JP4014737B2 - 熱重合性組成物及びその用途 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高イオン伝導性高分子固体電解質を得るための熱重合性組成物、この熱重合性組成物を重合することによって得られる高分子固体電解質、並びにこの高分子固体電解質を用いた電池及び電気二重層コンデンサ及びそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイオニクス分野でのダウンサイジング及び全固体化という流れの中で、従来の電解質溶液に代わる新しいイオン伝導体として、固体電解質を用いた全固体一次電池や二次電池及び電気二重層コンデンサの実用化が望まれている。
すなわち、従来の電解質溶液を用いた電池では、電池外部への液漏れあるいは電極物質の溶出などが発生しやすいために長期信頼性に問題がある。最近期待されているフレキシブルなシート状電池においても、電解質溶液を用いた場合には、電池容器内での電解液のかたよりや液枯れによる内部インピーダンスの上昇あるいは内部短絡の問題がある。
【０００３】
また、近年、比表面積の大きい炭素材料を分極性電極としてその間にイオン伝導性溶液を配置する電気二重層コンデンサが、メモリーバックアップ電源用などに多用されるようになってきている。このような電気二重層コンデンサにおいても、現在の電解質溶液では、長期間の使用において、あるいは高電圧が印加された場合に、コンデンサ外部への液漏れ等が発生し易く長期使用や信頼性に問題がある。また、従来の無機系イオン伝導性物質を用いた電気二重層コンデンサは、イオン伝導性物質の分解電圧が低く、出力電圧が低いという問題もある。
【０００４】
これに対して、高分子固体電解質を用いた電池及び電気二重層コンデンサでは液漏れや電極物質の溶出等の問題はなく、種々の形状に加工でき、封止も簡単である。また、より薄型化することも容易である。さらに、ポリホスファゼン系有機高分子をイオン伝導性物質の主成分とした電気二重層コンデンサでは、無機系イオン伝導性物質に比較して出力電圧が高くなる例が報告されている（例えば、特開平4-253771号公報）。
【０００５】
しかし、一般的に検討されている高分子固体電解質のイオン伝導度は、室温における値で１０^-4〜１０^-5Ｓ／ｃｍ程度まで改善されたものの、溶液系イオン伝導性物質に比較するとなお２桁以上低い水準にとどまっている。これは、近年注目されているオリゴオキシエチレン鎖を導入した高分子固体電解質についても同様である（例えば、特開平4-211412号公報）。また、０℃以下の低温になると、一般に極端にイオン伝導性が低下するという問題がある。
【０００６】
また、高分子固体電解質を電池や電気二重層コンデンサに組み込む方法として、高分子固体電解質の溶液を電極等の基質上に塗布延伸し、次いで溶媒を乾燥除去するいわゆるキャスト法が行われてきたが、この手法では加工操作が複雑である上、電極との密着性が十分ではない。
そこで、高分子固体電解質の主成分として電解質及び重合可能な化合物を用い、これを液状またはゲル状として電池あるいはコンデンサの構造体内に装入し、しかる後に硬化させて複合を行う硬化法が検討されている。
【０００７】
このような重合性組成物の硬化法としては、従来、活性光線による硬化法が盛んに研究開発され、特に、経済的に有利である紫外線光重合開始剤を用いた高分子固体電解質が検討されている。しかし、光照射では電池の構成上、正極、負極及び／またはセパレータの各要素と高分子固体電解質用重合性組成物とを同時に複合一体化することが困難である。特に、正極、高分子固体電解質、負極を積層するタイプや捲き回すタイプは、各要素が光透過性でないため一体化が難しい。活性光線の不透過による硬化不良を避けるために、正極、負極の各要素と高分子固体電解質用重合性組成物をそれぞれ複合化し、しかる後に積層等を行うことも考えられるが、活性光線が電極材料により遮蔽され、電極内部の重合性組成物の硬化が不十分となり、電極の深さ方向で重合が不均一に起こるという問題、あるいは機械的強度や電極間ギャップを補償するために使用されるセパレータを介在させた場合にセパレータの裏側まで均一に硬化させることが難しいという問題がある。さらに、重合性組成物が接する雰囲気により酸素阻害を受け易く、硬化不良につながるという問題を含んでいた。
【０００８】
このため、正極、負極及び／またはセパレータの各要素と高分子固体電解質とを硬化と同時に複合一体化でき、電池の内部インピーダンスを小さくすることが構成上可能である熱硬化による方法も提案されている。この方法では、活性光線による光硬化法では困難な、正極、高分子固体電解質、負極を積層するタイプや捲回するタイプにおいて優位性を有する。しかし、熱重合開始剤を用いた高分子固体電解質用重合性組成物においては、開始剤は所望する硬化温度によって決められることが多い。したがって、例えば、電解液中に低沸点溶媒を含有する場合には、その溶媒の揮発による溶液組成変化を避けるためラジカル発生温度が高温の開始剤の使用が制限される。この結果、室温から中温（８０℃程度）で硬化させるべく重合促進剤を併用することになるが、これらの重合促進剤やその分解生成物は、高分子固体電解質のイオン伝導性などの電流物性やサイクル寿命など特性の劣化をもたらす。重合促進剤を用いずに加熱のみで硬化させると、硬化速度が熱重合開始剤の熱分解速度に依存するため、低い温度では硬化に至るまでに時間がかかる。重合開始剤量を増やして発生ラジカル量を増やし効率よい硬化を行うことも一般に行われているが、未反応の開始剤や分解生成物が増えるため、イオン伝導性等の電流特性あるいはサイクル特性等の電気化学的特性に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００９】
以上、低温、中温での開始効率の高い開始剤、促進剤を用いたり、重合開始剤量を増やしたりする等して熱重合性組成物の硬化性を高めると、逆に熱重合性組成物のゲル化が起こる、または粘度が上がるなど保存安定性に問題が生じてくる。従って、加熱硬化性が良好で保存安定性の優れた高分子固体電解質用重合性組成物が強く望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱重合開始能が高い重合開始剤及び硬化性の良好な重合性化合物を組み合わせて、室温及び低温でのイオン伝導性に優れ、かつ十分な強度を有する高分子固体電解質用の熱重合性組成物の可使時間を特定の重合抑制剤を用いて長くすることにより、硬化性が良好で保存安定性に優れた、実用性のある熱重合性組成物を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、上記熱重合性組成物から得られる架橋及び／または側鎖基を有する高分子及び電解質を含む高イオン伝導性で、安定性の良好な高分子固体電解質を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、電池内部に上記高分子固体電解質を用いた、高容量、高電流で作動でき、高寿命で信頼性に優れ、安価に製造できる一次電池及び二次電池を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明はコンデンサ内部に上記高分子固体電解質を用いた、出力電圧が高く、取り出し電流が大きく、加工性が良好で、高寿命で信頼性に優れ、安価に製造できる電気二重層コンデンサを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討した結果、下記一般式（１）で示される特定の構造を有する化合物が重合抑制効果を有し、熱重合組成物の保存安定性を改善することを見出した。
【化４】

（式中の記号は、後記と同じ意味を表わす。）
【００１４】
さらに、上記化合物を下記一般式（２）で示される特定の有機過酸化物からなる熱重合開始剤と一般式（３）及び（４）で示される特定の構造を有する重合性化合物とを組み合わせることにより、保存安定性が良好で硬化特性の優れた熱重合性組成物が得られること、電極内部または活性光線が届かない材料内部でも高分子固体電解質が製造されること、また得られた高分子固体電解質は電極との密着性が良好であることを確認して、本発明を完成するに至った。
【００１５】
【化５】

（式中の記号は、後記と同じ意味を表わす。）
【００１６】
また、本願出願人が先に提案している、ウレタン（メタ）アクリレート化合物を原料として得られる室温及び低温でのイオン伝導性に優れた高分子固体電解質（特開平9-73907号公報等）を上記の重合性化合物として用いることにより、さ らに、室温及び低温でも優れたイオン伝導度が実現されることを確認し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち本発明は、以下の熱重合性組成物、この熱重合性組成物を重合することによって得られる高分子固体電解質、並びにこの高分子固体電解質を用いた電池、電気二重層コンデンサ及びそれらの製造方法を提供する。
［１］重合することにより架橋及び／または側鎖形構造を有する高分子となる重合性官能基を有する少なくとも一種の熱重合性化合物、少なくとも一種の電解質塩、少なくとも一種の重合開始剤、及びビニル基を有する少なくとも一種の重合抑制剤を含むことを特徴とする熱重合性組成物。
【００１８】
［２］重合抑制剤が、下記一般式（１）
【化６】

［式中、Ａは直鎖状、分岐状、または環状のアルキレン基を表わし、Ｐｈは置換基を有してもよいフェニル基を表わし、ａは０または１である。２個のＰｈは同一でも異なってもよい。］
で示される構造を有する化合物である前記［１］に記載の熱重合性組成物。
【００１９】
［３］重合開始剤が下記一般式（２）
【化７】

［式中、Ｘは直鎖状、分岐状または環状の、置換基を有してもよいアルキル基またはアルコキシ基を表わし、Ｙは直鎖状、分岐状または環状の、置換基を有してもよいアルキル基を表わし、ｍ及びｎはそれぞれ０または１であるが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）の組み合わせは除く。］
で示される有機過酸化物である前記［１］または［２］に記載の熱重合性組成物。
【００２０】
［４］有機過酸化物が、ベンゼン環を含まない、ジアシルパーオキサイド類、パーオキシジカーボネート類及びパーオキシエステル類から選ばれる前記［３］に記載の熱重合性組成物。
［５］熱重合性化合物が下記一般式（３）及び／または一般式（４）
【化８】

【００２１】
［式中、Ｒ¹及びＲ³は水素原子またはアルキル基を表わし、Ｒ²及びＲ⁵は、オキシアルキレン、フルオロカーボン、オキシフルオロカーボンまたはカーボネート基を含む２価の基を表わし、Ｒ⁴は炭素数１０以下の２価の基を表わす。Ｒ²、Ｒ⁴及びＲ⁵はヘテロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分岐状または環状のいずれの構造を有するものでもよい。ｘは０または１〜１０の整数を示す。但し、同一分子中に複数個の上記一般式（３）または（４）で示される重合性官能基が含まれる場合、それぞれの重合性官能基中のＲ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵及びｘは、同 一でもよいし異なってもよい。］
で示されるいずれか一つの重合性官能基を有する重合性化合物を含む前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の熱重合性組成物。
【００２２】
［６］重合性組成物が、さらに炭酸エステル類、脂肪族エステル類、エーテル類、ラクトン類、スルホキシド類及びアミド類から選ばれる少なくとも一種の非水有機溶媒を含む前記［１］乃至［５］のいずれかに記載の熱重合性組成物。
【００２３】
［７］非水有機溶媒の含有量が、熱重合性化合物に対して３００〜1500重量％である前記［６］に記載の熱重合性組成物。
［８］平均粒径が0.005〜１００μｍの無機微粒子を少なくとも一種含む前記［ １］乃至［７］のいずれかに記載の熱重合性組成物。
【００２４】
［９］電解質塩が、アルカリ金属塩、４級アンモニウム塩、４級ホスホニウム塩、遷移金属塩及びプロトン酸から選ばれる少なくとも一種である前記［１］乃至［８］のいずれかに記載の熱重合性組成物。
【００２５】
［１０］少なくとも一種の電解質塩が、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、 及びＬｉＮ（Ｒ−ＳＯ₂）₂（式中、Ｒは炭素数１以上１０以下のパーフルオロアルキル基を表わす。）から選択される前記［９］に記載の熱重合性組成物。
［１１］前記［１］乃至［１０］のいずれかに記載の熱重合性組成物を熱重合することによって得られる高分子固体電解質。
［１２］前記［１１］に記載の高分子固体電解質、及び電極活物質または分極性材料を含むことを特徴とする電池用または電気二重層コンデンサ用電極。
［１３］前記［１１］に記載の高分子固体電解質を用いることを特徴とする電池。
【００２６】
［１４］電池の負極として、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料、リチウムイオンを吸蔵放出できる無機化合物、及びリチウムイオンを吸蔵放出できる導電性高分子から選択される少なくとも一つの材料を用いる前記［１３］に記載の電池。
［１５］電池の正極として、導電性高分子、金属酸化物、金属硫化物及び炭素材料から選択される少なくとも一つの材料を用いる前記［１３］に記載の電池。
［１６］前記［１１］に記載の高分子固体電解質を用いることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
【００２７】
［１７］前記［１］乃至［１０］のいずれかに記載の熱重合性組成物の少なくとも一種を電池構成用構造体内に入れ、または支持体上に配置した後、加熱して熱重合性組成物を硬化することを特徴とする電池の製造方法。
［１８］前記［１］乃至［１０］のいずれかの項に記載の熱重合性組成物の少なくとも一種を電気二重層コンデンサ構成用構造体内に入れ、または支持体上に配置した後、加熱して熱重合性組成物を硬化することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。
【００２８】
【発明の実施の態様】
［１］熱重合性組成物
本発明の熱重合性組成物は、基本的には、(a)熱重合性化合物、(b)重合開始剤、(c)重合抑制剤及び(d)電解質塩を各々少なくとも一種含む。さらに(e)非水有 機溶媒、(f)無機微粒子を含んでもよい。
本発明の熱重合性組成物は、特に保存安定性改善のために添加する特定の重合抑制剤(c)に特徴を有する。
【００２９】
また好ましくは、重合開始能が良好な特定の重合開始剤(b)を(c)と組み合わせることにより硬化性が良好で保存安定性の優れた熱重合性組成物を得ることができる。すなわち、一般式（２）で示される重合開始剤(b)は重合開始能が良好で あり、非常に少量であっても効率的に反応が進行し、室温から中温でも熱重合性組成物の硬化が可能で、残存二重結合が非常に少なく、硬化特性の良好な熱重合性組成物が得られる。
【００３０】
しかしながら、一般式（２）で示される重合開始剤(b)を用いることにより、 熱重合性組成物の保存安定性が劣り、熱重合性組成物の偶発的な硬化が起こりやすいという問題を生じる。これに一般式（１）で示される特定の重合抑制剤を添加すると、保存安定性が特異的に改善される。
一般式（１）で示される本重合抑制剤はスチレン骨格の二重結合を有する化合物であり、熱重合性組成物の保存中に重合開始剤の分解等により徐々に発生する成長ラジカル種をその二重結合に付加させる機能を有する。このラジカルが付加した重合抑制剤は長時間安定であるため、熱重合性組成物の偶発的な重合を防ぐことができる。
【００３１】
また、熱重合性化合物(a)として、一般式（３）及び／または（４）で示され る重合性官能基を有する特定の化合物を使用すると熱重合性組成物の硬化特性がさらに増すので好ましい。この特定の熱重合性化合物(a)を用いることにより得 られる硬化物は電流特性やサイクル特性に優れ、電気化学的に安定な高分子固体電解質を形成する。さらに驚くべきことに、非水有機溶媒を含む組成物においては、有機溶媒が重合性化合物の３００重量％を超える場合でも硬化性が良く、得られる高分子固体電解質は高イオン伝導性で成膜性に優れ、膜強度や電気化学的特性が良好である。
以下、本発明の熱重合性組成物の各構成成分について詳述する。
【００３２】
(a)熱重合性化合物
(i)熱重合性化合物の構造
本発明で用いる熱重合性化合物(a)は特に限定されないが、以下の一般式（３ ）及び／または一般式（４）
【化９】

【００３３】
［式中、Ｒ¹及びＲ³は水素原子またはアルキル基を表わし、Ｒ²及びＲ⁵は、オキシアルキレン、フルオロカーボン、オキシフルオロカーボンまたはカーボネート基を含む２価の基を表わし、Ｒ⁴は炭素数１０以下の２価の基を表わす。Ｒ²、Ｒ⁴及びＲ⁵はヘテロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分岐状または環状のいずれの構造を有するものでもよい。ｘは０または１〜１０の整数を示す。但し、同一分子中に複数個の上記一般式（３）または（４）で示される重合性官能基が含まれる場合、それぞれの重合性官能基中のＲ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵及びｘは、同 一でもよいし異なってもよい。］
で示されるいずれか一つの官能基を有する重合性化合物が好ましい。
【００３４】
一般式（３）及び／または（４）で示されるいずれか一つの官能基を有する重合性化合物は、（メタ）アクリレート構造とオキシアルキレン、フルオロカーボン、オキシフルオロカーボン及び／またはカーボネート基を含む部分とからなる。（メタ）アクリレート構造は、重合反応により架橋または主鎖を形成する。オキシアルキレン、フルオロカーボン、オキシフルオロカーボン、カーボネート基を含む部分は重合後、架橋及び／または側鎖形構造を形成する。この側鎖構造等においてヘテロ原子が電解質塩のイオン化を促進させ固体電解質のイオン伝導性を向上させるとともに、ラジカル重合による硬化性をも促進させる。この結果、少ない熱重合開始剤添加量においても残存２重結合が非常に少なく、硬化が完全に進むことが見出された。
【００３５】
特に一般式（４）の構造の重合性官能基を含むことが好ましい。熱重合性化合物が一般式（４）の重合性官能基を有する場合、化合物を重合して得られる高分子はウレタン基を含んでおり、誘電率が高くなり、高分子固体電解質とした場合のイオン伝導度が高くなるという好ましい特徴をもたらす。さらに、一般式（４）の構造を含む熱重合性化合物は重合性が良好で、薄膜にしたときの膜強度も大きく電解液の包含量が多くなり好ましい。
【００３６】
一般式（３）のＲ²あるいは一般式（４）のＲ⁵に含まれるオキシアルキレンは特に制限されないが、好ましくは次式
【化１０】

で示される構造を含むオキシアルキレン鎖である。上記式中、Ｒ⁶は水素原子ま たは炭素数１０以下のアルキル側鎖である。アルキル側鎖としては好ましくはメチル基である。繰り返し数ｓは１〜1000、好ましくは１〜５０の範囲の整数である。もっとも、Ｒ⁶は各繰り返し単位ごとに異なっていても良い。
【００３７】
一般式（３）のＲ²あるいは一般式（４）のＲ⁵に含まれるフルオロカーボンは特に制限されないが、好ましくは炭素数２０以下のアルキレン鎖において炭素に結合する水素がフッ素で置換されたものである。炭素鎖の骨格は直鎖状、分岐状、環状のいずれの構造を有するものでもよい。
【００３８】
一般式（３）のＲ²あるいは一般式（４）のＲ⁵に含まれるオキシフルオロカーボンは特に制限されないが、好ましくは次式
【化１１】

で示される構造を含むオキシフルオロカーボン鎖である。式中、Ｒ⁷はフッ素原 子、または炭素数１０以下のフルオロカーボン側鎖である。フルオロカーボン側鎖としては、好ましくはペルフルオロメチル基である。繰り返し数ｔは１〜1000、好ましくは１〜５０の範囲の整数である。もっとも、Ｒ⁷は各繰り返し単位ご とに異なっていても良い。
【００３９】
一般式（３）のＲ²あるいは一般式（４）のＲ⁵に含まれるカーボネート基は特に制限されないが、好ましくは次式
【化１２】

で示されるポリまたはオリゴカーボネート鎖である。式中、Ｒ⁸は炭素数が１〜 １０の鎖状、分岐状及び／または環状の、ヘテロ原子を含んでいてもよい２価の基を表わし、ｕは１〜１０の整数であり、ｗは２〜1000の整数である。
【００４０】
上記一般式でｕが１０を超えると、高分子化合物中のカーボネート基が少なくなり、誘電率が低下し、電解質塩が解離しにくくなるので好ましくない。好ましいｕは１〜５である。
【００４１】
上記一般式でＲ⁸の炭素数が多すぎると、高分子化合物中のカーボネート基が 少なくなり、誘電率が低下し、電解質塩が解離しにくくなり好ましくない。また、高分子化合物の疎水性が増加し、各種極性溶媒との相溶性が低下し、好ましくない。好ましいＲ⁸の炭素数は１〜６であり、更に好ましくは１〜４である。繰 り返し数ｗは２〜1000の範囲であり、３〜１００の範囲が好ましく、５〜５０が特に好ましい。
【００４２】
なお、一般式（３）のＲ²あるいは一般式（４）のＲ⁵の残りの部分は、上記いずれの場合においても、直鎖状、分岐状もしくは環状のいずれの構造を含んでもよく、発明の目的に反しない限りにおいてヘテロ原子を含んでもよい。
【００４３】
また、一般式（４）のＲ⁴は、好ましくは
【化１３】
−（ＣＨ₂）_p（ＣＨ（ＣＨ₃））_q−
である。
式中、ｐ及びｑはそれぞれ０または１〜５の整数である。但しｐ＝ｑ＝０のときはｘ＝０である。［ＯＲ⁴］_xにおいてｘが２以上の場合、−ＣＨ₂−と−ＣＨ （ＣＨ₃）−はそれぞれが連続せずに不規則に配列してもよい。
【００４４】
(ii)熱重合性化合物の製造方法
一般式（３）で示される官能基を有する化合物を合成する方法に特に限定はないが、例えばＲ²がオキシアルキレン基の場合は、酸塩化物と末端にヒドロキシ ル基を有するオリゴオキシアルキレンオールとを反応させることにより容易に得られる。
【００４５】
例えば、一般式（３）で示される官能基を１つ有する化合物は、酸塩化物とモノアルキルオリゴアルキレングリコールとを以下の反応式に従って、１：１のモル比で反応させることにより、容易に得られる。
【化１４】

（式中、Ｒ¹は一般式（３）と同じ意味を表わし、Ｒ⁶及びｓは前記と同じ意味を表わす、Ｒ⁹は酸塩化物と反応しない基、例えばアルキル基である。）
【００４６】
同様に、一般式（３）で示される官能基を２つ有する化合物は、酸塩化物とオリゴアルキレングリコールとを以下の反応式に従って、２：１のモル比で反応させることにより、容易に得られる。
【化１５】

（式中、Ｒ¹、Ｒ⁶及びｓは前記と同じ意味を表わす。）
【００４７】
一般式（３）の官能基を３個以上有する場合も同様であり、酸塩化物をグリセリン等のトリオール、ペンタエリスリトール等のテトラオール、α−Ｄ−グルコピラノースにアルキレンオキサイドを付加重合させたペンタオール、マンニットにアルキレンオキサイドを付加重合させたヘキサオール等とそれぞれ３：１、４：１、５：１、６：１で反応させることにより、一般式（１）の官能基をそれぞれ１分子中に３個、４個、５個または６個有する重合性化合物が得られる。
【００４８】
Ｒ²がオキシフルオロカーボンを有する化合物の製造方法も、水酸基を有する 化合物の炭素骨格に結合した水素がフッ素に置換されているオキシフルオロカーボンを用いる点を除いて上記と同様である。
【００４９】
具体的方法として１つのエチレン性不飽和基を有する化合物、すなわち一般式（１）で示されるユニットを１つ有する化合物は、例えば、上述の酸塩化物と２，２，３，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−１−ブタノールのようなモノオールとを１：１のモル比で反応させることにより、容易に得られる。
【００５０】
また、２つのエチレン性不飽和基を有する化合物、すなわち一般式（３）で示されるユニットを２つ有する化合物は、例えば、酸塩化物と２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオールのようなジオールとを２：１のモル比で反応させることにより、容易に得られる。
一般式（３）で示されるユニットを３つ以上有する化合物についても同様である。
【００５１】
本発明の高分子固体電解質に用いられるオキシアルキレン基を有し、一般式（４）で示される官能基を有する化合物を合成する方法に特に限定はないが、例えば、上記の酸塩化物の代わりに、
【化１６】

（式中、Ｒ³、Ｒ⁴及びｘは一般式（４）と同じ意味を表わす。）
で示されるイソシアネート化合物と末端にヒドロキシル基を有するオリゴオキシアルキレンオールとを反応させることにより容易に得ることができる。
【００５２】
具体的方法として一般式（４）で示される官能基を１つ有する化合物は、例えば、メタクリロイルイソシアナート系化合物（以下、ＭＩ類と略記する。）あるいはアクリロイルイソシアナート系化合物（以下、ＡＩ類と略記する。）とモノアルキルオリゴアルキレングリコール等とを、以下の反応式に従って１：１のモル比で反応させることにより、容易に得られる。
【００５３】
【化１７】

（式中、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁶、Ｒ⁹、ｘ及びｓは前記と同じ意味を表わす。）
【００５４】
また、一般式（４）で示される官能基を２つ以上有する化合物についても上記と同様に合成することができる。例えば、ＭＩ類あるいはＡＩ類とオリゴアルキレングリコールとを２：１のモル比で反応させることにより一般式（４）で示される官能基を２つ有する化合物が得られ、ＭＩ類及び／またはＡＩ類と、グリセリン等の３価アルコールにアルキレンオキサイドを付加重合させたトリオールとを３：１のモル比で反応させることにより一般式（４）で示される官能基を３つ有する化合物が得られ、ＭＩ類及び／またはＡＩ類と、ペンタエリスリトール等の４価アルコールにアルキレンオキサイドを付加重合させたテトラオールとを４：１のモル比で反応させることにより一般式（４）で示される官能基を４つ有する化合物が得られ、ＭＩ類及び／またはＡＩ類と、α−Ｄ−グルコピラノースにアルキレンオキサイドを付加重合させたペンタオールとを５：１のモル比で反応させることにより一般式（４）で示される官能基を５つ有する化合物が得られ、ＭＩ類及び／またはＡＩ類と、マンニットにアルキレンオキサイドを付加重合させたヘキサオールとを６：１のモル比で反応させることにより一般式（４）で示される官能基を６つ有する化合物が得られる。
【００５５】
オキシアルキレンに代えてフルオロカーボンまたはオキシフルオロカーボンを導入したい場合には、上記の２価乃至多価アルコールにおいて水素をフッ素で置換したものを用いればよい。例えば、ＭＩ類あるいはＡＩ類と２，２，３，３−テトラフルオロ−１，４−ブタンジオールのようなジオールとを以下の反応式に従って、２：１のモル比で反応させることにより、一般式（４）で示される官能基を分子中に２個含み、これらがペルフルオロカーボンを介して結合した熱重合性化合物が得られる。
【００５６】
【化１８】

【００５７】
一般式（４）で示されるユニットを３つ以上有する化合物についても同様である。
【００５８】
Ｒ²あるいはＲ⁵がカーボネート基を有する基である具体的な重合性化合物としては、例えば以下の一般式で示される化合物が挙げられる。
【化１９】

［式中、Ｒ¹⁰は炭素数１〜２０の鎖状、分岐状及び／または環状の、ヘテロ原子を含んでいてもよい基を表わし、その他の記号は前記と同じ意味を表わす。］
【００５９】
一般式（３）において、Ｒ²がカーボネート基を有する基を表わす重合性化合 物を合成する方法に特に制限はないが、例えば、酸クロライドと末端にヒドロキシル基を有するポリまたはオリゴカーボネートオールとを以下の工程で反応させることにより容易に得られる。
【化２０】

［式中、Ｒ¹、Ｒ⁸、ｕ及びｗは前記と同じ意味を表わす。］
【００６０】
一般式（４）において、Ｒ⁵がカーボネート基を有する基を表わす重合性化合 物を合成する方法に特に制限はないが、例えば
【化２１】

で示されるイソシアネート化合物と末端にヒドロキシル基を有するポリまたはオリゴカーボネートオールとを反応させることにより容易に得ることができる。
【００６１】
具体的方法として、一般式（２）で示される官能基を一つ有する化合物は、例えば、前記ＭＩ類あるいはＡＩ類とモノアルキルポリまたはオリゴカーボネートオールとを、以下の反応の様に１：１のモル比で反応させることにより容易に得ることができる。
【００６２】
【化２２】

（式中、Ｒ¹¹は炭素数１〜１０の有機基を表わし、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁸、ｕ、ｗ及び ｘは前記と同じ意味を表わす。）
【００６３】
また、一般式（４）で示される官能基を二つ有する化合物は、例えば、ＭＩ類あるいはＡＩ類とポリまたはオリゴカーボネートジオールとを以下のように２：１のモル比で反応させることにより容易に得られる。
【化２３】

（式中、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁸、ｕ、ｗ及びｘは前記と同じ意味を表わす。）
【００６４】
また一般式（２）で示される官能基を三つ有する化合物は、例えば、ＭＩ類あるいはＡＩ類とポリまたはオリゴカーボネートトリオールとを３：１のモル比で反応させることにより容易に得られる。
【００６５】
(iii)熱重合性化合物の使用形態
本発明で用いる熱重合性化合物は、後述する重合開始剤の存在下、加熱により重合して高分子固体電解質を形成する。一般式（３）及び／または（４）で示される重合性官能基を有する化合物はそれぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また前記一般式（３）及び／または（４）で示される重合性官能基を有する重合性化合物の少なくとも一種と他の重合性化合物とを組み合わせて用いてもよい。
【００６６】
ここで、一般式（３）または（４）で示される官能基を１つしか有さない化合物を重合してできる高分子は、架橋構造を有しておらず膜強度不足のため、薄膜にすると短絡する場合がある。したがって、一般式（３）及び／または（４）で示される官能基を２つ以上有する重合性化合物と共重合し、架橋させるか、一般式（３）及び／または（４）で示される官能基を２つ以上有する重合性化合物から得られる高分子と併用することが好ましい。これら高分子を薄膜として使用する場合、その強度を考慮して、１分子中に含まれる一般式（３）または（４）で示される官能基の数は、３つ以上がより好ましい。
【００６７】
前記一般式（３）及び／または（４）で示される重合性官能基を有する重合性化合物と共重合可能な他の重合性化合物としては、特に制限はない。例えば、メタクリル酸メチル、アクリル酸ｎ−ブチル等の（メタ）アクリル酸アルキルエステル、各種ウレタンアクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミド、炭酸ビニレン、（メタ）アクリロイルカーボネート、Ｎ−ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン、メタクリロイルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド系化合物、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン系化合物、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド等のＮ−ビニルアミド系化合物、エチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテルを挙げることができる。これらの中で好ましいのは、（メタ）アクリル酸エステル、ウレタン（メタ）アクリレートであり、ウレタン（メタ）アクリレートが重合性という観点で特に好ましい。
【００６８】
(b)熱重合開始剤
熱重合開始剤は、熱によってホモリシスを起こしラジカルを発生させる系と、２つの物質間で１電子移動反応を起こしてラジカルを発生させる２元系とに大きく分類される。前者として、過酸化ベンゾイルなどの過酸化物やアゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物などが、後者としてレドックス開始剤があげられる。
【００６９】
本発明においては、一般式（２）
【化２４】

［式中、Ｘは直鎖状、分岐状または環状の、置換基を有してもよいアルキル基またはアルコキシ基を表わし、Ｙは直鎖状、分岐状または環状の置換基を有してもよいアルキル基を表わし、ｍ及びｎはそれぞれ０または１であるが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）の組み合わせは除く。］で示される有機過酸化物を用いることが好ましい。
【００７０】
アゾ化合物、例えば、アゾビスジフェニルメタン、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）等は、ラジカル発生に伴ってガスが発生し、電極上及び／または電極内部に固体電解質を複合する場合、このガスによって集電体からの電極材剥離や電極膨張など電池形状の変化や、電流特性や界面抵抗の増大やサイクル特性の劣化など電気化学的特性に悪影響を及ぼす問題があるので好ましくない。
【００７１】
また、ベンゼン環を有する過酸化物、例えば、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン系化合物、ジエトキシアセトフェノン等のアセトフェノン系化合物、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸メチル等のベンゾフェノン系化合物等は、その加熱分解生成物がフェニル基を含むため電気化学的安定性に問題があり、電池としてのサイクル特性劣化が早いこと、また一般にその活性酸素量が半減する温度が高く、電解質や溶剤及び高分子の劣化や分解、溶剤の揮発などが起こりやすく、電気化学的特性や製造工程上の問題が起こりやすいので好ましくない。
【００７２】
これに対し、上記一般式（２）で示される重合開始剤は、重合開始能が良好であり、非常に少量であっても効率的に反応が進行し、室温から中温でも熱重合性組成物の硬化が可能で、残存二重結合が非常に少ない、高分子固体電解質を得る目的に適した硬化特性の良好な熱重合性組成物が得られる。また、本重合開始剤を用いた熱重合性組成物は硬化時のガス発生が少なく、また硬化後の生成物が電気化学的に安定であり、従ってこの熱重合性組成物から得られる高分子固体電解質は電流特性の低下やサイクル特性の劣化など電気化学的問題が生じず、またガス発生に伴う集電体からの電極剥離や電極からの高分子固体電解質剥離など内部インピーダンスの上昇をもたらさないことが確認された。
【００７３】
一般式（２）で示される重合開始剤としての有機過酸化物とは、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステルであり、具体的には、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジ−２−エトキシエチルパーオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−２−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ（３−メチル−３−メトキシブチル）パーオキシジカーボネート、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカネート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシネオデカネート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカネート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカネート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエートなどが例示される。
【００７４】
これら有機過酸化物は、単独または任意の組み合わせで本発明に使用することができ、２種以上組み合わせて使っても差し支えない。
【００７５】
重合性化合物及び／または重合性組成物の硬化を所望する場合には、その高分子固体電解質の熱安定性の問題や電極など各種構成材と複合における密着性の問題から、室温から中温での硬化が望ましい。室温から中温での硬化を所望する場合には、開始剤と還元性の促進剤を併用するか、あるいは開始剤を熱のみで分解させることが可能であるが、促進剤を併用して活性を示すものよりは、室温において単独で開裂を起こし、あるいは加熱されて初めて分解して遊離ラジカルを発生し活性を示すものが好ましい。熱のみで硬化させる場合は、その開始剤の熱分解速度を最適に選択すれば良く、これら開始剤を組み合わせることも好ましい。
【００７６】
本発明の重合性組成物中には、下記式で定義される活性酸素量、すなわち有機過酸化物の構造中にある活性酸素（−Ｏ−）の原子量をその有機過酸化物の分子量で除した値に重合性組成物中に占める有機過酸化物の重量％を掛けた値が、１ｐｐｍから1000ｐｐｍ、特に１０から５００ｐｐｍ存在することが好ましい。
【００７７】
【数１】
活性酸素量（重量％）＝（有機過酸化物の量／重合性組成物の量）×（１６×過酸化結合の数／有機過酸化物分子量）
【００７８】
活性酸素量が過少であると反応が十分に進行しない。活性酸素量が過剰であると、開始剤によるターミネートが多く、低分子量化し易く膜の強度不足の問題を生じ、電流特性やサイクル特性の劣化など電気化学的特性に悪影響を及ぼす。
【００７９】
(c)重合抑制剤
本発明の熱重合性組成物に用いる重合抑制剤は分子内にビニル基を含む下記一般式（１）で示される構造を有する化合物である。
【化２５】

【００８０】
式中、Ａは直鎖状、分岐状、または環状のアルキレン基を表わし、Ｐｈは置換基を有してもよいフェニル基を表わし、ａは０または１である。
一般式（１）において、Ａが表わす直鎖状、分岐状、及び環状のアルキレン基としては、例えば下記式で示される基が挙げられる。
【化２６】

一般式（１）において、フェニル基の置換基としては、メチル基やエチル基などのアルキル基が挙げられ、置換基を有するフェニル基としては、例えば３−メチルフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基などが挙げられる。
【００８１】
本発明で使用する重合抑制剤は、熱重合性組成物の重合開始時に以下の機能を発現することを目的としている。
まず、重合開始時に熱重合開始剤の分解等により発生したラジカルを本重合抑制剤のビニル基に付加させて成長反応を一時的に停止させ安定化させる。ついで加熱により二重結合に付加したラジカルを熱重合性組成物中の他の重合性化合物の二重結合に移動させることによりラジカル成長反応を再開させ、重合を進める。
【００８２】
このような機能を有する化合物の具体例としては一般式（１）においてＡが
【化２７】

で、ａが１の化合物、
【００８３】
Ａが
【化２８】

で、ａが１の化合物、
【００８４】
Ａが
【化２９】

で、ａが１の化合物等が挙げられる。
【００８５】
これら重合抑制剤の添加量は熱重合性組成物の他の成分（重合開始剤、重合性化合物、有機溶剤等）の種類や組成によって異なるが、一般的には１０ｐｐｍから１％の添加量で使用される。
【００８６】
(d)電解質塩
本発明で用いる電解質塩の種類は特に限定されるものではなく、キャリアーとしたいイオンを含んだ電解質を用いればよいが、高分子固体電解質中での解離定数が大きいことが望ましく、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＮａＣＦ₃ＳＯ₃、ＫＣＦ₃ＳＯ₃などのトリフロロメタンスルホン酸のアルカリ金属塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、 ＬｉＮ（ＣＦ₃ＣＦ₂ＳＯ₂）₂などのパーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩、ＬｉＰＦ₆、ＮａＰＦ₆、ＫＰＦ₆などのヘキサフロロ燐酸のアルカ リ金属塩、ＬｉＣｌＯ₄、ＮａＣｌＯ₄などの過塩素酸アルカリ金属塩、ＬｉＢＦ₄、ＮａＢＦ₄などのテトラフロロ硼酸塩、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＩ、 ＮａＩ、ＮａＡｓＦ₆、ＫＩなどのアルカリ金属塩などが例示される。アンモニ ウム塩としては過塩素酸テトラエチルアンモニウムなどの過塩素酸の四級アンモニウム塩、（Ｃ₂Ｈ₅）₄ＮＢＦ₄などのテトラフロロ硼酸の四級アンモニウム塩、（Ｃ₂Ｈ₅）₄ＮＰＦ₆などの四級アンモニウム塩、（ＣＨ₃）₄Ｐ・ＢＦ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₄Ｐ・ＢＦ₄などの４級ホスホニウム塩などが例示される。これら電解質の中 では、有機溶媒中での溶解性、イオン伝導度から、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、パーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩や四級アンモ ニウム塩が好ましい。
【００８７】
本発明の熱重合性組成物を硬化することにより得られる高分子固体電解質中の高分子成分と電解質塩の複合比は、高分子の重量に対し、電解質塩0.1〜５０重 量％が好ましく、１〜３０重量％が特に好ましい。電解質塩が５０重量％以上の比率で存在すると、イオンの移動が大きく阻害され、0.1重量％以下の比率では 、イオンの絶対量が不足となってイオン伝導度が小さくなる。
【００８８】
(e)非水有機溶媒
本発明の高分子固体電解質中に溶媒として非水有機溶媒が含有されていると、高分子固体電解質のイオン伝導度がさらに向上するので好ましい。使用できる非水有機溶媒としては、本発明の高分子固体電解質を得るため熱重合性組成物に用いる熱重合性化合物(a)との相溶性が良好で、誘電率が大きく本発明の熱重合性 組成物に用いる電解質塩(d)の溶解性が高く、沸点が７０℃以上であり、電気化 学的安定範囲が広い化合物が適している。
【００８９】
そのような溶媒としては、トリエチレングリコールメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル等のオリゴエーテル類、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、炭酸ビニレン等の炭酸エステル類、プロピオン酸メチルや蟻酸メチル等の脂肪族エステル類、ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香族ニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、スルホラン等の硫黄化合物、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−ビニルピロリドン、リン酸エステル類等が挙げられる。この中で、炭酸エステル類、脂肪族エステル類、エーテル類が好ましく、カーボネート類が特に好ましい。これらは単独で用いてもよいし、２種類以上混合した混合溶媒として用いても良い。
【００９０】
非水有機溶媒の含有量は、多いほどその高分子固体電解質のイオン伝導度が向上する。このため、一般的にはその含有量を増やすことが望ましいが、反面、含有量が過剰であると、硬化性や成膜性、膜の機械強度等が損なわれる。本発明の好ましい形態である一般式（３）及び／または（４）で示される重合性官能基を含む重合性化合物と一般式（２）で示される有機過酸化物を組み合わせた重合性組成物は、有機溶媒含有量を高めても硬化性が良く成膜性や膜機械強度に優れる特徴を有するので、高分子固体電解質に用いる重合性化合物重量の２００重量％以上を含有させることが可能である。特に３００重量％以上がイオン伝導度など電流特性の点から好ましい。
【００９１】
(f)無機微粒子
以上、本発明の熱重合性組成物により製造される高分子固体電解質の構成成分を列挙したが、本発明の目的を損なわない限り、他の成分を添加することも可能である。
【００９２】
例えば、各種無機微粒子を添加した複合電解質としても使用でき、そうすることにより強度、膜厚均一性が改善するばかりでなく、無機微粒子と高分子間に微細な空孔が生じることになり、特に溶媒を添加した場合には空孔内にフリーの電解液が複合電解質内に分散することになり、強度改善効果を損ねることなく、逆にイオン伝導度、移動度を増加させることもできる。また、無機微粒子を添加することにより、重合性組成物の粘度が上昇し、高分子と溶媒の相溶性が不十分な場合にもその分離を抑える効果が現われる。
【００９３】
使用する無機微粒子としては非電子伝導性、電気化学的に安定なものが選ばれる。またイオン伝導性で有ればさらに好ましい。具体的にはα、β、γ−アルミナ、シリカ等のイオン伝導性または非電導性セラミックス製微粒子が挙げられる。
【００９４】
複合高分子電解質の強度の改善、電解液保液量増加の観点から、無機微粒子は一次粒子が凝集した二次粒子構造をもつものが好ましい。このような構造を持つ無機微粒子の具体例としてはアエロジル（日本アエロジル（株）製）のようなシリカ超微粒子、アルミナ超微粒子が挙げられ、安定性、複合効率からアルミナ超微粒子が特に好ましい。
【００９５】
電解質中の電解質含有液の保有量を多くし、イオン伝導性、移動度を増加させるという目的では、フィラーの比表面積はできるだけ大きいことが好ましく、ＢＥＴ法で５ｍ²／ｇ以上が好ましく、５０ｍ²／ｇ以上がさらに好ましい。
このような無機微粒子のサイズとしては、重合性組成物と混合できれば特に限定はないが、平均粒径として0.01μｍ〜１００μｍが好ましく、0.01μｍ〜２０μｍが特に好ましい。
また、形状としては球形、卵形、立方体状、直方体状、円筒ないし棒状等の種々の形状のものを用いることができる。
【００９６】
無機微粒子の添加量は多すぎると複合電解質の強度やイオン伝導性を低下させたり、成膜しづらくなるという問題を生じる。従って添加量としては、複合電解質に対して５０重量％以下が好ましく、0.1から３０重量％の範囲が特に好まし い。
【００９７】
(g)配合順序
本発明の熱重合性組成物を作製するに際して、熱重合開始剤等の添加順序は、特に限定されないが、好ましい例として、以下の方法を挙げることができる。
一般式（１）で示される重合抑制剤(c)は、全てまたはその一部を重合性化合 物、溶剤、電解液またはこれらから調製した重合性組成物の何れにも添加できるが、溶解性の面から溶剤、電解液または重合性組成物に添加することが好ましい。
一般式（２）で示される熱重合開始剤(b)も重合性化合物、溶剤、電解液また はこれらから調製した重合性組成物のいずれにも添加できるが、保存安定性の面及び溶解性の面から全てを混合した最後の重合性組成物に添加することが好ましい。
【００９８】
［２］高分子固体電解質及びその製造方法（熱重合性組成物の重合）
上記の熱重合性組成物を加熱することにより高分子固体電解質が得られる。
熱重合性組成物の好ましい硬化条件としては、所望する成形温度、重合性化合物の種類や硬化性、溶剤の沸点などに応じて熱重合開始剤を選択し、その開始剤の活性酸素量が一定時間で半分になるのに要する温度（半減期温度）を参考に決めることが出来る。熱重合開始剤の半減期と活性化エネルギーを目安に硬化温度と硬化速度を決めれば良く、例えば１０時間半減期に要する温度で表わせば、室温から１００℃以下であり、特に４０℃以上７０℃以下が好ましい。
【００９９】
また、活性酸素量や活性化エネルギー及び半減期のそれぞれ異なる熱重合開始剤を任意に２種類以上組み合わせて使っても差し支えなく、本発明の目的には、これら指標をもとに、高分子固体電解質としての硬化反応に最も適合する開始剤、硬化条件を選ぶことが好ましい。
【０１００】
例えば、一般式（１）で示される重合抑制剤と一般式（２）で示される熱重合開始剤を、一般式（４）のウレタン結合を有し、オキシアルキレン基を含有する（メタ）アクリレートモノマー及び電解質塩からなる高分子固体電解質（特開平6-187822号）用熱重合性組成物と組み合わせたところ、６０℃、６０分加熱で硬化し、この硬化後のイオン伝導度は、溶媒未添加でも１０^-4Ｓ／ｃｍ（室温）と高く、さらに溶媒を添加すると、室温またはそれより低温であっても１０^-3Ｓ／ｃｍ以上に改善されることが見出された。しかも、電池や電気二重層コンデンサのような素子に応用する場合、予め素子内に導入した熱重合性組成物を素子封止後に加熱硬化させることにより、素子の全固体化が簡便に実現できる。
【０１０１】
なお、本発明の高分子固体電解質は、例えば各種多孔性高分子フィルムと複合して複合電解質として使用し、強度改善、膜厚均一性や電極間の短絡防止を行うことも可能である。但し、使用する高分子の種類、フィルム形状、複合割合によっては電解液吸液後のセパレータとしてのイオン伝導度の低下や安定性の悪化を招くので、適したものを選ぶ必要がある。使用するフィルムとしてはポリプロピレン不織布やポリエチレン製ネットのような網状ポリオレフィンシート等が用いられ、セパレーターとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどの織布、不織布、ガラス繊維、セラミックス繊維などの不織布、高分子固体電解質膜あるいはこれらの複合体が用いられる。高分子固体電解質膜またはその複合体をセパレーターに用いると本発明の高分子固体電解質との接着性、密着性が良いので特に好ましい。
本発明の高分子固体電解質の使用態様に関して、以下電池及び電気二重層コン
【０１０２】
デンサに関連してより具体的に説明する。
［３］電池及びその製造方法
本発明の電池として、薄膜電池の一例の概略断面図を図１に示す。図中、１は正極、２は高分子固体電解質、３は負極、４ａ、４ｂは集電体、５ａ、５ｂは絶縁性樹脂封止剤である。
【０１０３】
本発明の電池の構成において、正極１に金属酸化物、金属硫化物、導電性高分子あるいは炭素材料のような高酸化還元電位の電極活物質（正極活物質）を用いることにより、高電圧、高容量の電池が得られる。このような電極活物質の中では、充填密度が高く体積容量密度が高くなるという点で、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化バナジウム、酸化ニッケル、酸化モリブデン等の金属酸化物、硫化モリブデン、硫化チタン、硫化バナジウム等の金属硫化物が好ましく、特に酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト等が高容量、高電圧という点から好ましい。
【０１０４】
この場合の金属酸化物や金属硫化物を製造する方法は特に限定されず、例えば「電気化学」第２２巻，第５７４頁（1954年）に記載されているような、一般的な電解法や加熱法によって製造される。また、これらを電極活物質としてリチウム電池に使用する場合、電池の製造時に、例えばＬｉ_xＣｏＯ₂やＬｉ_xＭｎＯ₂等の形でＬｉ元素を金属酸化物あるいは金属硫化物に挿入（複合）した状態で用いるのが好ましい。このようにＬｉ元素を挿入する方法は特に限定されず、例えば電気化学的にＬｉイオンを挿入する方法や、米国特許第4,357,215号に記載され ているように、Ｌｉ₂ＣＯ₃等の塩と金属酸化物を混合、加熱処理することによって実施できる。
【０１０５】
また、柔軟で薄膜にしやすいという点では、導電性高分子が好ましい。導電性高分子の例としては、ポリアニリン、ポリアセチレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチエニレン及びその誘導体、ポリピリジンジイル及びその誘導体、ポリイソチアナフテニレン及びその誘導体、ポリフリレン及びその誘導体、ポリセレノフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフリレンビニレン、ポリナフテニレンビニレン、ポリセレノフェンビニレン、ポリピリジンジイルビニレン等のポリアリーレンビニレン及びそれらの誘導体等が挙げられる。中でも有機溶媒に可溶性のアニリン誘導体の重合体が特に好ましい。
【０１０６】
本発明の電池の負極３に用いる負極活物質としては、前述のアルカリ金属、アルカリ金属合金、炭素材料、金属酸化物や金属カルコゲナイドのようなアルカリ金属イオンをキャリアーとする低酸化還元電位のものを用いることにより、高電圧、高容量の電池が得られるので好ましい。このような負極活物質の中では、リチウム金属あるいはリチウム／アルミニウム合金、リチウム／鉛合金、リチウム／アンチモン合金等のリチウム合金類が最も低酸化還元電位であるため特に好ましい。また炭素材料もリチウムイオンを吸蔵した場合、低酸化還元電位となり、しかも安定、安全であるという点で特に好ましい。リチウムイオンを吸蔵放出できる材料としては、酸化錫のような無機化合物、天然黒鉛、人造黒鉛、気相法黒鉛、石油コークス、石炭コークス、ピッチ系炭素、ポリアセン、Ｃ６０、Ｃ７０等のフラーレン類等が挙げられる。
【０１０７】
集電体４ａ、４ｂは電子伝導性で電気化学的に耐食性があり、できるだけ比表面積の大きい材料を用いることが好ましい。例えば、各種金属及びその燒結体、電子伝導性高分子、カーボンシート等を挙げることができる。
本発明の電池の製造方法の一例について説明する。
【０１０８】
正極１、負極３を本発明の熱重合性組成物より得られた高分子固体電解質膜２を介してお互いに接触しないように集電体４ａ、４ｂを含む電池構成用構造体内に入れる。次に電解液を注入含浸させ、高分子固体電解質を含む電池が得られる。また、電解液の代わりに熱重合性組成物を注入した場合は、加熱により、重合性組成物を硬化させ完全に固体化することにより、電極と均一に密着した高分子固体電解質を含む電池が得られる。その後、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂５ａ、５ｂで封止する。
【０１０９】
また、正極と負極間にセパレータを介在させ、お互いに接触しないよう組み立てた電極間に本発明の熱重合性組成物を注入含浸させた後、加熱により硬化させることでも完全に固体化された電池が得られる。
電解液もしくは熱重合性組成物を正極及び／または負極に含浸させ、どちらか一方の電極上に本発明の熱重合性組成物を均一な厚みとなるように塗布後、前述した方法で熱重合することにより、電極上に均一な厚みの高分子固体電解質膜を形成する方法を採ってもよい。次いで、もう一方の電極を高分子固体電解質層に貼り合わせ、電池構成用構造体内に入れ、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で封止することにより目的の電池を得ることもできる。
【０１１０】
［４］電気二重層コンデンサ及びその製造方法
次に本発明の電気二重層コンデンサについて説明する。
本発明によれば、本発明の前記高分子固体電解質を用いることにより、出力電圧が高く、取り出し電流が大きく、あるいは加工性、寿命、信頼性に優れた電気二重層コンデンサが提供される。
【０１１１】
本発明の電気二重層コンデンサの一例の概略断面図を図２に示す。この例は、大きさ約１ｃｍ×１ｃｍ、厚み約0.5ｍｍの薄型セルで、７ａ、７ｂは集電体で あり、集電体の内側には一対の分極性電極６ａ、６ｂが配置されており、その間に高分子固体電解質膜８が配置されている。９は絶縁性樹脂封止剤、１０はリード線である。
分極性電極６ａ、６ｂは、炭素材料等の分極性材料からなる電極であれば良く、比表面積が大きければ特に制限はない。比表面積の大きいほど電気二重層の容量が大きくなり好ましい。例えば、ファーネスブラック、サーマルブラック（アセチレンブラックを含む）、チャンネルブラック等のカーボンブラック類や、椰子がら炭等の活性炭、天然黒鉛、人造黒鉛、気相法で製造したいわゆる熱分解黒鉛、ポリアセン及びＣ６０、Ｃ７０を挙げることができる。
【０１１２】
集電体７ａ、７ｂは電子伝導性で電気化学的に耐食性があり、できるだけ比表面積の大きい材料を用いることが好ましい。例えば、各種金属及びその燒結体、電子伝導性高分子、カーボンシート等を挙げることができる。
電気二重層コンデンサの形状としては、図２のようなシート型のほかに、コイン型、あるいは分極性電極、高分子固体電解質のシート状積層体を円筒状に捲回し、円筒管状のコンデンサ構成用構造体に入れ、封止して製造された円筒型等であっても良い。
【０１１３】
本発明の電気二重層コンデンサに用いる電解質塩の種類は特に限定されるものではなく、電荷キャリアーとしたいイオンを含んだ化合物を用いればよいが、高分子固体電解質中での解離定数が大きく、分極性電極と電気二重層を形成しやすいイオンを含むことが望ましい。このような化合物としては、（ＣＨ₃）₄ＮＢＦ₄、（ＣＨ₃ＣＨ₂）₄ＮＣｌＯ₄等の４級アンモニウム塩、ＡｇＣｌＯ₄等の遷移金属塩、（ＣＨ₃）₄ＰＢＦ₄等の４級ホスホニウム塩、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＩ、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＡｓＦ₆、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＮａＣＦ₃ＳＯ₃、ＮａＰＦ₆、ＮａＣｌＯ₄、ＮａＩ、ＮａＢＦ₄、Ｎａ ＡｓＦ₆、ＫＣＦ₃ＳＯ₃、ＫＰＦ₆、ＫＩ等のアルカリ金属塩、パラトルエンスルホン酸等の有機酸及びその塩、塩酸、硫酸等の無機酸等が挙げられる。この中で、出力電圧が高く取れ、解離定数が大きいという点から、４級アンモニウム塩、４級ホスホニウム塩、アルカリ金属塩が好ましい。４級アンモニウム塩の中では、（ＣＨ₃ＣＨ₂）（ＣＨ₃ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂）₃ＮＢＦ₄のような、アンモニウムイオンの窒素上の置換基が異なっているものが、高分子固体電解質への溶解性あるいは解離定数が大きいという点から好ましい。
【０１１４】
次に本発明の電気二重層コンデンサの製造方法の一例について説明する。
２個の分極性電極６ａ、６ｂを本発明の熱重合性組成物より得られた高分子固体電解質膜８を介してお互いに接触しないように集電体７ａ、７ｂを含む電気二重層コンデンサ構成用構造体内に入れる。次に電解液または重合性組成物を注入した後、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂９で封止することにより目的の電気二重層コンデンサを得ることができる。なお、熱重合性組成物を注入した場合には加熱により重合させることによって本発明の高分子固体電解質で完全に固体化された電気二重層コンデンサが得られる。
【０１１５】
なお、前記電気二重層コンデンサ構成用構造体あるいは前記支持体はＳＵＳ等の金属、ポリプロピレン、アルミラミネート熱融着樹脂、ポリイミド、エチレン−ビニルアルコール共重合体、あるいは導電性あるいは絶縁性ガラス等のセラミックス材料であればよいが、特にこれらの材料に限定されるものではなく、また、その形状は、筒状、箱状、シート状その他いかなる形状でもよい。
【０１１６】
【実施例】
以下に本発明について代表的な例を示しさらに具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらに何等制限されるものではない。
【０１１７】
実施例１：熱重合性化合物（化合物３）の合成
下記の反応式にしたがい、グリセリンエステルである化合物１とイソシアネート基を有するメタクリレートである化合物２とを反応させ、以下の手順により、熱重合性化合物（化合物３）を得た。
【０１１８】
【化３０】

【０１１９】
すなわち、化合物１（ＫＯＨ価34.0ｍｇ／ｇ，ｐ／ｑ＝７／３）（50.0ｇ）と低水分のジメチルカーボネート（２０ｇ）の混合物を、８０℃、真空度３ｍｍＨｇで減圧共沸させ、ジメチルカーボネートと共に水を留去して、低水分の化合物１（５０ｇ）を得た。カールフィッシャー法により化合物１の水分を測定したところ、３０ｐｐｍであった。
次にこの低水分の化合物１（５０ｇ）及び化合物２（4.6ｇ）を窒素雰囲気中 でよく精製したテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）（１００ｍｌ）に溶解した後、ジブチルチンジラウレート（0.44ｇ）を添加した。その後、１５℃で約２５時間反応させることにより、無色の粘稠液体を得た。¹Ｈ−ＮＭＲ、Ｃ−ＮＭＲから化 合物１と化合物２が１対３で反応し、赤外吸収スペクトルからイソシアナート基の吸収が消失しウレタン結合が生成し、化合物３が生成していることがわかった。
【０１２０】
実施例２：熱重合性組成物の調製
化合物３（1.0ｇ）とのジエチルカーボネート（ＤＥＣ）（5.0ｇ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）（2.0ｇ）、ＬｉＰＦ₆（1.00ｇ）、２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（重合抑制剤，商品名：ノフマーＭＳＤ，日本油脂（株）製）（1.8ｍｇ）、及び熱重合開始剤としてｔ−ヘキシルパーオキシピバレ ート（商品名：パーヘキシルＰＶ，日本油脂（株）製）（１８ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物を得た。
【０１２１】
この組成物をアルゴン雰囲気下、フッ化カルシウム板（直径２ｍｍ，１ｍｍ厚）２枚の間に挟み込み、赤外吸収スペクトル測定用セルを作製した。この際、クリアランスを確保するために、５μｍ厚のポリイミドフィルムの型枠を用いた。次に、このセルを温度調製付きホットステージ（メトラー社製，ホットステージＦＰ８２型）にセットし、ＦＴ−ＩＲ装置（日本分光（株）製，バロアー３型）を用いて、セルを加熱しながら赤外吸収スペクトルを測定し、1630ｃｍ^-1付近の不飽和結合に相当するピーク面積から、残存二重結合の定量を行った。その結果、６０℃で６０分加熱後に、残存二重結合は定量限界の0.1％以下となった。
この組成物（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下、２５℃で放置したところ、１５時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１２２】
実施例３：高分子固体電解質膜Ａの調製
化合物３（1.0ｇ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）（0.8ｇ）、ＥＣ（2.2 ｇ）、ＬｉＰＦ₆（0.45ｇ）、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（2.5ｍｇ）、及び熱重合開始剤としてｔ−ヘキシルパーオキシピバレート（商品名：パーヘキシルＰＶ，日本油脂（株）製）（２３ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物を得た。
次に調製した高分子固体電解質用重合性組成物にアルゴン雰囲気下、無機微粒子としてアルミニウムオキサイドＣ（日本アエロジル（株）製，二次粒子平均粒径約0.2μｍ，比表面積約１００ｍ²／ｇ）（0.20ｇ）を添加し、５分間撹拌混合することにより、乳白色の無機微粒子入り高分子固体電解質用重合性組成物Ａを得た。
【０１２３】
組成物Ａをアルゴン雰囲気下、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム上に３０μｍ厚に塗布した後さらにＰＰフィルムを被せ、このＰＰフィルム一対をさらに1.1 ｍｍ厚のガラス板２枚間に挟み込んだ。次にこのガラス板組を６０℃で６０分加熱した後、ガラス板とＰＰフィルムを剥離したところ、高分子固体電解質膜Ａが約３０μｍの薄い白濁色の自立膜として得られた。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、3.5×10^-3、0.8×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ａ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、１０時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１２４】
実施例４：高分子固体電解質膜Ｂの調製
化合物３（1.0ｇ）とＤＥＣ（1.5ｇ）、ＥＣ（1.5ｇ）、ＬｉＰＦ₆（0.45ｇ）、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（0.9ｍｇ）、及び熱重合開始剤としてビス（４− ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（商品名：パーロイルＴＣＰ，日本油脂（株）製）（９ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物を得た。
次に調製した高分子固体電解質用重合性組成物にアルゴン雰囲気下、無機微粒子としてアルミニウムオキサイドＣ（日本アエロジル（株）製，二次粒子平均粒径約0.2μｍ，比表面積約１００ｍ²／ｇ）（0.20ｇ）を添加し、５分間撹拌混合することにより、乳白色の無機微粒子入り高分子固体電解質用重合性組成物Ｂを得た。
【０１２５】
組成物Ｂを実施例３と同様の方法で６０℃で６０分加熱硬化させ、高分子固体電解質膜Ｂを約３０μｍの薄い白濁色の自立膜として得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、3.2×10^-3、1.0×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ａ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、１２時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１２６】
実施例５：高分子固体電解質膜Ｃの製造
化合物３（1.0ｇ）とＤＥＣ（7.0ｇ）、ＥＣ（3.0ｇ）、ＬｉＰＦ₆（1.5ｇ） 、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（2.5ｍｇ）、及び１，１，３，３−テトラメチル ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（熱重合開始剤，商品名：パーオクタＯ、日本油脂（株）製）（２５ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物Ｃを得た。
【０１２７】
組成物Ｃを実施例３と同様の方法で６０℃で１２０分加熱硬化させ、１００μｍの透明な高分子固体電解質膜Ｃを得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、5.0×１０^-3、1.8×１０^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｃ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、２４時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１２８】
比較例１：高分子固体電解質膜Ｃ’の製造
重合抑制剤ノフマーＭＳＤを用いない以外は実施例５と同様にして高分子固体電解質用重合性組成物Ｃ’を得た。
この組成物Ｃ’を、実施例３と同様の方法で６０℃で１２０分加熱硬化させて、１００μｍの透明な高分子固体電解質膜Ｃ’を得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、5.1×１０^-3、1.8×１０^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｃ’（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、１時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１２９】
実施例６：コバルト酸リチウム正極の製造
Ｌｉ₂ＣＯ₃（１１ｇ）とＣｏ₃Ｏ₄（２４ｇ）を良く混合し、酸素雰囲気下、８００℃で２４時間加熱後、粉砕することによりＬｉＣｏＯ₂粉末を得た。このＬ ｉＣｏＯ₂粉末とアセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを重量比８：１： １で混合し、さらに過剰のＮ−メチルピロリドン溶液を加え、ゲル状組成物を得た。
この組成物を約５０μｍのアルミ箔上に、約７５μｍの厚さになるように塗布加圧成形し、コバルト酸リチウム正極シートを得た。このシートを３６ｍｍ角に切断し、電池用の正極とした。
【０１３０】
実施例７：黒鉛負極の製造
大阪ガス（株）製ＭＣＭＢ黒鉛、昭和電工（株）製気相法黒鉛繊維（平均繊維径：0.3μｍ，平均繊維長：2.0μｍ，2,700℃熱処理品）、ポリフッ化ビニリデ ンの重量比8.6：0.4：1.0の混合物に過剰のＮ−メチルピロリドン溶液を加え、 ゲル状組成物を得た。この組成物を約１００μｍの銅箔上に約８５μｍの厚さに塗布加圧成形し、黒鉛負極シートを得た。このシートを４０ｍｍ角に切断し、電池用の負極とした。
【０１３１】
実施例８：全固体Ｌｉイオン二次電池の製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例７で製造したシート状の黒鉛負極電極（４０ｍｍ角）を実施例５で調製した重合性組成物Ｃ中に静置し含浸させた後、負極上の余分な組成物Ｃをキムワイプ（商品名）で拭き取った。この負極上に実施例４で調製した重合性組成物Ｂを１ミルのアプリケータを用いて２５μｍに塗布した。この塗布物の上にＰＰフィルム、さらに0.7ｍｍ厚のガラス板を 被せて、これを温度調製器付きホットプレート上で６０℃で３０分加熱して、負極上に高分子固体電解質層を形成させた。
【０１３２】
次いで、ＰＰフィルムとガラス板を剥がし、この複合負極に実施例５で調製した組成物Ｃをあらかじめ含浸させた実施例６で製造したコバルト酸リチウム正極を貼り合わた。これをＰＰ／Ａｌ／ＰＥＴ３層ラミネートで作製した袋（外装体）に入れ、両面から1.1ｍｍ厚のガラス板を用いて加圧しながら６０℃で１２０ 分加熱し、電極間に高分子固体電解質が複合された電池を得た。
【０１３３】
この電池を、２５℃及び−１０℃で、作動電圧2.75〜4.1Ｖ、電流７ｍＡで充 放電したところ、最大放電容量は30.0ｍＡｈ及び24.3ｍＡｈであった。その際の充放電クーロン効率はほぼ１００％で、未硬化物や開始剤分解物由来の反応電流は観測されなかった。
また、２５℃で作動電圧2.75〜4.1Ｖ、充電７ｍＡ、放電３５ｍＡで充放電を 繰り返したところ、最大放電容量は28.5ｍＡｈで、３００サイクルを超えても容量の極端な低下は見られず、初期容量の７０％以上であった。
【０１３４】
実施例９：全固体Ｌｉイオン二次電池の製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例７で製造したシート状の黒鉛負極電極及び実施例６で製造したシート状のコバルト酸リチウム正極及び４２mm角のポリオレフィンマイクロポーラスフィルムを実施例５で調製した重合性組成物Ｃ中に静置し含浸させた後、この正極と負極を、ポーラスフィルムを介在させて貼り合わせた。この際、ポーラスフィルムが正負極のエッジ（４辺）からそれぞれ若干はみ出すよう貼り合わせた。これをＰＰ／Ａｌ／ＰＥＴ３層ラミネートで作製した袋（外装体）に入れ、両面から1.1ｍｍ厚のガラス板を用いて加圧しな がら６０℃で１２０分加熱し、電極間に高分子固体電解質が複合された全固体電池を得た。
【０１３５】
この電池を、２５℃及び−１０℃で、作動電圧2.75〜4.1Ｖ、電流７ｍＡで充 放電したところ、最大放電容量は29.5ｍＡｈ及び24.8ｍＡｈであった。その際の充放電クーロン効率はほぼ１００％で、未硬化物や開始剤分解物由来の反応電流は観測されなかった。
また、２５℃で作動電圧2.75〜4.1Ｖ、充電７ｍＡ、放電３５ｍＡで充放電を 繰り返したところ、最大放電容量は28.0ｍＡｈで、３００サイクルを越えても容量の極端な低下は見られず、初期容量の８０％以上であった。
【０１３６】
実施例１０：全固体Ｌｉイオン二次電池の製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例７で製造したシート状の黒鉛負極電極及び実施例６で製造したシート状のコバルト酸リチウム正極を実施例５で調製した重合性組成物Ｃ中に静置し含浸させた後、この正極と負極を、実施例３で製造した高分子固体電解質Ａ（４２ｍｍ角にカット）を介在させて貼り合わせた。この際、高分子固体電解質膜Ａが正負極のエッジ（４辺）からそれぞれ若干はみ出すよう貼り合わせた。これをＰＰ／Ａｌ／ＰＥＴ３層ラミネートで作製した袋（外装体）に入れ、両面から1.1ｍｍ厚のガラス板を用いて加圧しながら６ ０℃で１２０分加熱し、電極間に高分子固体電解質膜が複合された全固体電池を得た。
【０１３７】
この電池を、２５℃及び−１０℃で、作動電圧2.75〜4.1Ｖ、電流７ｍＡで充 放電したところ、最大放電容量は30.0ｍＡｈ及び23.8ｍＡｈであった。その際の充放電クーロン効率はほぼ１００％で、未硬化物や開始剤分解物由来の反応電流は観測されなかった。
また、２５℃で作動電圧2.75〜4.1Ｖ、充電７ｍＡ、放電３５ｍＡで充放電を 繰り返したところ、最大放電容量は27.9ｍＡｈで、３００サイクルを越えても容量の極端な低下は見られず、初期容量の７５％以上であった。
【０１３８】
実施例１１：Ｌｉイオン二次電池の製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例７で製造したシート状の黒鉛負極電極（４０ｍｍ角）を、１モルのＬｉＰＦ₆塩を含むエチルメチルカーボネー ト（ＥＭＣ）とＥＣの混合（７：３容積比）電解液に静置し含浸させた後、負極上の余分な電解液をキムワイプ（商品名）で拭き取った。この負極上に実施例４で調製した重合性組成物Ｂを１ミルのアプリケータを用いて２５μｍに塗布した。この塗布物の上にＰＰフィルム、さらに0.7ｍｍ厚のガラス板を被せて、これ を温度調製器付きホットプレート上で６０℃で３０分加熱して、負極上に高分子固体電解質層を形成させた。
【０１３９】
次いで、ＰＰフィルムとガラス板を剥がし、この複合負極に実施例５で調製した組成物Ｃをあらかじめ含浸させた実施例６で製造したコバルト酸リチウム正極を貼り合わた。これをＰＰ／Ａｌ／ＰＥＴ３層ラミネートで作製した袋（外装体）に入れ、両面から1.1ｍｍ厚のガラス板を用いて加圧しながら６０℃で１２０ 分加熱し、電極間に高分子固体電解質が複合された電池を得た。
この電池を、２５℃及び−１０℃で、作動電圧2.75〜4.1Ｖ、電流７ｍＡで充 放電したところ、最大放電容量は30.0ｍＡｈ及び23.8ｍＡｈであった。その際の充放電クーロン効率はほぼ１００％で、未硬化物や開始剤分解物由来の反応電流は観測されなかった。
また、２５℃で作動電圧2.75〜4.1Ｖ、充電７ｍＡ、放電３５ｍＡで充放電を 繰り返したところ、最大放電容量は27.9ｍＡｈで、３００サイクルを越えても容量の極端な低下は見られず、初期容量の７５％以上であった。
【０１４０】
実施例１２：熱重合性化合物（化合物５）の合成
下記の反応式にしたがい、ポリエーテルモノオールである化合物４と化合物２とを反応させ、以下の手順により熱重合性化合物（化合物５）を得た。
【化３１】

【０１４１】
化合物４（平均分子量５５０，ｍ／ｎ＝７／３）（57.0ｇ）と低水分のジメチルカーボネート（２０ｇ）の混合物を、８０℃、真空度３ｍｍＨｇで減圧共沸させ、ジメチルカーボネートと共に水を留去して、低水分の化合物４（５５ｇ）を得た。カールフィッシャー法により化合物４の水分を測定したところ３５ｐｐｍであった。次にこの低水分の化合物４（55.0ｇ）及び化合物２（15.5ｇ）を窒素雰囲気中でよく精製したＴＨＦ（１００ｍｌ）に溶解した後、ジブチルチンジラウレート（0.66ｇ）を添加した。その後１５℃で約２５時間反応させることにより、無色の粘稠液体を得た。¹Ｈ−ＮＭＲ、Ｃ−ＮＭＲから化合物１と化合物２ が１対１で反応し、赤外吸収スペクトルからイソシアナート基の吸収が消失しウレタン結合が生成し、化合物５が生成していることがわかった。
【０１４２】
実施例１３：高分子固体電解質膜Ｄの調製
化合物３（1.0ｇ）とＰＣ（3.0ｇ）、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ＴＥＭＡＢＦ₄）（1.0ｇ）、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（2.5 ｍｇ）、及び熱重合開始剤としてパーオクタＯ（日本油脂（株）製）（２５ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合して高分子固体電解質用重合性組成物を得た。次に調製した高分子固体電解質用重合性組成物にアルゴン雰囲気下、無機微粒子としてアルミニウムオキサイドＣ（日本アエロジル（株）製，二次粒子平均粒径約0.2μｍ，比表面積約１００ｍ²／ｇ）（0.20ｇ）を添加し、５分間撹拌混合することにより、乳白色の無機微粒子入り高分子固体電解質用重合性組成物Ｄを得た。
【０１４３】
組成物Ｄをアルゴン雰囲気下、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム上に３０μｍ厚に塗布した後、さらにＰＰフィルムを被せ、このＰＰフィルム一対をさらに1.1ｍｍ厚のガラス板２枚間に挟み込んだ。次にこのガラス板組を６０℃で６０分 加熱した後、ガラス板とＰＰフィルムを剥離したところ、高分子固体電解質膜Ｄが約３０μｍの薄い白濁色の自立膜として得られた。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ7.3×10^-3及び3.2×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｄ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、１２時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１４４】
実施例１４：高分子固体電解質膜Ｅの製造
化合物３（0.2ｇ）、化合物５（0.8ｇ）とＰＣ（7.0ｇ）、ＥＣ（3.0ｇ）、ＴＥＭＡＢＦ₄（2.4ｇ）、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（1.8ｍｇ）、及び熱重合開 始剤パーヘキシルＰＶ（日本油脂（株）製）（１８ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物Ｅを得た。
組成物Ｅを、実施例１３と同様の方法で６０℃で１２０分加熱硬化させ、１００μｍの高分子固体電解質膜Ｅを得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、10.0×10^-3及び5.8×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｅ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、１５時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１４５】
実施例１５：活性炭電極の製造
フェノール樹脂焼成品の水蒸気賦活活性炭（比表面積2010ｍ²／ｇ，平均粒径 ８μｍ，細孔容積0.7ｃｃ／ｇ）、昭和電工（株）製気相法黒鉛繊維（平均繊維 径：0.3μｍ，平均繊維長：2.0μｍ，2,700℃熱処理品）、ポリフッ化ビニリデ ンの重量比8.6：0.4：1.0の混合物に過剰のＮ−メチルピロリドン溶液を加え、 ゲル状組成物を得た。この組成物を約２５μｍのアルミ箔上に約１５０μｍの厚さに塗布加圧成形し、活性炭電極シートを得た。このシートを１０ｍｍ角に切断し、１００℃で１０時間真空乾燥し、電気二重層コンデンサ用活性炭電極（14.0ｍｇ）を得た。
【０１４６】
実施例１６：全固体電気二重層コンデンサの製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例１５で製造した活性炭電極（14.0ｍｇ，１０ｍｍ角）に実施例１４で調製した組成物Ｅを含浸した電極を２個用意した。次に、実施例１３で製造した高分子固体電解質膜Ｅを介在させて前記２枚の電極を貼り合わせた。さらに電極リード線を接合したＡｌ箔集電体（厚み５０μｍ，大きさ１ｃｍ×１ｃｍ）を貼り合わせ、コンデンサ端部をエポキシ樹脂で封止後、６０℃で１２０分加熱することにより、図２に示すような電気二重層コンデンサを製造した。
このコンデンサを、２５℃、−１０℃で作動電圧０〜2.5Ｖ、電流0.2ｍＡで充放電を行なったところ、最大容量はそれぞれ４３０ｍＦ及び３２２ｍＦであった。また、２５℃、1.0ｍＡで充放電を行ったところ、最大容量は４０８ｍＦで、 その後１００回充放電を繰り返してもほとんど容量に変化はなかった。
【０１４７】
実施例１７：化合物６の合成
【化３２】

上式に従い、常法で１，３−プロパンジオールに窒素下、１０℃以下で過剰のホスゲンガスを吹き込み、約５時間反応させ、化合物６を合成した。同定はＧＣ−ＭＳで行なった。
【０１４８】
実施例１８：化合物６のオリゴマー化（化合物７の合成）
【化３３】

上式に従い、常法で実施例１７で合成した化合物６と１，３−プロパンジオールとを、ピリジン存在下、２５℃以下、ジクロロメタン中で約６時間反応させた後、過剰の水を加え、残クロロホルメート末端を水酸基化し、両末端に水酸基を有するオリゴカーボネート（化合物７）を合成した。
ＧＰＣ分析により求めた、重量平均分子量（Ｍｗ）、平均繰り返し数ｚは以下の通りであった。
Ｍｗ：〜約1200、ｚ：〜約１０。
【０１４９】
実施例１９：重合性化合物８の合成
【化３４】

【０１５０】
化合物７（平均分子量1200）（60.0ｇ）及び化合物２（15.5ｇ）を窒素雰囲気中でよく精製したＴＨＦ（２００ｍｌ）に溶解した後、ジブチルチンジラウレート（0.44ｇ）を添加した。その後、２５℃で約１５時間反応させることにより、無色生成物を得た。その¹Ｈ−ＮＭＲ、ＩＲ及び元素分析の結果から、化合物７ と化合物２は１対２で反応し、化合物２のイソシアナート基が消失し、ウレタン結合が生成しており、化合物８が生成していることがわかった。
【０１５１】
実施例２０：高分子固体電解質膜Ｆの製造
重合性化合物８（1.0ｇ）とＤＥＣ（7.0ｇ）、ＥＣ（3.0ｇ）、ＬｉＰＦ₆（1.5ｇ）、重合抑制剤ノフマーＭＳＤ（１５ｍｇ）、及び熱重合開始剤パーヘキシ ルＰＶ（日本油脂（株）製）（２５ｍｇ）をアルゴン雰囲気中でよく混合し、高分子固体電解質用重合性組成物Ｆを得た。
この組成物Ｆを、実施例３と同様の方法で６０℃で１２０分加熱硬化させ、約１００μｍの高分子固体電解質膜Ｆを得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、5.3×10^-3及び2.0×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｆ（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、３０時間後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１５２】
比較例２：高分子固体電解質膜Ｆ’の製造
重合抑制剤ノフマーＭＳＤを用いない以外は実施例２０と同様にして高分子固体電解質用重合性組成物Ｆ’を得た。
この組成物Ｆ’を、実施例３と同様の方法で６０℃で１２０分加熱硬化させ、１００μｍの透明な高分子固体電解質膜Ｆ’を得た。
このフィルムの２５℃、−１０℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定したところ、それぞれ、5.1×10^-3及び1.6×10^-3Ｓ／ｃｍであった。
また、組成物Ｆ’（１ｇ）を調製後、アルゴン雰囲気下２５℃で放置したところ、３０分後に粘性が急に上昇し、組成物全体の流動性がなくなり固化した。
【０１５３】
実施例２１：全固体Ｌｉイオン二次電池の製造
アルゴン雰囲気グローブボックス内で、実施例７で製造したシート状の黒鉛負極電極及び実施例６で製造したシート状のコバルト酸リチウム正極及び３８ｍｍ角のポリオレフィンマイクロポーラスフィルムを実施例２０で調製した重合性組成物Ｆ中に静置し含浸させた後、この正極と負極を、ポーラスフィルムを介在させて貼り合わせた。この際、ポーラスフィルムが正極のエッジ（４辺）からそれぞれ若干はみ出すよう貼り合わせた。これをＰＰ／Ａｌ／ＰＥＴ３層ラミネートで作製した袋（外装体）に入れ、両面から1.1ｍｍ厚のガラス板を用いて加圧し ながら６０℃にて２時間加熱し、電極間に高分子固体電解質が複合された電池を得た。
【０１５４】
この電池を、２５℃及び−１０℃で、作動電圧2.75〜4.1Ｖ、電流７ｍＡで充 放電したところ、最大放電容量は３２ｍＡｈ及び２８ｍＡｈであった。その際、充放電時の電流をモニターしたところ、充放電電流以外に、未硬化物や開始剤分解物由来の反応電流は観測されなかった。また、２５℃で作動電圧2.75〜4.1Ｖ 、充電７ｍＡ、放電３５ｍＡで充放電を繰り返したところ、最大放電容量は３１ｍＡｈで、３００サイクルを越えても容量の極端な低下は見られず、初期容量の８５％以上であった。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明の高分子固体電解質用熱重合性組成物は、電流特性やサイクル特性など電気化学的に安定性が高く、重合開始能の高い熱重合性開始剤及び重合性の非常に良好な特定の重合性化合物を用い、さらに重合抑止効果の高い重合抑制剤を用いることにより、電池や電気二重層コンデンサの安定性に悪影響を及ぼさない硬化性、保存安定性の優れた熱重合性組成物である。
本発明の高分子固体電解質は、上記保存安定性に優れた熱重合性組成物から容易に得られる架橋及び／または側鎖基を有する高分子及び電解質を含む高イオン伝導性で残存二重結合や残存副生成物が少ない安定性の良好な高分子固体電解質である。
【０１５６】
本発明の電池は、上記高分子固体電解質を用いることにより薄膜化が容易であり、さらに正極、負極及び／またはセパレータの各要素と簡便に複合化でき、高容量及び高電流で作動でき、高寿命で信頼性に優れる。
また、本発明の電池は、全固体型として高容量及び高電流で作動でき、あるいはサイクル性が良好で、安全性と信頼性に優れた電池であり、ポータブル機器用主電源、バックアップ電源をはじめとする電気製品用電源、電気自動車用、ロードレベリング用大型電源として使用可能である。また、薄膜化が容易にできるので、身分証明書用カード等のペーパー電池としても使用できる。
【０１５７】
本発明の電気二重層コンデンサは上記高分子固体電解質を用いたことにより、出力電圧が高く、取り出し電流が大きく、加工性が良好で、高寿命で信頼性に優れる。
さらに、本発明の電気二重層コンデンサは、従来の全固体型コンデンサと比較して、高電圧、高容量、高電流で作動でき、あるいはサイクル性が良好で、安全性、信頼性に優れた全固体電気二重層コンデンサである。このため、バックアップ電源だけでなく、小型電池との併用で、各種電気製品用電源として使用可能である。また、薄膜化等の加工性に優れており、従来の固体型電気二重層コンデンサ以外の用途にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電池の一態様を示す薄型固体電池の模式的断面図である。
【図２】 本発明による固体電気二重層コンデンサの一態様を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１ 正極
２ 高分子固体電解質
３ 負極
４ａ、４ｂ 集電体
５ａ、５ｂ 絶縁性樹脂封止剤
６ａ、６ｂ 分極性電極
７ａ、７ｂ 集電体
８ 高分子固体電解質
９ 絶縁性樹脂封止剤
１０ リード線

Claims (17)

1. 重合することにより架橋及び／または側鎖形構造を有する高分子となる重合性官能基を有する少なくとも一種の熱重合性化合物、少なくとも一種の電解質塩、少なくとも一種の重合開始剤、及び下記一般式（１）
   

   

   ［式中、Ａは直鎖状、分岐状、または環状のアルキレン基を表わし、Ｐｈは置換基を有してもよいフェニル基を表わし、ａは０または１である。２個のＰｈは同一でも異なってもよい。］
   で示される構造を有する重合抑制剤を含むことを特徴とする熱重合性組成物。
2. 重合開始剤が下記一般式（２）
   

   

   ［式中、Ｘは直鎖状、分岐状または環状の、置換基を有してもよいアルキル基またはアルコキシ基を表わし、Ｙは直鎖状、分岐状または環状の、置換基を有してもよいアルキル基を表わし、ｍ及びｎはそれぞれ０または１であるが、（ｍ，ｎ）＝（０，１）の組み合わせは除く。］
   で示される有機過酸化物である請求項１に記載の熱重合性組成物。
3. 有機過酸化物が、ベンゼン環を含まない、ジアシルパーオキサイド類、パーオキシジカーボネート類及びパーオキシエステル類から選ばれる請求項２に記載の熱重合性組成物。
4. 熱重合性化合物が下記一般式（３）及び／または一般式（４）
   

   

   ［式中、Ｒ¹及びＲ³は水素原子またはアルキル基を表わし、Ｒ²及びＲ⁵は、オキシアルキレン、フルオロカーボン、オキシフルオロカーボンまたはカーボネート基を含む２価の基を表わし、Ｒ⁴は炭素数１０以下の２価の基を表わす。Ｒ²、Ｒ⁴及びＲ⁵はヘテロ原子を含んでいてもよく、直鎖状、分岐状または環状のいずれの構造を有するものでもよい。ｘは０または１〜１０の整数を示す。但し、同一分子中に複数個の上記一般式（３）または（４）で示される重合性官能基が含まれる場合、それぞれの重合性官能基中のＲ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴、Ｒ⁵及びｘは、同一でもよいし異なってもよい。］
   で示されるいずれか一つの重合性官能基を有する重合性化合物を含む請求項１乃至３のいずれかの項に記載の熱重合性組成物。
5. 重合性組成物が、さらに炭酸エステル類、脂肪族エステル類、エーテル類、ラクトン類、スルホキシド類及びアミド類から選ばれる少なくとも一種の非水有機溶媒を含む請求項１乃至４のいずれかの項に記載の熱重合性組成物。
6. 非水有機溶媒の含有量が、熱重合性化合物に対して３００〜1500重量％である請求項５に記載の熱重合性組成物。
7. 平均粒径が0.005〜１００μｍの無機微粒子を少なくとも一種含む請求項１乃至６のいずれかの項に記載の熱重合性組成物。
8. 電解質塩が、アルカリ金属塩、４級アンモニウム塩、４級ホスホニウム塩、遷移金属塩及びプロトン酸から選ばれる少なくとも一種である請求項１乃至７のいずれかの項に記載の熱重合性組成物。
9. 少なくとも一種の電解質塩が、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、及びＬｉＮ（Ｒ−ＳＯ₂）₂（式中、Ｒは炭素数１以上１０以下のパーフルオロアルキル基を表わす。）から選択される請求項８に記載の熱重合性組成物。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の熱重合性組成物を熱重合することによって得られる高分子固体電解質。
11. 請求項１０に記載の高分子固体電解質、及び電極活物質または分極性材料を含むことを特徴とする電池用または電気二重層コンデンサ用電極。
12. 請求項１０に記載の高分子固体電解質を用いることを特徴とする電池。
13. 電池の負極として、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料、リチウムイオンを吸蔵放出できる無機化合物、及びリチウムイオンを吸蔵放出できる導電性高分子から選択される少なくとも一つの材料を用いる請求項１２に記載の電池。
14. 電池の正極として、導電性高分子、金属酸化物、金属硫化物及び炭素材料から選択される少なくとも一つの材料を用いる請求項１２に記載の電池。
15. 請求項１０に記載の高分子固体電解質を用いることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
16. 請求項１乃至９のいずれかに記載の熱重合性組成物の少なくとも一種を電池構成用構造体内に入れ、または支持体上に配置した後、加熱して熱重合性組成物を硬化することを特徴とする電池の製造方法。
17. 請求項１乃至９のいずれかの項に記載の熱重合性組成物の少なくとも一種を電気二重層コンデンサ構成用構造体内に入れ、または支持体上に配置した後、加熱して熱重合性組成物を硬化することを特徴とする電気二重層コンデンサの製造方法。

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