８）で表される化合物が挙げられる。
【００２８】
化学式（３）：
【化３】
2007305430.tif 000005
【００２９】
化学式（４）：
【化４】
2007305430.tif 000006
【００３０】
化学式（５）：
【化５】
2007305430.tif 000007
【００３１】
化学式（６）：
【化６】
2007305430.tif 000008
【００３２】
化学式（７）：
【化７】
2007305430.tif 000009
【００３３】
化学式（８）：
【化８】
2007305430.tif 000010
【００３４】
上記一般式（１）を基本骨格とする化学式（３）〜（８）で表される化合物には、置換基として電子供与性の置換基が導入されている。このような電子供与性置換基の導入により、ケトン基の酸性度は低下することとなり、結果としてケトン基の電化密度を低下させることができる。よって、リチウムイオンとの結合強度を低下させることができる。
【００３５】
また、上記一般式（２）で表されるキノン化合物としては、例えば、以下の化学式（９）〜（１１）で表される化合物が挙げられる。
【００３６】
化学式（９）：
【化９】
2007305430.tif 000011
【００３７】
化学式（１０）：
【化１０】
2007305430.tif 000012
【００３８】
化学式（１１）：
【化１１】
2007305430.tif 000013
【００３９】
また、上記一般式（２）に代表される化学式（９）〜（１１）で表される化合物は、分子内に芳香環を有している。分子内に芳香環が存在すると、電子共役雲が広がり、ケトン基の電化密度は低下することとなる。よってリチウムイオンとの結合強度を低下させることができる。
【００４０】
なお、本発明においては、上記一般式（１）で表される化合物と、上記一般式（２）で表される化合物と、の混合物を活物質として用いることもできる。また、一般式（１）で表される化合物複数種を活物質として用いてもよく、上記一般式（２）で表される化合物複数種を活物質として用いてもよい。
【００４１】
また、本発明においては、キノン系化合物の酸化還元反応に伴い、前記キノン化合物に電解質カチオンが配位することが好ましい。これは、キノン系化合物の酸化還元メカニズムにおいて、キノンが還元されアニオンになり、対イオンとしてカチオンが配位するためである。
【００４２】
また、このカチオンはリチウムイオンであることが好ましい。リチウムイオンの酸化還元電位は、すべてのイオンのなかで最も低い。電池電圧は正極と負極の電位差で決まるが、このとき最も低い電位を有するリチウムを用いることで、電池電圧が大きくとることができるからである。
【００４３】
本発明においては、上述のようなオルト位にケトン基を有するキノン化合物を、活物質として、正極および負極の少なくとも一方に用いる。もちろん、正極および負極の両方に用いてもよい。正極および負極の一方に用いる場合には、他方には、二次電池の活物質として一般的に用いられているものを用いることができる。
【００４４】
例えば、正極活物質として上記一般式（１）で表される構造を分子内に有する化合物を用いた場合には、負極活物質として、炭素、黒鉛化炭素（グラファイト）もしくは非晶質炭素などの炭素化合物、リチウム金属、リチウム含有複合窒化物、リチウム含有チタン酸化物、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物またはＳｎを用いることができる。
【００４５】
特に、負極としてグラファイト、非晶質炭素材料を用いることが好ましい。リチウム金属は強い還元力を有し、キノン系化合物はリチウム金属との直接接触によって化学的に分解される。負極として金属リチウムを用い、正極活物質としてキノン系化合物を用いたとき、万が一正極から活物質が溶出して負極と接触した場合には化学分解され、活物質が劣化してしまう。一方、グラファイト、非晶質炭素材料は金属リチウムが電解液表面へ露出していないためにこのような反応は進行しない。また、活性炭を負極として用いることでキャパシタを構成することもできる。
【００４６】
一方、負極活物質として一般式（１）または一般式（２）で表される構造を分子内に有する化合物を用いた場合には、正極活物質として、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2またはＬｉＭｎ2Ｏ4などの金属酸化物などを用いることができる。
【００４７】
また、本発明では、一般式（１）または一般式（２）で表される構造を分子内に有する化合物を電極活物質に用いた場合、電極の抵抗を低減する目的で、例えばカーボンブラック、グラファイトもしくはアセチレンブラックなどの炭素材料、またはポリアニリン、ポリピロールもしくはポリチオフェンなどの導電性高分子などを、導電補助剤として電極に添加、混合してもよい。また、イオン伝導補助剤として、例えば、ポリエチレンオキシドなどの固体電解質、またはポリメチルメタクリレートもしくはポリメタクリル酸メチルなどのゲル電解質などを混合してもよい。
【００４８】
さらに、本発明における正極および負極には、各構成材料の結着性を向上させるために、結着剤を添加してもよい。この結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリイミドなどを用いることができる。
【００４９】
また、上記正極および負極は、それぞれ正極集電体および負極集電体を含む。前記正極集電体および負極集電体としては、例えばニッケル、アルミニウム、金、銀、銅、ステンレス鋼もしくはアルミニウム合金などの金属箔またはメッシュなどを用いることができる。また、上記集電体上にカーボンなどを塗布し、抵抗値を減少させたり、触媒効果をもたせたり、活物質と集電体とを化学的または物理的に結合させる機能を持たせてもよい。
【００５０】
本発明では、正極、負極間のセパレータに電解液を含有させるが、電解質化合物としては、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシタに用いることでのできるものは使用可能である。具体的には、以下に挙げるカチオンとアニオンの組み合わせにより形成される塩を用いることができる。
【００５１】
カチオン種としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属カチオンやマグネシウムなどのアルカリ土類金属カチオン、テトラエチルアンモニウムや１、３−エチルメチルイミダゾリウムに代表される４級アンモニウムカチオンを用いることができる。
【００５２】
一方、アニオン種としては、例えばハロゲン化物アニオン、過塩素酸アニオンおよびトリフルオロメタンスルホン酸アニオン、四ホウフッ化物アニオン、トリフルオロリン６フッ化物アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオン、ビス（パーフルオロエチルスルホニル）イミドアニオン、などが挙げられる。これらは単独あるいは混合して用いることができる。
【００５３】
電解質自身が溶液状である場合、必ずしもそれらを溶媒と混合しなくとも、単独で用いることも可能である。電解質自身が固体である場合、以下に挙げるような溶媒に溶解させて用いることが必要である。
【００５４】
電解質溶液を形成する溶媒には、リチウムイオン電池や非水系電気二重層キャパシタに用いることでのできるものは使用可能である。具体的には、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ブチルラクトン、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、アセトニトリル等の非水溶媒が好ましい。これらは単独あるいは混合して用いることができる。
【００５５】
電解質としては、固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、Ｌｉ2Ｓ−ＳｉＳ2＋ａ（ａはＬｉ3ＰＯ4、ＬｉＩおよびＬｉ4ＳｉＯ4のうちから選択される少なくとも１つ）、Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2Ｓ−Ｂ2Ｓ5、Ｌｉ2Ｓ−Ｐ2Ｓ5−ＧｅＳ2、以外にもナトリウム／アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)、無定形、低相転移温度(Ｔｇ)のポリエーテル、無定形フッ化ビニリデンコポリマー、異種ポリマーのブレンド体、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。
【００５６】
なかでも、ポリアクリロニトリル、エチレンとアクリロニトリルとのコポリマーまたは架橋されたポリマーにエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの低分子量非水溶媒を加え、それに電解質塩を添加したイオン伝導性ゲルポリマー電解質などが好適に用いることができる。
【００５７】
本発明による電極活物質を用い、常法により、例えば一次電池、二次電池、キャパシタ、電解コンデンサー、センサー、エレクトロクロミック素子などの電気化学素子を得ることができる。
【００５８】
以下に、本発明における活物質について、実施例とともに詳細に説明する。実施例１および比較例１においては、本発明における活物質の評価を、試験用電池を作製することで行った。評価は通常の二次電池の評価方法と同様に行った。また、実施例２においては、本発明における活物質を用いて本発明に係る電気化学素子の１つであるコイン型電池を作製し、特性評価を行った。
【００５９】
《実施例１》
リチウムイオンがオルトキノン化合物の移動メディアとなる系において、電気化学反応が可逆的に進行するかについて、サイクリックボルタンメトリーを用いて検討を行った。
活物質として、上記一般式（１）においてＲ5〜Ｒ12がＨである、化学式（９）：
【化１２】
2007305430.tif 000014
【００６０】
で示される化合物：（９，１０−フェナントラキノン）を１０ｍＭの濃度となるように、プロピレンカーボネート溶媒に溶解させた。これに支持電解質として、ホウフッ化リチウムを１Ｍ溶解させて電解液を得た。上記電解液に、グラッシーカーボン製の作用極と、金属リチウム製の対極および参照極と、を浸漬し、リチウム基準に対して２．０〜３．０Ｖの電位範囲で電位走印を行った。
【００６１】
《比較例１》
パラキノン化合物である１，４−ベンゾキノンを１０ｍＭの濃度となるように、プロピレンカーボネート溶媒に溶解させた。これに支持電解質として、ホウフッ化リチウムを１Ｍ溶解させて電解液を得た。上記電解液に、グラッシーカーボン製の作用極と、金属リチウム製の対極および参照極と、を浸漬し、リチウム基準に対して２．０〜３．０Ｖの電位範囲で電位走印を行った。
【００６２】
実施例１および比較例１の評価で得られたサイクリックボルタモグラムを図1に示す。
図１に示すように、比較例１の場合は、初期２．７Ｖ付近に還元反応に伴うキノン部位のケトン（Ｃ＝Ｏ）からＯ−Ｌｉへの反応が観察されるが、その後酸化反応は観察されない。一方、実施例１のようにオルト位にケトン基を有する９，１０−フェナントラキノンを用いた場合には、還元反応、酸化反応ともに電流値が観察され、可逆的に反応が行われている。
【００６３】
以上の結果から、パラ位にケトン基を有するキノン化合物を活物質に用い、かつリチウムイオンを移動メディアとして用いた場合には、一度還元反応によってＯ−Ｌｉ結合が形成されると、その後は可逆的な反応は進行しない。一方、オルト位にケトン基を有するキノン化合物を活物質に用いた場合は、可逆的な反応を行わせることが可能であることがわかる。
【００６４】
《実施例２》
ガス精製装置を備えたドライボックス中アルゴンガス雰囲気下において、上記実施例１で用いた９，１０−フェナントラキノンを３０ｍｇと、導電補助剤であるアセチレンブラック３０ｍｇと、を均一になるまで混合し、溶剤としてＮ-メチルピロリドンを１ｍＬ加えた。その後、上記活物質と上記導電補助剤とを結着させる目的で、結着剤であるポリフッ化ビニリデン５ｍｇを加え、均一になるまで混合させ、黒色のスラリーを得た。上記スラリーをアルミニウム箔製集電体上にキャストし、室温にて１時間真空乾燥を行った。乾燥後これを１３．５ｍｍの円盤上に打ち抜いて正極を得た。
【００６５】
次に、上記方法で作製した正極と、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの混合物（重量比１：１）に、１Ｍホウフッ化リチウムを溶解して得られた電解液と、グラファイト（厚さ；３００μｍ）製の負極と、を用いてコイン型電池を作製した。ただし、グラファイト製の負極は、あらかじめＬｉ金属対極を用いて０．１ｍＡ／ｃｍ2の電流値で予備充電を行い、負極内にリチウムイオンの挿入を行った。
【００６６】
ここでは、図２に示す構造を有するコイン型電池を作製した。図２は、コイン型電池の概略縦断面図である。まず、正極２３をケース２１に設けた集電板２２上に置き、その上に多孔質ポリエチレンシートからなるセパレータ２４を設置した。次に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートを重量比１：１で混合した溶媒にモル濃度１Ｍのホウフッ化リチウムを溶解させた電解液をケース２１内に注液した。次いで、内面に負極２６を圧着し、周縁部にガスケット２８を装着した封口板２５をケース２１に組み合わせ、プレス機にてかしめて封口し、コイン型電池を得た。
【００６７】
このようにして作製したコイン型電池について、正極に０．１３３ｍＡの電流で、電圧範囲２．５Ｖ〜４．０Ｖで定電流充放電を行い、リチウムイオン系における反応可逆性の検討を行った。その結果を図３に示す。図３から、リチウムイオンを用いた系においてオルト位にケトン基を有する９,１０−フェナントラキノンを用いると、可逆的な充放電反応が進行することが確認された。
【００６８】
さらに、１電子目の反応の電位と２電子目の反応の電位と差は、０．３Ｖ程度であり、両電位は非常に近い値を示した。よって、本発明に係る電気化学素子の平均電圧は、従来のパラキノンの場合とくらべて大きくなり、電圧の点からも高エネルギー密度化が可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る電気化学素子を用いれば、高出力、軽量および高容量な蓄電デバイスを提供することができる。即ち、本発明に係る電気化学素子は、各種携帯機器、輸送機器および無停電電源などの用途に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例１および比較例１において作製した評価用電池のサイクリックボルタモグラムである。
【図２】実施例２において作製したコイン型電池の概略縦断面図である。
【図３】実施例２において作製したコイン型電池の充放電曲線である。
【図４】実施例３において作製したコイン型電池の充放電曲線である。
【符号の説明】
【００７１】
２１  ケース
２２  集電板
２３  正極
２４  セパレータ
２５  封口板
２６  負極
２７  集電板
２８  ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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