JPH08225626A - イオン導電性高分子固体電解質、組成物及び製造方法 - Google Patents
イオン導電性高分子固体電解質、組成物及び製造方法Info
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Abstract
気化学用材料として利用できるイオン導電性高分子固体
電解質に関する。 【構成】 ヒドロキシアルキル多糖、あるいはヒドロキ
シアルキル多糖誘導体とポリオキシアルキレン成分を含
有するジエステル化合物とポリオキシアルキレン成分を
含有するエステル化合物とイオン導電性金属塩を主たる
構成成分とするイオン導電性高分子固体電解質。
Description
サー等の電気化学用材料として利用できるイオン導電性
高分子固体電解質に関するものである。
は主として水、プロピレンカーボネート、テトラヒドロ
フランなどの液体物質が用いられてきた。
り易く長期の安定性を確保するためには容器の気密性を
上げる必要がある。
子素子はその重量が重く、また製造工程が煩雑であると
いう欠点を有する。
漏れの心配がほとんど無く、製造の簡略化、製品の軽量
化が達成し易い利点があり、活発に研究されている。
料と有機系材料とに分けられるが、その重量、成形性、
柔軟性の点で有機系イオン導電性固体電解質の方が無機
系イオン導電性固体電解質に比べて優れている。
マトリクス高分子と、低分子のイオン導電性金属塩から
構成される。
る役目とイオン導電性金属塩を溶解する溶媒の役目の両
方を担うことから有機系イオン導電性固体電解質に於て
最も重要な要素である。
のアルモンドらがポリエチレンオキシドに過塩素酸リチ
ウムが溶解する事を見いだし、この系が10-7S/cm
のイオン導電性を有する事を報告して以来、その類縁ポ
リマーを中心にポリプロピレンオキシド、ポリエチレン
イミン、ポリウレタン、ポリエステルなど多岐にわたる
高分子物質について類似の研究が行われた。
軟性、電池として用いた場合の高エネルギー特性などの
長所を活かして固体二次電池用の電解質としての応用が
進んでいる。
るポリエチレンオキシドはイオン導電性金属塩を溶解す
る能力が高いポリマーであるが、半結晶性ポリマーであ
り、多量の金属塩を溶解させると金属塩が高分子鎖間に
擬架橋構造を形成し、ポリマーはさらに結晶化し、その
ため導電性は予期した値よりかなり低いものとなる。
テル系高分子マトリクス中に溶解したイオン導電体は高
分子マトリクスのガラス転移温度以上のアモルファス
(無定形)領域中を高分子鎖の局所的なセグメント運動
に伴って移動する。
よって強く配位を受け、その移動性は高分子の局所運動
の影響を強く受ける。
のマトリクス高分子として直鎖状高分子を選択すること
はイオン導電体の移動性の面から得策ではない。
ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンイミンなどの直
鎖状高分子のみからなるイオン導電性高分子固体電解質
ではその導電性は室温で10-7S/cmか、高くともせ
いぜい10-6S/cm程度である。
るためにはマトリクス高分子内にイオン導電体が移動し
易いアモルファス領域を多く存在させることも重要であ
り、またポリマーのガラス転移温度を低くするような分
子設計を行わねばならない。
枝構造を導入する試みが行われ、高い導電性(室温で約
10-4S/cm)を有するポリエチレンオキシド誘導体
のイオン導電性高分子固体電解質が合成された(緒方
直哉ら、繊維学会誌 P52―57 1990年)。し
かしポリマーの合成方法が煩雑で有るため製品化されて
いない。
をとらせ、結晶構造を阻害させることでイオン導電性を
確保する方法も報告されている。
シアルキレン誘導体をポリイソシアネート化合物で架橋
硬化させたイオン導電性高分子固体電解質がある(特開
平4―112460,5―36483など)。
保存上の管理、反応活性の管理が困難。 ○グリセリンのポリオキシアルキレン誘導体とポリイソ
シアネート化合物のウレタン化架橋反応がイオン導電性
金属塩や補助溶媒成分の影響を受け、著しく反応性が低
下したり、あるいは反応が加速されたりする。そのため
高分子のマトリクスを先に合成してからイオン導電性金
属塩を適当な溶媒と共に含浸させる方法(含浸法)を取
る場合が多く、工業的生産性に劣る。 ○汎用の芳香族イソシアネートは電気化学的劣化を受け
易い。脂肪族イソシアネートは反応性が低い。 ○フィルム状に成形する場合、長時間の加熱反応が必要
である。 などの課題が未解決のままである。
クスとして用いる別の例として、ポリオキシアルキレン
成分を含有するアクリル系モノマーあるいはメタクリル
系モノマーを重合させる方法が出願されている(特開平
5―25353)が、イオン導電性金属塩のモノマーへ
の溶解性が低いために、炭酸ビニレン等の第三成分を添
加しなければならない点や、得られたポリマーの物理強
度が低い等の問題点がある。
成膜性に優れ、強靭な膜強度を有し、工業的製造時の取
り扱い特性の優れたイオン導電性高分子固体電解質を提
供することを目的とする。
キシアルキル多糖類もしくはヒドロキシアルキル多糖類
誘導体100重量部と、ポリオキシアルキレン成分を含
有するジエステル化合物とポリオキシアルキレン成分を
含有するモノエステル化合物10〜500重量部と、イ
オン導電性金属塩5〜1000重量部とからなる高分子
固体電解質用組成物、(2)ジエステル化合物/モノエ
ステル化合物の重量比が1〜0.2である(1)記載の
組成物、(3)(1)に記載のヒドロキシアルキル多糖
類誘導体がヒドロキシアルキル多糖類中の水酸基の1部
または全てがエステル結合あるいはエーテル結合を介
し、置換基を導入したヒドロキシアルキル多糖類誘導体
である高分子固体電解質用組成物、(4)(1)に記載
のポリオキシアルキレン成分を含有するジエステル化合
物(化1)が
基を示し、X≧1且つY≧0の条件を満足するものか、
又はX≧0且つY≧1の条件を満足するもの。)であ
り、ポリオキシアルキレン成分を含有するモノエステル
化合物(化2)が
ル基を示し、A≧1且つB≧0の条件を満足するもの
か、又はA≧0且つB≧1の条件を満足するもの。)で
ある高分子固体電解質用組成物、(5)イオン導電性金
属塩を溶解することが出来る溶媒をさらに含有すること
を特徴とする(1)に記載の高分子固体電解質用組成
物、(6)(1)に記載の高分子固体電解質用組成物に
紫外線、電子線、エックス線、ガンマ線、マイクロ波、
高周波などを照射することによって、あるいは加熱する
ことによって、ポリオキシアルキレン成分を含有するジ
エステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有する
モノエステル化合物を重合させ、生成した高分子鎖がヒ
ドロキシアルキル多糖類、あるいはヒドロキシアルキル
多糖類誘導体の分子鎖と相互に絡み合った3次元架橋ネ
ットワーク構造を形成させることを特徴とする高分子固
体電解質の製造方法、(7)(6)記載の製造方法によ
って得られた高分子固体電解質、である。
イオン導電性金属塩を含有するヒドロキシアルキル多糖
類、あるいはそのヒドロキシアルキル多糖類誘導体をポ
リオキシアルキレン成分を含有するジエステル化合物と
ポリオキシアルキレン成分を含有するモノエステル化合
物で三次元網目化することにより合成される。
ジエステル化合物とポリメトキシオキシアルキレン成分
を含有するモノエステル化合物が重合反応して三次元網
目構造を形成する際、ヒドロキシアルキル多糖類、ある
いはそのヒドロキシアルキル多糖類誘導体の分子鎖と半
相互侵入高分子網目(semi―interpenet
rating polymer network; s
emi―IPN)構造を形成する。semi―IPN構
造の概念図を図1、2に示す。semi―IPN構造を
形成させることは異種高分子を単に混合する場合と異な
り、異種高分子鎖間の相溶性の向上や相間結合力の増大
等の利点がある。
る試みは古くから行われている。また、最近では長岡技
術科学大学の西尾らがセルロース系IPNの総説を報告
している(高分子、43,549(1994))。
Nの組成は今までに報告されていないし、セルロース系
IPNを電池の分野に応用した例は無い。
いはそのヒドロキシアルキル多糖類誘導体の場合におい
てもsemi―IPN構造を形成させることによりその
膜特性が飛躍的に向上する事を発明者らは見いだした。
属塩の相互作用の良い組合せを見つける為の研究途上で
ヒドロキシアルキル多糖類ならびにヒドロキシアルキル
多糖類誘導体がイオン導電性金属塩を良好に溶解し、イ
オン導電性高分子固体電解質として用いるポリマーに必
要な条件をすべて満足し、高い導電性を示す材料である
ことを見いだした。
ヒドロキシアルキル多糖類誘導体においては、イオン導
電性金属塩は主として側鎖に溶解していると考えられ
る。
局所運動の制限を何等受ける事なく移動し得るために、
ポリエチレンオキシド等の直鎖状高分子マトリクスの場
合に比べ、一桁以上高い導電性を示す事を見いだした。
それは実施例1と比較例3を比べれば明らかである。
ース、デンプンなどの天然に産出される多糖類にエチレ
ンオキシドを反応させることによって得られるヒドロキ
シエチル多糖類、プロピレンオキシドを反応させること
によって得られるヒドロキシプロピル多糖類、グリシド
ールあるいは3―クロロ―1、2―プロパンジオールを
反応させることによって得られるジヒドロキシプロピル
多糖類の3種のヒドロキシアルキル多糖類をさす。
はこのヒドロキシアルキル多糖類分子中の水酸基の一部
あるいは全てがエステル結合、あるいはエーテル結合を
介した置換基で封鎖された多糖類誘導体のことをさす。
デンプン、アミロース、アミロペクチン、プルラン、カ
ードラン、マンナン、グルコマンナン、アラビナン、キ
チン、キトサン、アルギン酸、カラゲナン、デキストラ
ンなどが例として挙げられ、用いる多糖類の分子量、分
岐構造の有無、多糖類の構成糖の種類、配列などの制約
は無い。
ースとデンプンが好ましい。ヒドロキシエチルセルロー
ス、ヒドロキシエチルデンプン、ヒドロキシプロピルセ
ルロース、ヒドロキシプロピルデンプンの4種は種々の
モル置換度(MS)の製品が市販されている(モル置換
度;多糖類の構成糖1糖当りに何モルの置換基が導入さ
れているかを示す値。)。
合成方法は米国特許4096326(1978)に記載
がある。また、その他のジヒドロキシプロピル多糖類の
合成は公知の方法を参考として合成可能である(参考文
献、佐藤ら、Makromol.Cem.,193,6
47(1992),あるいはMacromolecul
es 24,4691(1991))。
ン導電性高分子固体電解質として用いることが出来る。
糖類はモル置換度が2以上のものである。モル置換度が
2より小さい場合、イオン導電性金属塩類を溶解する能
力が低すぎて使用できない。モル置換度の上限は30、
好ましくは20である。モル置換度が30より高いヒド
ロキシアルキル多糖類を工業的に合成することは、工業
的製造コストや合成操作の煩雑さから考えて困難であ
る。無理をして製造し、モル置換度を30より増大させ
たとしても、モル置換度の増大による導電性の増加はそ
れほど期待できないと考えられる。
の水酸基の一部あるいは全てをエステル結合、あるいは
エーテル結合を介した置換基で封鎖したヒドロキシアル
キル多糖類誘導体もイオン導電性高分子固体電解質とし
て用いることが出来る。
族置換基、シアノ基を含む置換基をエステル結合かエー
テル結合でヒドロキシアルキル多糖類に導入したヒドロ
キシアルキル多糖類誘導体もイオン導電性高分子固体電
解質として用いることが出来る。
ロースの水酸基をエーテル結合を介して置換した誘導体
はヒドロキシプロピルメチルセルロースで、市販されて
いる。
スをシアノエチル化したシアノエチル化ヒドロキシプロ
ピルセルロースもイオン導電性高分子固体電解質として
良好な特性を示す(実施例)。
ン導電性金属塩の濃度がかなり高く、低誘電率の高分子
マトリクス中ではイオンの会合が生じ易く、イオンの会
合による導電性の低下減少が見られる。この場合マトリ
クスの極性を向上させるとイオンの会合が起こりにくく
なる。
点でヒドロキシアルキル多糖類の水酸基を極性基でキャ
ップすることに意義がある。
類とヒドロキシアルキル多糖類誘導体にイオン導電性金
属塩類を溶解して、さらに後記するジエステル化合物及
びモノエステル化合物を加え、反応させて、イオン導電
性高分子固体電解質とする。
ては通常の電気化学素子に用いるものであれば、特に制
限はないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiA
sF6、LiPF6、LiSbF6、LiCF3SO3、L
iCF3COO、NaClO4、NaBF4、NaSC
N、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2、
(C4H9)4NBF4、(C2H5)4NBF4、(C4H9)
4NClO4等の1種あるいは2種以上の混合物が挙げら
れる。配合量はヒドロキシアルキル多糖類あるいはヒド
ロキシアルキル多糖類誘導体100重量部に対して、好
ましくは5〜1000重量部、さらに好ましくは50〜
300重量部である。
度が希薄で、そのため導電性が実用上、低すぎる結果と
なる。
高分子のマトリクスのイオン導電性金属塩に対する溶解
能力を越えてしまい塩類の析出が生じる。
ィルム状で電極間に挟み込んで用いる場合が多い。その
ため実用上、高度な成膜性と膜の強度が要求される。
ロキシアルキル多糖類誘導体にイオン導電性金属塩を溶
解させた複合体はそのままではイオン導電性高分子固体
電解質としての成膜性、膜強度が不足している。
キシアルキル多糖類誘導体は室温下で液晶状態を呈し、
ワックス状で膜強度が低い。また、多くのモル置換度の
高いヒドロキシアルキル多糖類やヒドロキシアルキル多
糖類誘導体の外観はワックス状である。
に鋭意研究を行った結果、ポリオキシアルキレン成分を
含有するジエステル化合物とポリオキシアルキレン成分
を含有するモノエステル化合物をヒドロキシアルキル多
糖類あるいはヒドロキシアルキル多糖類誘導体とイオン
導電性金属塩の混合物に混合し、この混合物に紫外線、
電子線、エックス線、ガンマ線、マイクロ波、高周波な
どを照射することによって、あるいはイオン導電性電解
質を加熱することによって反応させる事によりsemi
―IPN構造の3次元架橋ネットワーク構造を形成する
ことで良好な成膜性と膜強度を付与できることを見いだ
した。
反応性モノマーは、ポリオキシアルキレン成分を含有す
るジエステル化合物(化1)が
エチル,n―プロピル,i―プロピル,n―ブチル,i
―ブチル,s−ブチル,t―ブチル,アミノ基異性体,
ヘキシル基異性体を示し、X≧1且つY≧0の条件を満
足するものか、又はX≧0且つY≧1の条件を満足する
ものであり、好ましくはR1,R2,R3はメチル,エチ
ル,n―プロピル,i―プロピル,n―ブチル,i―ブ
チル,s−ブチル,t―ブチルである。)であり、ポリ
オキシアルキレン成分を含有するモノエステル化合物
(化2)が
エチル,n―プロピル,i―プロピル,n―ブチル,i
―ブチル,s−ブチル,t―ブチル,アミノ基異性体,
ヘキシル基異性体を示し、A≧1且つB≧0の条件を満
足するものか、又はA≧0且つB≧1の条件を満足する
ものであり、好ましくはR1,R2,R3はメチル,エチ
ル,n―プロピル,i―プロピル,n―ブチル,i―ブ
チル,s−ブチル,t―ブチルである。)である。
ステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するエ
ステル化合物はヒドロキシアルキル多糖類あるいはヒド
ロキシアルキル多糖類誘導体とイオン導電性金属塩の混
合物中で紫外線、電子線、エックス線、ガンマ線、マイ
クロ波、高周波などを照射することによって、あるいは
混合物を加熱することによって反応させる事により、s
emi―IPN構造の3次元架橋ネットワーク構造を形
成する。
ステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するモ
ノエステル化合物が重合反応して三次元網目構造を形成
する際、ヒドロキシアルキル多糖類、あるいはそのヒド
ロキシアルキル多糖類誘導体の分子鎖と半相互侵入高分
子網目(semi―interpenetrating
polymer network;semi―IP
N)構造を形成する。
異種高分子を単に混合する場合と異なり、異種高分子鎖
間の相溶性の向上や相間結合力の増大等の利点がある。
いはそのヒドロキシアルキル多糖類誘導体の場合におい
てもsemi―IPN構造を形成させることによりその
膜特性が飛躍的に向上する。
一般にはポリオキシアルキレン成分を含有するジエステ
ル化合物のみをヒドロキシアルキル多糖類、あるいはヒ
ドロキシアルキル多糖類誘導体に添加して重合を行えば
よい。
マーであるポリオキシアルキレン成分を含有するモノエ
ステル化合物も添加している。
網目上にポリオキシアルキレン分岐を導入するためであ
る(図1、2参照)。
はイオン導電性を担う金属塩は主としてヒドロキシアル
キル多糖類若しくはヒドロキシアルキル多糖類誘導体の
分岐ヒドロキシアルキル基、あるいはポリオキシアルキ
レン成分を含有するジエステル化合物とポリオキシアル
キレン成分を含有するモノエステル化合物が重合してで
きる三次元網目上の分岐部分のヒドロキシアルキル側鎖
部分に強く相互作用していると考えられる。
動の制限を何等受ける事なく移動し得るために、ポリエ
チレンオキシド等の直鎖状高分子マトリクスの場合に比
べ、一桁以上高い導電性を示す。それは実施例1と比較
例3を比べれば明らかである。
ステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するモ
ノエステル化合物の添加量は、ヒドロキシアルキル多糖
類あるいはヒドロキシアルキル多糖類誘導体100重量
部に対して、両者合わせて10〜500重量部の範囲が
好ましい。
らない。500重量部より多くするとマトリクス全体の
イオン導電性金属塩溶解能力が低下し、塩が析出した
り、できた膜が脆くなるなどの不都合が生じる。
ステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するモ
ノエステル化合物の組成比は特に限定されないが、重量
比で(ポリオキシアルキレン成分を含有するジエステル
化合物)/(ポリオキシアルキレン成分を含有するモノ
エステル化合物)=1〜0.2の範囲が膜強度の点から
好ましい。
重合開始剤を添加する必要はないが、その他の場合は、
通常、重合開始剤を添加する。
アセトフェノン、トリクロロアセトフェノン、2―ヒド
ロキシ―2―メチルプロピオフェノン、2―ヒドロキシ
―2―メチルイソプロピオフェノン、1―ヒドロキシシ
クロヘキシルケトン、ベンゾインエーテル、2,2―ジ
エトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタールな
どの光重合開始剤を用いる事が出来る。
ロペルオキシド、t―ブチルヒドロペルオキシド、ジク
ミルペルオキシド、ジ―t―ブチルペルオキシドなどの
高温開始剤、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過
硫酸塩、アゾビスイソブチロニトリルなどの通常の開始
剤、過酸化水素・第1鉄塩、過硫酸塩・酸性亜硫酸ナト
リウム、クメンヒドロペルオキシド・第1鉄塩、過酸化
ベンゾイル・ジメチルアニリンなどの低温開始剤(レド
ックス開始剤)、過酸化物・有機金属アルキル、トリエ
チルホウ素、ジエチル亜鉛、酸素・有機金属アルキルな
どが使用可能である。
上混合して用いることができる。重合開始剤はポリオキ
シアルキレン成分を含有するジエステル化合物とポリオ
キシアルキレン成分を含有するモノエステル化合物10
0重量部に対して0.1〜1重量部の範囲で添加され
る。
著しく低下するので好ましくない。1重量部より多くす
ることは試薬の無駄である。
えば光重合の場合の反応条件は室温下、空気中で紫外線
を1〜50mW/cm2の光量で5〜30分以上照射し
て行う。
300kVの加速電圧でよい。加熱重合の場合は50〜
120℃、0.5〜6時間の加熱で反応する。
シアルキル多糖類あるいはヒドロキシアルキル多糖類誘
導体の高分子鎖と相互に絡み合って強固なsemi―I
PN三次元網目構造を形成するが、結晶構造は形成せず
マトリクスはアモルファスである。
トから考えて紫外線照射、あるいは加熱重合が好まし
い。
ステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するモ
ノエステル化合物の重合反応は、系に混合したイオン導
電性金属塩の影響で阻害されることなく進行するため、
従来ポリウレタン系の架橋剤の場合に行われる、三次元
化をイオン導電性金属塩の無い系で行い、後からイオン
導電性金属塩類を溶媒に溶かし、溶媒と共にマトリクス
高分子にしみ込ませる方法(含浸法)により導入する2
段方式を取る必要は全くない。
通常以下のように製造される。所定量のヒドロキシアル
キル多糖類あるいはヒドロキシアルキル多糖類誘導体、
所定量のイオン導電性金属塩、所定量のポリオキシアル
キレン成分を含有するジエステル化合物とポリオキシア
ルキレン成分を含有するモノエステル化合物を溶媒適当
量に入れて混合する。
望の濃度になるように蒸発させる。溶媒は混合溶液が電
極上にキャストし易い粘度になるまで蒸発させればよ
い。
解質に対してイオン導電性金属塩類の溶解量の増加、溶
解した金属イオンの高分子マトリクス内移動性の向上を
目的として溶媒を完全に蒸発させてしまわないで、任意
の量残留させることも可能である。
類分子鎖とポリオキシアルキレン成分を含有するジエス
テル化合物とポリオキシアルキレン成分を含有するモノ
エステル化合物の共重合高分子鎖が相互に絡み合ったs
emi―IPN網目構造を有するためにヒドロキシアル
キル多糖類あるいはヒドロキシアルキル多糖類誘導体1
00重量部に対して、1〜8000重量部、好ましくは
1〜300重量部の溶媒を残留させても何ら膜強度に支
障をきたすことは無い。
いかに強固なsemi―IPN網目構造を形成している
とはいえ、膜強度の低下が生じるので好ましくない。ま
た、1重量部より少ない場合は溶媒を残留させる効果が
得られない。
ヒドロキシアルキル多糖類誘導体が無い場合、即ち、ポ
リオキシアルキレン成分を含有するジエステル化合物と
ポリオキシアルキレン成分を含有するモノエステル化合
物のみで重合反応を行い、単なる三次元網目構造を形成
させると、このマトリクス中に保持できる溶媒量は最大
でも250%程度で、実用上100%以上の溶媒を加え
たものは自立フィルムとして取り扱うのが難しいのが現
状である。余りに多い溶媒は膜の自立性を奪う。この例
からもsemi―IPNの効果は明かである。
使用可能な溶媒としては、ジブチルエーテル、1,2―
ジメトキシエタン、1,2―エトキシメトキシエタン、
メチルジグライム、メチルトリグライム、メチルテトラ
グライム、エチルグライム、エチルジグライム、ブチル
ジグライム等、グリコールエーテル類(エチルセルソル
ブ、エチルカルビトール、ブチルセルソルブ、ブチルカ
ルビトール等)等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラ
ン、2―メチルテトラヒドロフラン、1,3―ジオキソ
ラン、4,4―ジメチル―1,3―ジオキサン等の複素
環式エーテル、γ―ブチロラクトン、γ―バレロラクト
ン、δ―バレロラクトン、3―メチル―1,3―オキサ
ゾリジン―2―オン、3―エチル―1,3―オキサゾリ
ジン―2―オン等のブチロラクトン類、そのほか電気化
学素子に一般に使用される溶剤である水、アルコール溶
剤(メタノール、エタノール、ブタノール、エチレング
リコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコー
ル、1,4―ブタンジオール、グリセリン等)、ポリオ
キシアルキレンポリオール(エチレンオキシド、ポリプ
ロピレンオキシド、ポリオキシエチレン・オキシプロピ
レングリコールならびに、これら2種以上の併用)、ア
ミド溶剤(N―メチルホルムアミド、N,N―ジメチル
ホルムアミド、N―メチルアセトアミド、N―メチルピ
ロジリノン等)、カーボネート溶剤(プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、スチレンカーボネート
等)、イミダゾリジノン溶剤(1,3―ジメチル―2―
イミダゾリジノン等)等が挙げられる。これらの溶媒か
ら2種以上混合して用いることも可能である。
の重合開始剤を混合し、基盤上にナイフコーターを用い
て所望の厚さにキャストする。
ンマ線、マイクロ波、高周波などを照射することによっ
て、あるいはイオン導電性電解質を加熱することによっ
て、良好なイオン導電性を有するイオン導電性高分子固
体電解質が得られる。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。また、
部は重量部を表わす。
に1部のヒドロキシプロピルセルロース(モル置換度
(MS)=4.65、日本曹達(株)製)と、1部の無
水過塩素酸リチウムを加えて溶解し、これに0.5部の
ポリエチレングリコールジメタクリレート(オキシエチ
レンユニット数=9、日本油脂(株)製)と1.5部の
メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート
(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)製)
を加えて混合した。
溶液の重量が4.2重量部になるまでテトラヒドロフラ
ンを除去した。
ルを0.05部加えて溶解し、基盤(銅板)上にドクタ
ーナイフアプリケーターを用いて流延した。
の光量で20分間照射して重合反応を行い、イオン導電
性高分子固体電解質を得た。
シプロピルセルロース(モル置換度(MS)=4.6
5、日本曹達(株)製)と2部の無水過塩素酸リチウム
と2.5部のポリエチレングリコールジメタクリレート
(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)製)
と2.5部のメトキシポリエチレングリコールモノメタ
クリレート(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂
(株)製)を加えて70℃で攪拌混合した。
メチルケタールを0.05部加えて、基盤(銅板)上に
ドクターナイフアプリケーターを用いて流延した。
の光量で20分間照射して重合反応を行い、イオン導電
性高分子固体電解質を得た。
ロピレンカーボネートを混合した溶媒に、1部のヒドロ
キシプロピルセルロース(モル置換度(MS)=4.6
5、日本曹達(株)製)と、1部の無水過塩素酸リチウ
ムを加えて溶解し、これに1.5部のポリエチレングリ
コールジメタクリレート(オキシエチレンユニット数=
9、日本油脂(株)製)と1.5部のメトキシポリエチ
レングリコールモノメタクリレート(オキシエチレンユ
ニット数=9、日本油脂(株)製)を加えて混合した。
0℃に保ち、混合溶液全体量が15部になるまで溶媒を
除去した。重合開始剤としてベンジルジメチルケタール
を0.05部加えて溶解し、基盤(テフロン板)上にド
クターナイフアプリケーターを用いて流延した。
の光量で20分間照射して重合反応を行い、イオン導電
性高分子固体電解質を得た。
溶液を基盤(テフロン板)上にドクターナイフアプリケ
ーターを用いて流延した。ここに加速電圧200kVの
エレクトロンビーム照射装置を用い、電子線を照射して
重合反応を行い、イオン導電性高分子固体電解質を得
た。
エチル化[I]);8gのヒドロキシプロピルセルロー
ス(モル置換度(MS)=4.65、日本曹達(株)
製)を400mlのアクリロニトリルに懸濁させ、4w
t%の水酸化ナトリウム水溶液1mlを加えて30℃で
4時間攪拌した。
後、大量のメタノールに注加することでシアノエチル化
ヒドロキシプロピルセルロースを得た。
ドロキシプロピルセルロースをアセトンに溶解し、透析
膜チューブに充填し、イオン交換水を用いて透析精製を
行った。
シプロピルセルロースを採取し、乾燥後、イオン導電性
高分子固体電解質製造に使用した。
ルセルロースを元素分析に供したところN重量%が7.
3%であることが判明した。この値からヒドロキシプロ
ピルセルロース中の水酸基のシアノエチル基によるキャ
ップ率は94%である。
ルロース1部を用いて実施例3のイオン導電性高分子固
体電解質を作製した時と同様の方法でイオン導電性高分
子固体電解質を得た。
エチル化[II]);8gのヒドロキシプロピルセルロ
ース(モル置換度(MS)=4.65、日本曹達(株)
製)を400mlのアクリロニトリルに懸濁させ、40
wt%の水酸化ナトリウム水溶液1mlを加えて30℃
で40分間攪拌した。
後、大量のメタノールに注加することでシアノエチル化
ヒドロキシプロピルセルロースを得た。
ドロキシプロピルセルロースをN,N―ジメチルホルム
アミドに溶解し、透析膜チューブに充填し、イオン交換
水を用いて透析精製を行った。
ロキシプロピルセルロースを得、再乾燥後、イオン導電
性高分子固体電解質製造に使用した。
ルセルロースを元素分析に供したところN重量%が3.
2%であることが判明した。この値からヒドロキシプロ
ピルセルロース中の水酸基のシアノエチル基によるキャ
ップ率は34%である。
ルロース1部を用いて実施例3のイオン導電性高分子固
体電解質を作製した時と同様の方法でイオン導電性高分
子固体電解質を得た。
[I]);ターバックらの方法(A.F.Turbak
ら、Chem.Abstr.94,123426S(1
981))に準じてセルロース濃度が2wt%になる様
にレーヨン用パルプを塩化リチウム/ジメチルアセトア
ミド(LiCl/DMAc)混合溶媒に溶解した。
トリウム10gを加え、50℃で1時間攪拌した。
のジメチルアセトアミドに溶解した溶液を3時間以上か
けて少しづつ添加し、その後12時間50℃で攪拌し、
反応させた。
加し、ジヒドロキシプロピルセルロースの沈澱を得た。
得られたジヒドロキシプロピルセルロースのモル置換度
は13C―NMRを用いた分析によりMS=4.1である
ことが判明した。
ロースの代わりにジヒドロキシプロピルセルロース(M
S=4.1)1部を用いた他は実施例3のイオン導電性
高分子固体電解質を作製した時と同様の方法でイオン導
電性高分子固体電解質を得た。
[II]);セルロース濃度が2wt%の塩化リチウム
/ジメチルアセトアミド(LiCl/DMAc)混合溶
液500mlに粉末化した水酸化ナトリウム10gを加
え、50℃で1時間攪拌した。
のジメチルアセトアミドに溶解した溶液を3時間以上か
けて少しづつ添加し、その後12時間50℃で攪拌し、
反応させた。
lのジメチルアセトアミドに溶解した溶液を3時間以上
かけて少しづつ添加し、その後12時間50℃で攪拌、
反応させるプロセスを2度くりかえした。
加し、ジヒドロキシプロピルセルロースの沈澱を得た。
得られたジヒドロキシプロピルセルロースのモル置換度
は13C―NMRを用いた分析によりMS=10.5であ
ることが判明した。
ロースの代わりにジヒドロキシプロピルセルロース(M
S=10.5)1部を用いた他は実施例3のイオン導電
性高分子固体電解質を作製した時と同様の方法でイオン
導電性高分子固体電解質を得た。
ルロースの合成);実施例5で用いたヒドロキシプロピ
ルセルロースの代わりにジヒドロキシプロピルセルロー
ス(MS=4.1)を用いた他は実施例5の[I]の方
法でシアノエチル化を行い、シアノエチル化ジヒドロキ
シプロピルセルロースを得た。
ピルセルロースのN重量%は11.9%で、この値から
求めたジヒドロキシプロピルセルロース中の水酸基のシ
アノエチル基によるキャップ率は92%である。
ロースの代わりにシアノエチル化ジヒドロキシプロピル
セルロース1部を用いた他は実施例3のイオン導電性高
分子固体電解質を作製した時と同様の方法でイオン導電
性高分子固体電解質を得た。
ースの合成);8gのヒドロキシプロピルセルロース
(モル置換度(MS)=4.65、日本曹達(株)製)
を300mlの酢酸と300mlの塩化メチレンからな
る混合溶媒に懸濁させ、70wt%の過塩素酸水溶液4
mlと無水酢酸400mlを加えて25℃で1.5時間
攪拌した。
注加することでアセチル化ヒドロキシプロピルセルロー
スを得た。
ロースの代わりにアセチル化ヒドロキシプロピルセルロ
ース1部を用いた他は実施例3のイオン導電性高分子固
体電解質を作製した方法でイオン導電性高分子固体電解
質を得た。
ドロキシエチルデンプン(ペンフォードプロダクツ社
製)と、1部の無水過塩素酸リチウムを加えて溶解し、
これに0.5部のポリエチレングリコールジメタクリレ
ート(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)
製)と1.5部のメトキシポリエチレングリコールモノ
メタクリレート(オキシエチレンユニット数=9、日本
油脂(株)製)を加えて混合した。
ルを0.01部加えて溶解し、基盤(銅板)上にドクタ
ーナイフアプリケーターを用いて流延した。
の光量で20分間照射して重合反応を行い、イオン導電
性高分子固体電解質を得た。
合成);デキストラン(和光純薬製、分子量60000
―90000)5.0gをアセトン150mlに分散、
懸濁させた溶液に室温下で、10mlの蒸留水に1.5
gの水酸化ナトリウムを溶かした溶液を滴下し、20分
攪拌した。
0mlに溶かした溶液を滴下し、50℃で6時間反応さ
せた。
留水に溶解後、酢酸で中和し、セルロース透析膜チュー
ブに充填して蒸留水で透析した。
プロピルデキストランを得た。得られたジヒドロキシプ
ロピルデキストランのモル置換度は13C―NMRを用い
た分析によりMS=2.5であることが判明した。
プンの代わりにジヒドロキシプロピルデキストラン1部
を用いた他は実施例11と同様の方法でイオン導電性高
分子固体電解質を得た。
プンの合成);ヒドロキシエチルデンプン(ペンフォー
ドプロダクツ社製)を用いて、実施例5[I]の方法で
シアノエチル化を行い、シアノエチル化ヒドロキシエチ
ルデンプンを合成した。得られたシアノエチル化ヒドロ
キシエチルデンプンのN重量%は7.1%であった。
ロースの代わりにシアノエチル化ヒドロキシエチルデン
プン1部を用いた他は実施例3のイオン導電性高分子固
体電解質を作製した時と同様の方法でイオン導電性高分
子固体電解質を得た。
ンに1部のヒドロキシプロピルセルロース(モル置換度
(MS)=4.65、日本曹達(株)製)と、1部の無
水過塩素酸リチウムを加えて溶解し、これに0.5部の
ポリエチレングリコールジメタクリレート(オキシエチ
レンユニット数=9、日本油脂(株)製)と1.5部の
メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート
(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)製)
を加えて混合した。
溶液の重量が4.2重量部になるまでテトラヒドロフラ
ンを除去した。
リルを0.05部加えて溶解し、基盤(銅板)上にドク
ターナイフアプリケーターを用いて流延した。これを1
05℃のオーブン中に1時間保ち加熱重合反応を行い、
イオン導電性高分子固体電解質を得た。
レンカーボネートとし、混合溶液中の溶媒を全く除去し
ない他は実施例3と同様にしてイオン導電性高分子固体
電解質を得た。
ルジメタクリレートを0.5部とし、メトキシポリエチ
レングリコールモノメタクリレートを2.5部とした他
は実施例3と同様にしてイオン導電性高分子固体電解質
を得た。
トを3部使用し、ポリエチレングリコールジメタクリレ
ートとメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレ
ートをそれぞれ0.1部とし、混合溶液全重量が2.4
重量部になるまで溶媒を除去した他は同様にしてイオン
導電性高分子固体電解質を得た。
ロキシプロピルセルロース(モル置換度(MS)=4.
65、日本曹達(株)製)と、1部の無水過塩素酸リチ
ウムを加えて溶解し、これに10部のプロピレンカーボ
ネートを加えて混合した。
液全体量が12部になるまで溶媒を除去した。基盤(銅
板)上にドクターナイフアプリケーターを用いて流延
し、イオン導電性組成物を得た。
板)を垂直に立てると複合体が流動して変形し、固体と
は言えないものであった。
無水過塩素酸リチウムを加えて溶解し、これに0.5部
のポリエチレングリコールジメタクリレート(オキシエ
チレンユニット数=9、日本油脂(株)製)と1.5部
のメトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート
(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)製)
を加えて混合した。
ルケタールを0.05部加えて溶解した。この溶液はド
クターナイフアプリケーターを用いて流延する事が出来
なかったので、テフロン製シャーレに流し込んで室温
下、空気中で紫外線を6mW/cm2の光量で20分間
照射して重合反応を行い、イオン導電性組成物を得た。
持ち上げることが出来なかった。きわめて弱いものであ
った。
に1部のポリエチレンオキシド(和光純薬(株)製 分
子量2000)と1部の無水過塩素酸リチウムを加えて
溶解し、これに0.5部のポリエチレングリコールジメ
タクリレート(オキシエチレンユニット数=9、日本油
脂(株)製)と1.5部のメトキシポリエチレングリコ
ールモノメタクリレート(オキシエチレンユニット数=
9、日本油脂(株)製)を加えて混合した。
溶液の重量が4.2重量部になるまでテトラヒドロフラ
ンを除去した。
ルを0.05部加えて溶解し、基盤(銅板)上にドクタ
ーナイフアプリケーターを用いて流延した。室温下、空
気中で紫外線を6mW/cm2の光量で20分間照射し
て重合反応を行い、イオン導電性高分子固体電解質を得
た。
ロピレンカーボネートを混合した溶媒に1部のポリエチ
レンオキシド(和光純薬(株)製 分子量2000)
と、1部の無水過塩素酸リチウムを加えて溶解し、これ
に1.5部のポリエチレングリコールジメタクリレート
(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂(株)製)
と1.5部のメトキシポリエチレングリコールモノメタ
クリレート(オキシエチレンユニット数=9、日本油脂
(株)製)を加えて混合した。
0℃に保ち、混合溶液全体量が15部になるまで溶媒を
除去した。
ルを0.05部加えて溶解し、基盤(テフロン板)上に
ドクターナイフアプリケーターを用いて流延した。
の光量で20分間照射して重合反応を行い、イオン導電
性高分子固体電解質を得た。
ジメタクリレートを2.5部とし、メトキシポリエチレ
ングリコールモノメタクリレートを0.5部とした他は
実施例3と同様にしてイオン導電性高分子固体電解質を
得た。
ロースを45部とし、過塩素酸リチウムを10部とし、
混合溶液全体量が68部になるまで溶媒を除去した他は
実施例3と同様にしてイオン導電性高分子固体電解質を
得た。
ジメタクリレートとメトキシポリエチレングリコールモ
ノメタクリレートをそれぞれ5部とし、過塩素酸リチウ
ムを3部とし、混合溶液全体量が24部になるまで溶媒
を除去した他は実施例3と同様にしてイオン導電性高分
子固体電解質を得た。
分子固体電解質と比較例1〜7で合成したイオン導電性
組成物のイオン導電度を交流インピーダンス法で測定し
た。各電解質の外観を比較した。その結果を第1表にま
とめた。なお、外観は以下の状態を表わす。 A:膜形状 B:膜形状であるが脆く壊れ易い C:膜形状にならない
は高いイオン導電性と良好な保持性能を示した。
構造の概念図。
されたsemi―IPN構造の概念図。
Claims (7)
- 【請求項1】 ヒドロキシアルキル多糖類もしくはヒド
ロキシアルキル多糖類誘導体100重量部と、ポリオキ
シアルキレン成分を含有するジエステル化合物とポリオ
キシアルキレン成分を含有するモノエステル化合物10
〜500重量部と、イオン導電性金属塩5〜1000重
量部とからなる高分子固体電解質用組成物。 - 【請求項2】 ジエステル化合物/モノエステル化合物
の重量比が1〜0.2である請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 請求項1に記載のヒドロキシアルキル多
糖類誘導体がヒドロキシアルキル多糖類中の水酸基の1
部または全てがエステル結合あるいはエーテル結合を介
し、置換基を導入したヒドロキシアルキル多糖類誘導体
である高分子固体電解質用組成物。 - 【請求項4】 請求項1に記載のポリオキシアルキレン
成分を含有するジエステル化合物(化1)が 【化1】 (ただしR1,R2,R3はHか炭素数1〜6のアルキル
基を示し、X≧1且つY≧0の条件を満足するものか、
又はX≧0且つY≧1の条件を満足するもの。)であ
り、ポリオキシアルキレン成分を含有するモノエステル
化合物(化2)が 【化2】 (ただし、R4,R5,R6はHか炭素数1〜6のアルキ
ル基を示し、A≧1且つB≧0の条件を満足するもの
か、又はA≧0且つB≧1の条件を満足するもの。)で
ある高分子固体電解質用組成物。 - 【請求項5】 イオン導電性金属塩を溶解することが出
来る溶媒をさらに含有することを特徴とする請求項1に
記載の高分子固体電解質用組成物。 - 【請求項6】 請求項1に記載の高分子固体電解質用組
成物に紫外線、電子線、エックス線、ガンマ線、マイク
ロ波、高周波などを照射することによって、あるいは加
熱することによって、ポリオキシアルキレン成分を含有
するジエステル化合物とポリオキシアルキレン成分を含
有するモノエステル化合物を重合させ、生成した高分子
鎖がヒドロキシアルキル多糖類、あるいはヒドロキシア
ルキル多糖類誘導体の分子鎖と相互に絡み合った3次元
架橋ネットワーク構造を形成させることを特徴とする高
分子固体電解質の製造方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の製造方法によって得られ
た高分子固体電解質。
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|---|---|---|---|
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| JPH08225626A true JPH08225626A (ja) | 1996-09-03 |
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| JP32627895A Expired - Fee Related JP3611656B2 (ja) | 1994-11-22 | 1995-11-22 | イオン導電性高分子固体電解質、組成物及び製造方法 |
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-
1995
- 1995-11-22 JP JP32627895A patent/JP3611656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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