JPH04126304A - 高分子固体電解質 - Google Patents
高分子固体電解質Info
- Publication number
- JPH04126304A JPH04126304A JP24630690A JP24630690A JPH04126304A JP H04126304 A JPH04126304 A JP H04126304A JP 24630690 A JP24630690 A JP 24630690A JP 24630690 A JP24630690 A JP 24630690A JP H04126304 A JPH04126304 A JP H04126304A
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- JP
- Japan
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- high molecular
- nitrile group
- solid electrolyte
- amorphous
- solid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高いイオン伝導性を示す高分子固体電解質に
関し、さらに詳しくは固体電気化学デバイス用材料とし
て有用な高分子固体電解質に関するものである。
関し、さらに詳しくは固体電気化学デバイス用材料とし
て有用な高分子固体電解質に関するものである。
高分子を利用した固体電解質すなわち高分子固体電解質
は、M、B、Armandらの報告によってポリエチレ
ンオキサイドとアルカリ金属塩との複合体が、知られて
いる(例えば ”FastIon Transpor
t in 5olid”1979 North
Ho1land Publishing Co、
)。
は、M、B、Armandらの報告によってポリエチレ
ンオキサイドとアルカリ金属塩との複合体が、知られて
いる(例えば ”FastIon Transpor
t in 5olid”1979 North
Ho1land Publishing Co、
)。
高分子固体電解質はNa−β−アルミナ等の無機化合物
を用いた無機固体電解質と比較して柔軟性や成形性等に
優れ、またプロピレンカーボネート等の液状電解質と比
較して、電気化学デバイス用の材料として使用する際に
液漏れによる不具合が無い等の利点を有している。
を用いた無機固体電解質と比較して柔軟性や成形性等に
優れ、またプロピレンカーボネート等の液状電解質と比
較して、電気化学デバイス用の材料として使用する際に
液漏れによる不具合が無い等の利点を有している。
高分子固体電解質には、エーテル基、ニトリル基、エス
テル基あるいはスルホニル基等の極性基を含有する高分
子が利用され、これまでもいくつか報告されている。例
えば、ポリエーテル(特開昭62−249361)、
ポリエチレンイミン(特開昭62−140306)、
ポリシロキサン(特開昭63−136409)、あ
るいは架橋したポリエチレンオキサイドまたはポリエチ
レングリコール(特開昭62−48716)等が挙げら
れるが、いずれの高分子固体電解質も実用化のためには
種々問題を有している。
テル基あるいはスルホニル基等の極性基を含有する高分
子が利用され、これまでもいくつか報告されている。例
えば、ポリエーテル(特開昭62−249361)、
ポリエチレンイミン(特開昭62−140306)、
ポリシロキサン(特開昭63−136409)、あ
るいは架橋したポリエチレンオキサイドまたはポリエチ
レングリコール(特開昭62−48716)等が挙げら
れるが、いずれの高分子固体電解質も実用化のためには
種々問題を有している。
例えば高分子量のポリエチレンオキサイドは成膜性が良
好で膜強度も高いが結晶化し易いため、室温では充分な
イオン伝導度を得ることが難しい。
好で膜強度も高いが結晶化し易いため、室温では充分な
イオン伝導度を得ることが難しい。
またポリエチレンオキサイドを真空蒸着法により成膜す
ると、分子量が1000程度に低下し膜強度が低下する
欠点がある。
ると、分子量が1000程度に低下し膜強度が低下する
欠点がある。
また高いイオン伝導度を得るために、極性基を多量に含
有するポリフッ化ビニリデンやポリアクリロニトリルの
利用も検討されているが(J、 POLYM、SC1
,:POLYM、PHYS、ED、 、 21.939
−948 (1983) )、これらは結晶性ポリマー
であるために、室温では高分子のセグメントの運動性が
低く、やはり充分なイオン伝導度が得られていない。
有するポリフッ化ビニリデンやポリアクリロニトリルの
利用も検討されているが(J、 POLYM、SC1
,:POLYM、PHYS、ED、 、 21.939
−948 (1983) )、これらは結晶性ポリマー
であるために、室温では高分子のセグメントの運動性が
低く、やはり充分なイオン伝導度が得られていない。
このように、従来から高分子固体電解質はいくつか報告
されてはいたが、室温で高いイオン伝導性を有し、また
成膜性に優れ充分な膜強度を有した高分子固体電解質は
得られていなかった。
されてはいたが、室温で高いイオン伝導性を有し、また
成膜性に優れ充分な膜強度を有した高分子固体電解質は
得られていなかった。
本発明者は上記のような欠点を解決すべく鋭意研究の結
果、ニトリル基を有し、不飽和結合を主鎖に有する無定
形高分子化合物とアルカリ金属塩とを組み合わせること
によって、室温で高いイオン伝導性を示す高分子固体電
解質が得られることを見いだし本発明を完成するにいた
った。
果、ニトリル基を有し、不飽和結合を主鎖に有する無定
形高分子化合物とアルカリ金属塩とを組み合わせること
によって、室温で高いイオン伝導性を示す高分子固体電
解質が得られることを見いだし本発明を完成するにいた
った。
本発明によれば下記(1)ないしく3)が提供される。
(1) ニトリル基を有し、不飽和結合を主鎖に有する
無定形高分子化合物とアルカリ金属塩とからなる高分子
固体電解質。
無定形高分子化合物とアルカリ金属塩とからなる高分子
固体電解質。
(2) 無定形高分子化合物のヨウ素価が95〜430
であることを特徴とする請求項(1)記載の高分子固体
電解質。
であることを特徴とする請求項(1)記載の高分子固体
電解質。
(3) !求項(1)記載の高分子固体電解質を用いた
固体電気化学デバイス材料。
固体電気化学デバイス材料。
本発明の高分子固体電解質を構成する無定形高分子化合
物は、分子内にニトリル基を有し、さらに主鎖中に不飽
和結合を有する分子構造であることが必要である。主顔
中に不飽和結合を有しないと、たとえ多量のニトリル基
を含有し極性の高い分子構造であっても結晶性を有する
等して充分なイオン伝導性を示さない。またニトリル基
を含有しないとアルカリ金属塩を充分に解離させてイオ
ン化することが出来ない。
物は、分子内にニトリル基を有し、さらに主鎖中に不飽
和結合を有する分子構造であることが必要である。主顔
中に不飽和結合を有しないと、たとえ多量のニトリル基
を含有し極性の高い分子構造であっても結晶性を有する
等して充分なイオン伝導性を示さない。またニトリル基
を含有しないとアルカリ金属塩を充分に解離させてイオ
ン化することが出来ない。
本発明の高分子固体電解質を構成する無定形高分子化合
物は、前記のごとき分子構造を有するものであれば任意
の方法で製造したものでよいが、例えばラジカル重合や
イオン重合手法を用いて重合可能なニトリル基含有化合
物と、−これと共重合可能で重合体の主鎖中に不飽和結
合を導入することが可能な化合物とを共重合する方法等
が挙げられる。
物は、前記のごとき分子構造を有するものであれば任意
の方法で製造したものでよいが、例えばラジカル重合や
イオン重合手法を用いて重合可能なニトリル基含有化合
物と、−これと共重合可能で重合体の主鎖中に不飽和結
合を導入することが可能な化合物とを共重合する方法等
が挙げられる。
ラジカル重合やイオン重合手法を用いて重合可能なニト
リル基含有化合物としては、アクリロニトリル、メタク
リロニトリル、α−エチルアクリロニトリル、α−イソ
プロピルアクリロニトリル、クロトンニトリル等のα、
β−不飽和不飽和用トリル化合物ノアクリレート等のニ
トリル基含有アクリレート、あるいはビニリデンシアナ
イド等が挙げられる。また1、1−ジシアノ−2−ビニ
ルシクロプロパン等のニトリル基含有ビニルシクロプロ
パン誘導体を用いることも可能である。
リル基含有化合物としては、アクリロニトリル、メタク
リロニトリル、α−エチルアクリロニトリル、α−イソ
プロピルアクリロニトリル、クロトンニトリル等のα、
β−不飽和不飽和用トリル化合物ノアクリレート等のニ
トリル基含有アクリレート、あるいはビニリデンシアナ
イド等が挙げられる。また1、1−ジシアノ−2−ビニ
ルシクロプロパン等のニトリル基含有ビニルシクロプロ
パン誘導体を用いることも可能である。
さらに、ニトリル基含有化合物と共重合可能で重合体の
主鎖中に不飽和結合を導入することが可能な化合物とし
ては、1.3−ブタジェン、イソプレン、■、3−ペン
タジェン等の共役ジエン化合物、あるいはビニルシクロ
プロパン誘導体が挙げられる。
主鎖中に不飽和結合を導入することが可能な化合物とし
ては、1.3−ブタジェン、イソプレン、■、3−ペン
タジェン等の共役ジエン化合物、あるいはビニルシクロ
プロパン誘導体が挙げられる。
また該高分子化合物は本発明の効果を本質的に損なわな
い範囲であれば必要に応じて他の共重合可能な成分を含
んでいてもかまわない。
い範囲であれば必要に応じて他の共重合可能な成分を含
んでいてもかまわない。
本発明における高分子固体電解質を構成する無定形高分
子化合物は、ケル・プール法で測定した窒素濃度で1−
155nol/g、好ましくは2〜10mmol/Hに
相当するニトリル基を含有することが必要である。窒素
濃度が1 mmol/g以下に相当するニトリル基量で
は、高分子化合物の極性が低下して充分なイオン伝導性
を示さない。また、15m+*ol/gを越えるとガラ
ス転移点が上昇する等してイオン伝導性が低下する等の
不都合が生じるので好ましくない。
子化合物は、ケル・プール法で測定した窒素濃度で1−
155nol/g、好ましくは2〜10mmol/Hに
相当するニトリル基を含有することが必要である。窒素
濃度が1 mmol/g以下に相当するニトリル基量で
は、高分子化合物の極性が低下して充分なイオン伝導性
を示さない。また、15m+*ol/gを越えるとガラ
ス転移点が上昇する等してイオン伝導性が低下する等の
不都合が生じるので好ましくない。
本発明における高分子固体電解質を構成する無定形高分
子化合物は、ニトリル基を含有することに併せてざらに
主鎖に不飽和結合を含有することによって、10−9(
s/am)以上のイオン伝導度を示す高分子固体電解質
を得ることができる。実用的には、ヨウ素価で95〜4
30、好ましくは100〜300の範囲内で不飽和結合
を含有することが好ましいが、必ずしもこれに限定され
るものではない。
子化合物は、ニトリル基を含有することに併せてざらに
主鎖に不飽和結合を含有することによって、10−9(
s/am)以上のイオン伝導度を示す高分子固体電解質
を得ることができる。実用的には、ヨウ素価で95〜4
30、好ましくは100〜300の範囲内で不飽和結合
を含有することが好ましいが、必ずしもこれに限定され
るものではない。
本発明における無定形高分子化合物は、高分子固体電解
質としての機能を発揮する範囲内であれば特に制限され
ないが、重量平均分子量は1万〜30万、好ましくは2
万〜10万である。分子量が1万以下では、成膜性が低
下し膜強度も充分な値が得られない。また30万を越え
ると加工性が低下する。
質としての機能を発揮する範囲内であれば特に制限され
ないが、重量平均分子量は1万〜30万、好ましくは2
万〜10万である。分子量が1万以下では、成膜性が低
下し膜強度も充分な値が得られない。また30万を越え
ると加工性が低下する。
本発明の高分子固体電解質を構成するアルカリ金属塩は
、Li゛、Na”、K゛等のアルカリ金属のカチオンと
、CI−、Br−1BF4−5P F a−1AsFa
−1CIO4−1CF 3 S O3−1SCN−等の
アニオンとからなり、例えば過塩素酸リチウム、過塩素
酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、テトラフロロホウ酸
リチウム、テトラフロロホウ酸ナトリウム、テトラフロ
ロホウ酸カリウム、ヘキサフロロリン酸リチウム、ヘキ
サフロロリン酸ナトリウム、ヘキサフロロリン酸カリウ
ム、トリフロロ酢酸リチウム、トリフロロメタンスルホ
ン酸リチウム、トリフロロ酢酸リチウム、 トリフロロ
メタンスルホン酸カリウム等を挙げることが出来る。
、Li゛、Na”、K゛等のアルカリ金属のカチオンと
、CI−、Br−1BF4−5P F a−1AsFa
−1CIO4−1CF 3 S O3−1SCN−等の
アニオンとからなり、例えば過塩素酸リチウム、過塩素
酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、テトラフロロホウ酸
リチウム、テトラフロロホウ酸ナトリウム、テトラフロ
ロホウ酸カリウム、ヘキサフロロリン酸リチウム、ヘキ
サフロロリン酸ナトリウム、ヘキサフロロリン酸カリウ
ム、トリフロロ酢酸リチウム、トリフロロメタンスルホ
ン酸リチウム、トリフロロ酢酸リチウム、 トリフロロ
メタンスルホン酸カリウム等を挙げることが出来る。
本発明の高分子固体電解質を構成する無定形高分子化合
物とアルカリ金属塩との重量比は、該高分子化合物10
0重量部に対してアルカリ金属塩0、 5〜30重量部
、好ましくは3〜25重量部である。アルカリ金属塩が
0.5重量部以下だと充分なイオン伝導度が得られず、
また30重量部を越えると、塩のままで残存するアルカ
リ金属塩の量が増大し、イオンの伝導を妨げるので好ま
しくない。
物とアルカリ金属塩との重量比は、該高分子化合物10
0重量部に対してアルカリ金属塩0、 5〜30重量部
、好ましくは3〜25重量部である。アルカリ金属塩が
0.5重量部以下だと充分なイオン伝導度が得られず、
また30重量部を越えると、塩のままで残存するアルカ
リ金属塩の量が増大し、イオンの伝導を妨げるので好ま
しくない。
本発明の高分子固体電解質を製造する方法はとくに限定
されないが、例えば次の方法が用いられる。すなわち所
定量の高分子化合物とアルカリ金属塩をアセトン、メチ
ルエチルケトン、テトラヒドロフラン等の溶媒に溶解さ
せ均一溶液とする。
されないが、例えば次の方法が用いられる。すなわち所
定量の高分子化合物とアルカリ金属塩をアセトン、メチ
ルエチルケトン、テトラヒドロフラン等の溶媒に溶解さ
せ均一溶液とする。
次いで該溶液を基板上に流延したのち窒素雰囲気下で加
熱して溶媒を除去し成膜する。
熱して溶媒を除去し成膜する。
他の方法としては、重合開始剤存在下にキャスト重合さ
せ、目的とする高分子固体電解質フィルムを得ることも
出来る。
せ、目的とする高分子固体電解質フィルムを得ることも
出来る。
本発明の高分子固体電解質のイオン伝導度は、膜厚的1
00μmの薄膜を作成し、LCRメーター(横河ヒュー
レットパッカード社製HP4284A)により20 H
z 〜I M Hzの交流を印加し、複素インピーダン
ス法により測定する。
00μmの薄膜を作成し、LCRメーター(横河ヒュー
レットパッカード社製HP4284A)により20 H
z 〜I M Hzの交流を印加し、複素インピーダン
ス法により測定する。
かくして本発明によれば、従来技術と比較して、室温で
高いイオン伝導度を有し、成膜性が良好で膜強度の高い
高分子固体電解質を得ることができる。
高いイオン伝導度を有し、成膜性が良好で膜強度の高い
高分子固体電解質を得ることができる。
本発明の高分子固体電解質は、その特性を生かして固体
電池、エレクトロクロミックデイスプレィ、センサー、
キャパシタ等への利用が考えられ、また静電防止効果を
付与する利用方法も可能である。
電池、エレクトロクロミックデイスプレィ、センサー、
キャパシタ等への利用が考えられ、また静電防止効果を
付与する利用方法も可能である。
以下に実施例を挙げ本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1〜5)
1.3−ブタジェンとアクリロニトリルとを、ベンゼン
溶媒中アゾビスイソブチロニトリルを開始剤として、4
0℃でラジカル共重合をおこなった。
溶媒中アゾビスイソブチロニトリルを開始剤として、4
0℃でラジカル共重合をおこなった。
共重合体の組成比は重合時の仕込比により変え、ニトリ
ル基含量と不飽和結合量の異なる共重合体を5種類作成
した。
ル基含量と不飽和結合量の異なる共重合体を5種類作成
した。
得られた各共重合体1gを、20 m lのメチルエチ
ルケトンに溶解させ、無水過塩素酸リチウム250 m
g (20w t%)を加え充分に撹拌後。
ルケトンに溶解させ、無水過塩素酸リチウム250 m
g (20w t%)を加え充分に撹拌後。
シャーレ上で窒素下で乾燥し、更に真空乾燥器を用いて
40℃で充分に乾燥して膜厚的100μmの薄膜を作成
し、イオン伝導度を測定した。結果を第1表に示す。
40℃で充分に乾燥して膜厚的100μmの薄膜を作成
し、イオン伝導度を測定した。結果を第1表に示す。
なお共重合体はケル・ブール法によって窒素濃度を測定
し、またライイス(Wijs)法によりヨウ素価を測定
した。ライイス法によるヨウ素価の測定は、共重合体を
クロロホルムに溶解して二塩化ヨウ素とヨウ素の#酸混
合溶液を加え、25℃で2時間反応させた後、10重量
%ヨウ化カリウム溶液を加えて反応を停止させ1次いで
溶液中の未反応ヨウ素を1%デンプン水溶液を指示薬と
して、1/IONチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定した
。
し、またライイス(Wijs)法によりヨウ素価を測定
した。ライイス法によるヨウ素価の測定は、共重合体を
クロロホルムに溶解して二塩化ヨウ素とヨウ素の#酸混
合溶液を加え、25℃で2時間反応させた後、10重量
%ヨウ化カリウム溶液を加えて反応を停止させ1次いで
溶液中の未反応ヨウ素を1%デンプン水溶液を指示薬と
して、1/IONチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定した
。
(実施例6〜7)
1.3−ブタジェンとアクリロニトリルとを実施例1と
同様にして、ベンゼン溶媒中アゾビスイソブチロニトリ
ルを開始剤として、40℃でラジカル共重合後、得られ
た共重合体の不飽和結合を水添しヨウ素価の異なる高分
子化合物を2種類作成した。
同様にして、ベンゼン溶媒中アゾビスイソブチロニトリ
ルを開始剤として、40℃でラジカル共重合後、得られ
た共重合体の不飽和結合を水添しヨウ素価の異なる高分
子化合物を2種類作成した。
さらに得られた高分子化合物にそれぞれ無水過塩素酸リ
チウム250 m g (20w t%)を加えて実施
例1と同様な方法でイオン伝導度を測定し結果を112
表に示した。
チウム250 m g (20w t%)を加えて実施
例1と同様な方法でイオン伝導度を測定し結果を112
表に示した。
(比較例1〜2)
ポリアクリロニトリル、ポリブタジェンに、それぞれ無
水過塩素酸リチウム250mg(20wt%)を加えて
実施例1と同様な方法でイオン伝導度を測定した。結果
を313表に示した。
水過塩素酸リチウム250mg(20wt%)を加えて
実施例1と同様な方法でイオン伝導度を測定した。結果
を313表に示した。
$12.3表に示したように、室温ではポリアクリロニ
トリルで10−”(s/(園)以下、ポリブタジェンで
は2.lX10〜” (s/c膳)のイオン伝導度を示
す高分子固体電解質が得られるのに比較して、本発明に
よればいずれも10−9(s/am)以上のイオン伝導
度を示す高分子固体電解質を得ることが出来る。
トリルで10−”(s/(園)以下、ポリブタジェンで
は2.lX10〜” (s/c膳)のイオン伝導度を示
す高分子固体電解質が得られるのに比較して、本発明に
よればいずれも10−9(s/am)以上のイオン伝導
度を示す高分子固体電解質を得ることが出来る。
以下余白
第
表
第
表
第
表
Claims (3)
- (1)ニトリル基を有し、不飽和結合を主鎖に有する無
定形高分子化合物とアルカリ金属塩とからなる高分子固
体電解質。 - (2)無定形高分子化合物のヨウ素価が95〜430で
あることを特徴とする請求項(1)記載の高分子固体電
解質。 - (3)請求項(1)記載の高分子固体電解質を用いた固
体電気化学デバイス材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630690A JPH081766B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 高分子固体電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24630690A JPH081766B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 高分子固体電解質 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04126304A true JPH04126304A (ja) | 1992-04-27 |
| JPH081766B2 JPH081766B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=17146596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24630690A Expired - Fee Related JPH081766B2 (ja) | 1990-09-18 | 1990-09-18 | 高分子固体電解質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081766B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020045226A1 (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 日本ゼオン株式会社 | 全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池電極合材層用スラリー組成物、全固体二次電池固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池 |
-
1990
- 1990-09-18 JP JP24630690A patent/JPH081766B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020045226A1 (ja) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 日本ゼオン株式会社 | 全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池電極合材層用スラリー組成物、全固体二次電池固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池 |
| JPWO2020045226A1 (ja) * | 2018-08-31 | 2021-08-26 | 日本ゼオン株式会社 | 全固体二次電池用バインダー組成物、全固体二次電池電極合材層用スラリー組成物、全固体二次電池固体電解質層用スラリー組成物、および全固体二次電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH081766B2 (ja) | 1996-01-10 |
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