2015 Fiscal Year Annual Research Report
フッ素系電子受容体の合成とそれを用いた二次電池正極材の開発
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24550213
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
松原 浩 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20239073)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電子受容体 / ベンゾキノン / 二次電池 / 正極活物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フルオラス化合物において未開発な性質であるペルフルオロアルキル基の強力な電子求引性を活用した高性能の酸化剤を合成し、さらにこの特長を活かした機能性電子材料、すなわちフッ素系二次電池正極材料を開発を行った。以下に成果を述べる。
（１）シアノ基を導入したフルオラスベンゾキノンの合成を行い、その電気化学的性質を調べたところ、従前に合成したフルオラスベンゾキノンを遙かに凌ぐ大きな酸化力を有することが分かった。
（２）合成したフルオラスベンゾキノン類を用いて二次電池を作製した。その結果、酸化力が大きいベンゾキノンは３Ｖ程度の高い出力電圧を示した。しかしながら、ペルフルオロアルキル基は分子量が大きいため、容量密度が小さくなってしまうことが分かった。そこで、当初予定していたトリフルオロメチル基に代えて複数のフッ素を直接ベンゾキノン骨格に導入した化合物を合成し、それらを用いて二次電池を作製した。さらにフッ素に代えて、塩素や臭素原子を導入したベンゾキノン類も併せて合成し、二次電池正極活物質としての性能を評価した。その結果、フッ素を導入した化合物の容量密度は大きく、また出力電圧も高かったがサイクル特性が悪くなった。一方で、塩素や臭素を導入したベンゾキノンでは、臭素を導入したベンゾキノンが容量密度は小さいものの、サイクル特性が最も良い結果となった。
（３）置換基の立体効果がサイクル特性に与える影響を調べるために、大きさの異なるアルキル基を導入したベンゾキノンを合成し、二次電池正極活物質としての性能を評価した。その結果、かさ高い置換基を導入するとサイクル特性が劇的に改善されることが分かった。
（４）更なるサイクル特性の改善を目指しベンゾキノン類の多量化を検討した。無置換ベンゾキノンダイマーの合成に成功し、その電池性能を調べた。
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