JPH04204522A - 電解質薄膜 - Google Patents

電解質薄膜

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JPH04204522A
JPH04204522A JP2329888A JP32988890A JPH04204522A JP H04204522 A JPH04204522 A JP H04204522A JP 2329888 A JP2329888 A JP 2329888A JP 32988890 A JP32988890 A JP 32988890A JP H04204522 A JPH04204522 A JP H04204522A
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JP
Japan
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thin film
film
electrolytic
ionic
ionic conductivity
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JP2329888A
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English (en)
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Yoshiki Mizuno
祥樹 水野
Kumiko Mukoda
向田 久美子
Satoshi Sakurada
桜田 智
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018Polymeric electrolyte materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Secondary Cells (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電解質薄膜に係り、より詳しくは固体高分子多
孔性薄膜の空孔中にイオン導電体を充填して成る電解質
薄膜に関する。電解質薄膜は一次電池、二次電池、エレ
クトロクロミンクデバイス、センサーなど、電気抵抗が
低く、かつすぐれた機械的強度が要求される分野に広く
利用できる。
〔従来の技術〕
本出願人は、固体高分子多孔膜の空孔中にイオン導電体
を充填してなる電解質薄膜を先に開示している(特開平
1−158051号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の電解質薄膜は取扱上固体の性質を有しながら、な
おかつ固体高分子電解質膜と比べて格段に高い導電率を
有し、その有効性は究めて幅広くかつ高いものである。
しかしながら、この電解質薄膜においても、用途により
、あるいは同じ固体高分子多孔膜とイオン導電体の組合
せにおいて、さらに高いイオン導電率が望まれる場合が
あり、さらには電解液によっては固体高分子多孔膜に充
填することが困難な場合もあった。
そこで、本発明はこのような問題を解決することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記課題を解決するために、固体高分子多孔
性薄膜の空孔中にイオン導電体を充填してなる電解質薄
膜において、該固体高分子多孔性薄膜の空孔表面が界面
活性剤で処理されていることを特徴とする。
本発明で用いる固体高分子多孔性薄膜としては、限定す
るわけではないが、膜厚が0.1p〜50声、空孔率が
40%〜90%、破断強度が200kg/cut以上、
平均貫通孔径がO,0OIJ−〜0.7pのものが好ま
しく使用される。
薄膜の厚さは一般に0.1廁〜50力であり、好ましく
は0.1p〜25廂である。厚さが0.1側未満では支
持膜としての機械的強度の低下および取り扱い性の面か
ら実用に供することが難しい。一方、50戸を超える場
合に実効抵抗を低く抑えるという観点から好ましくない
。多孔性薄膜の空孔率は、40%〜90%とするのがよ
く、好ましくは60%〜90%の範囲である。空孔率が
40%未満では電解質としてのイオン導電性が不十分と
なり、一方90%を超えると支持膜としての機能的強度
が小さくなり実用に供することが難しい。
平均貫通孔径は、空孔中にイオン導電体を固定化できれ
ばよいが、一般に0. OOC〜0.7側である。好ま
しい平均貫通孔径は高分子膜の材質や孔の形状にもよる
。高分子膜の破断強度は一般に200kg / c++
I以上、より好ましくは500kg/Cn!以上を有す
ることにより支持膜としての実用化に好適である。
本発明に用いる多孔性薄膜は上記のようなイオン導電体
の支持体としての機能をもち、機械的強度のすぐれた高
分子材料からなる。
化学的安定性の観点から、例えばポリオレフィン、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ヒニリデンを用い
ることができるが、本発明の多孔構造の設計や薄膜化と
機械的強度の両立の容易さの観点から好適な高分子材料
の1例は、特に重量平均分子量が5×105以上のポリ
オレフィンである。すなわち、オレフィンの単独重合体
または共重合体の、結晶性の線状ポリオレフィンで、そ
の重量平均分子量が5×105以上、好ましくは1×1
06〜1×107のものである。例えば、ポリエチレン
、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポ
リブテン−1、ポリ4−メチルペンテン−1などがあげ
られる。これらのうちでは重量平均分子量が5×105
以上のポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましい。
ポリオレフィンの重量平均分子量は、得られる透過膜の
機械的強度に影響する。超高分子量ポリオレフィンは、
超延伸により極薄で高強度の製膜を可能とし、実効抵抗
の低い高イオン導電性薄膜の支持体とする。重量平均分
子量が5×105未満のポリオレフィンを同時に用いる
ことができるが、重量平均分子量が5×105以上のポ
リオレフィンを含まない系では、超延伸による極薄高強
度の膜が得られない。
上記のような多孔性薄膜は次のような方法で製造できる
。超高分子量ポリオレフィンを流動パラフィンのような
溶媒中に1重量%〜15重量%を加熱溶解して均一な溶
液とする。この溶液からシートを形成し、急冷してゲル
状シートとする。このゲル状シート中に含まれる溶媒量
を、塩化メチレンのような揮発性溶剤で抽出処理して1
0重量%〜90重量%とする。このゲル状シートをポリ
オレフィンの融点以下の温度で加熱し、面倍率で10倍
以上に延伸する。この延伸膜中に含まれる溶媒を、塩化
メチレンのような揮発性溶剤で抽出除去した後に乾燥す
る。
別の好適な高分子材料の例はポリカーボネートで、この
場合の固体高分子多孔性薄膜はポリカーボネート薄膜に
対し原子炉中で荷電粒子を照射し、荷電粒子が通過した
飛跡をアルカリエツチングして孔を形成する方法で作製
することもできる。このような薄膜は例えばニュークリ
ポアー・メンブレンとしてポリカーボネート及びポリエ
ステル製品が上布されている。
そのほか、ポリエステル、ポリメタアクリレート、ポリ
アセタール、ポリ塩化ビニリデン、テトラフルオロポリ
エチレン等を用いることができる。
本発明は、このような固体高分子多孔性薄膜の空孔表面
を界面活性剤で処理することを特徴としている。空孔表
面を界面活性剤で処理する方法としては■多孔性薄膜の
製造時に界面活性剤を練込む方法、■製薄後に、空孔内
表面を界面活性剤で処理する方法、等によることができ
る。
界面活性剤としては、限定されないが非イオン型界面活
性剤が好ましく使用でき、例えばソルビトーノヘペンタ
エリスリトーノペグリセリン、グリコール及びこれらの
高級脂肪酸エステノペあるいはアルキレンオキサイドの
脂肪酸エステル、パーフルオロアルキルアミンオキサイ
ドなどを挙げることができる。
このような界面活性剤で処理することにより、固体高分
子多孔性薄膜の空孔表面の表面活性が増大し、電解液に
よる濡れが改善され、電解質の移動性が向上すると共に
、エチレンカーボネート等の従来充填が困難であった溶
媒の使用も容易化される、等の効果がある。
本発明で用いるイオン導電体としてはアルカリ金属塩ま
たはプロトン酸と、ポリエーテル、ポリエステル、ポリ
イミン等の極性高分子との複合体、あるいはこれらの高
分子をセグメントとして含有する網目状、又は架橋状高
分子との複合体を用いることかできる。ポリエーテルベ
例えばポリエチレングリコールまたはポリプロピレング
リコールあるいはそれらの共重合体は分子量および重合
度の異なる液状および粉末状の試薬が市販されており、
簡便に用いることができる。すなわち、ポリエチレング
リコール、ポリエチレングリコールφモノエーテル、ポ
リエチレングリコール・ジエーテノペポリプロピレング
リコール、ポリプロピレングリコール・モノエーテル、
ポリプロピレングリコール・ジエーテル等のポリエーテ
ル類、またはこれらのポリエーテル類の共重合体である
ポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)グリコーノ
ペポリ (オキシエチレン・オキシプロピレン)グリコ
ール・モノエーテル、またはポリ くオキシエチレン・
オキシプロピレン)グリコール・ジエーテノペこれらの
ポリオキシアルキレン類と、エチレンジアミンとの縮合
物、りん酸エステルや飽和脂肪酸または芳香族エステル
等を用いることができる。さらにポリエチレングリコー
ルとジアルキルシロキサンの共重合体(例えば、成瀬ら
、Polymer Preprints、  Japa
n Vol、34.  No、7. 2021〜202
4 (1985)、および特開昭60−217263号
公報)、ポリエチレングリコールと無水マレイン酸の共
重合体(例えばC,C,Leeら、Polymer、 
1982. Vow。
23 May 681〜689)、およびポリエチレン
グリコールのモノメチルエーテルとメタクリル酸との共
重合体く例えば、N、Kobayashi  ら、J、
Physical Chem−istry、 Vol、
89. No、6.987〜9901985))はそれ
ぞれアルカリ金属イオンとの複合体を形成し、室温での
イオン伝導度が10−5〜10 ’ S −cm−’で
あることが知られており、本発明に有用な薄膜電解質を
構成する材料として好適である。
上記のポリエーテル類は分子量150以上の低分子量の
ものであってよく、また上記高分子にはプロピレンカー
ボネート、T−ブチロラクトン、エチレンカーボネート
、メチルフラン、ジメトキシエタン、ジオキソラン、テ
トラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルホルムア
ミド、ジメチルサルホキシト、メチルテトラヒドロフラ
ン、スルホラン、メチルチオフェン、メチルチアゾール
、エトキシメトキシエタンの1種またそれ以上の溶媒を
加えて用いてもよい。
これらの高分子化合物と複合体を形成するものとしては
、アルカリ金属またはアルカリ土類金属塩またはプロト
ン酸を用いることができる。陰イオンとしてはハロゲン
イオン、過塩素酸イオン、チオシアン酸イオン、トリフ
ッ化メタンスルホン酸イオン、ホウフッ化イオン等があ
る。フッ化リチウム(LiF) 、ヨウ化ナトリウム(
NaI) 、ヨウ化リチウム(LiI) 、過塩素酸リ
チウム(L+Cj204)、チオシアン酸ナトリウム(
NaSCN) 、)リッツ化メタンスルホン酸リチウム
(LiCF3SO3)、ホウフッ化リチウム(LIBF
4) 、ヘキサフッ化りん酸リチウム(LIPF6) 
、りん酸(■3P03)、硫酸(H2SO,) 、)リ
ッツ化メタンスルホン酸、テトラフッ化エチレンスルホ
ル酸[:C2F、(SO31t)2 ) 、ヘキサフッ
化ブタンスルホン酸〔C4F6(SO311)4 〕、
などを具体例として挙げることができる。
高分子薄膜中にイオン導電体を充填する方法としては、
■溶媒に溶解させたイオン導電体、または溶媒中にゾル
状またはゲル状に微分散させたイオン導電体を固体高分
子多孔性薄膜に包浸させるか、塗布またはスプレーした
後溶剤を除去する、■多孔性薄膜の製造工程でイオン導
電体の溶液または、そのゾルまたはゲル状の分散溶液を
混合した後製膜する、■イオン導電体の単量体や可溶性
プレカーサーを固体高分子多孔性薄膜に包浸させるか、
塗布またはスプレーした後、空孔内で反応させる、等の
方法を用いることができる。
〔実施例〕
実施例1 水とインプロパツール混合溶媒(混合比4:1容量比)
に5重量%のパーフルオロアルキルアミンオキシドを溶
解させた溶液にポリエチレン微多孔膜(25R1厚)を
2時間浸漬した後純水で洗浄する。同腹を50℃、真空
中で乾燥させ表面処理膜を得た。同腹にプロピレンカー
ボネートとジメトキシエタン混合液(混合比1:1容量
比)にLiCβ04を溶解させ1moR/f!濃度とし
た電解液を充填した。
この膜のイオン伝導率は3.2 X40−3Ω−1cm
’−1であった。
比較例 実施例1の方法で表面処理を行わない膜ではイオン伝導
率は6. OXl0−’Ω−1cm lであった。
実施例2 1i例1の方法でパーフルオロアルキルアミンのエチレ
ンオキシド付加物(C8H,7SO2NF−C112−
(CH20)、lI)で表面処理を行ったポリエチレン
微多孔膜に、エチレンカーボネートとジメトキシエタン
混合液(混合比7:3容量比)にL+PFsを溶解させ
1moff/l濃度とした電解液を充填した。この膜の
イオン伝導率は1.9 Xl0−3Ω−1c m−1で
あった。
比較例2 実施例2の方法で表面処理を行わない膜では電解液を充
填することが出来なかった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、固体高分子多孔性薄膜の空孔表面を界
面活性剤で処理したことにより、充填されるイオン導電
体の移動性が向上して電解質薄膜のイオン導電率が向上
するほか、従来は充填が困難であった電解液の充填が容
易化される等の効果がある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.固体高分子多孔性薄膜の空孔中にイオン導電体を充
    填してなる電解質薄膜において、該固体高分子多孔性薄
    膜の空孔表面が界面活性剤で処理されていることを特徴
    とする電解質薄膜。
  2. 2.前記固体高分子多孔性薄膜がポリオレフィンである
    請求項1記載の電解質薄膜。
JP2329888A 1990-11-30 1990-11-30 電解質薄膜 Pending JPH04204522A (ja)

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