JPH11144524A - 高分子固体電解質 - Google Patents
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Abstract
定な高分子固体電解質を提供する。 【解決手段】 (1)ポリカーボネートポリオールと(メ
タ)アクリル酸とのエステル化物から誘導される構成単
位を含むポリカーボネート(メタ)アクリレート重合体
と、(2)周期律表第Ia族の金属の塩とを含むことを特
徴とする高分子固体電解質。
Description
ンデンサーなどに用いられる高分子固体電解質に関す
る。
コンデンサーなどの電気化学素子には電解液が用いられ
てきた。しかしながら電解液は漏液が発生し、長期間の
信頼性に欠けるという問題点がある。
体電解質を用いる方法が知られており、固体電解質を用
いると漏液がなくなり信頼性の高い素子を提供できると
ともに、素子自体の小型・軽量化が図れる。
体電解質が研究されている。高分子固体電解質は、可撓
性を有するため電極−高分子固体電解質間のイオン電子
交換反応過程で生じる体積変化にも柔軟に適用すること
ができ、かつ上記のような固体電解質の特徴を有してい
る。
リエーテル構造を有するポリエチレンオキサイドとリチ
ウム塩などのアルカリ金属塩との複合体が知られてい
る。また、特開平5−25353号公報には、ポリオキ
シアルキレンのエステル化合物とジエステル化合物と、
ポリメトキシオキシアルキレンのエステル化合物と、二
重結合を持ったオキシ化合物との共重合体の架橋樹脂と
無機塩とを主たる構成成分とする高分子固体電解質が記
載されている。さらに、特開平6−223842号公報
には、カーボネート基を官能基として有する有機高分子
と金属塩からなる高分子固体電解質が記載されている。
一般的にイオン伝導度が低いため、放電特性に優れた一
次電池および二次電池を得ることは困難であった。この
ような状況の下、イオン伝導性が高く、かつ電気化学的
安定性に優れるなどの要求を満たす高分子固体電解質の
出現が望まれている。
てなされたものであって、高いイオン伝導度を有し、し
かも化学的に安定な高分子固体電解質を提供することを
目的としている。
ポリカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸とのエ
ステル化物から誘導される構成単位を含むポリカーボネ
ート(メタ)アクリレート重合体と、(2)周期律表第Ia
族の金属の塩とからなることを特徴としている。
ジオール化合物と(ii)3価以上の多価アルコールおよび
3価以上の多価アルコールにアルキレンオキサイドが付
加してなる多価アルコール付加物から選ばれるポリオー
ル化合物と(iii)カルボニル基含有化合物とを重縮合さ
せることにより得られるポリカーボネートポリオールで
あることが好ましい。
の多価アルコールに水酸基数と同数以上のエチレンオキ
サイドまたはプロピレンオキサイドを付加してなる多価
アルコール付加物であることが好ましく、3価以上の多
価アルコールとしてはトリメチロールプロパンまたはペ
ンタエリスリトールが好ましい。
電解質について具体的に説明する。なお、本明細書にお
いて、「(メタ)アクリル酸」という語は、アクリル酸お
よび/またはメタクリル酸を意味し、「(メタ)アクリレ
ート」という語は、アクリレートおよび/またはメタク
リレートを意味するものである。さらに、本明細書にお
いて「重合」という語は、単独重合だけではなく、共重
合をも包含した意味で用いられることがあり、「重合
体」という語は単独重合体だけではなく、共重合体をも
包含した意味で用いられることがある。
発明で使用されるポリカーボネートポリオールについて
説明する。本発明で使用されるポリカーボネートポリオ
ールは、分子内にカーボネート結合およびアルキレンオ
キサイド鎖を有し、かつ分子末端に水酸基を有するもの
である。
は、分子構造により、(i)直鎖ポリカーボネートポリオ
ールと(ii)架橋ポリカーボネートポリオールがある。(i)直鎖ポリカーボネートポリオール (i)直鎖ポリカーボネートジオールは、ジオール化合物
とカルボニル基含有化合物とを重縮合させることにより
得られる。
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、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコ
ール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコー
ル、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-
オクタンジオール、1,3-ビス(2-ヒドロキシエトキシ)ベ
ンゼン、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキ
サンジメタノールが挙げられる。これらは、単独または
混合して使用してもよい。
エステル、ホスゲンまたはクロロギ酸エステルが好まし
く、炭酸ジエステルとしては、炭酸ジメチル、炭酸ジエ
チル、炭酸ジイソプロピル、炭酸ジフェニル、エチレン
カーボネート、プロピレンカーボネートなどの炭酸ジエ
ステルなどが挙げられる。また、クロロギ酸エステルと
しては、クロロギ酸メチル、クロロギ酸エチル、クロロ
ギ酸フェニルなどが挙げられる。
のようなジオール化合物とカルボニル基含有化合物とを
周知の方法で重縮合させることによって得ることができ
る。このとき、カルボニル基含有化合物は、ジオール化
合物中の水酸基に対して0.2〜2当量、好ましくは0.
5〜1.5当量であることが望ましい。
物と、ポリオール化合物と、カルボニル基含有化合物と
を重縮合させることにより得られる。
合物としては、前記したものと同様のものが挙げられ
る。ポリオール化合物としては、3価以上の多価アルコ
ールまたは多価アルコール付加物から選ばれる化合物が
挙げられる。
メチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエ
リスリトール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエ
リスリトール、グリセリン、ソルビトールなどが挙げら
れる。
うな3価以上の多価アルコールに、アルキレンオキサイ
ドが付加したものである。本発明では、ポリオール化合
物として、前記のような3価以上の多価アルコールに、
水酸基数と同数以上、好ましくは1〜10倍数のエチレ
ンオキサイドまたはプロピレンオキサイドが付加したも
のが好ましく、3価以上の多価アルコールとしては、ト
リメチロールプロパンまたはペンタエリスリトールが好
ましい。
ールプロパン付加物を例にとり説明すると、下記のよう
な化合物が例示される。
合して使用してもよい。架橋ポリカーボネートポリオー
ルは、上記のようなジオール化合物と、ポリオール化合
物と、カルボニル基含有化合物とを周知の方法で重縮合
させることによって得ることができる。このとき、ジオ
ール化合物と、ポリオール化合物との仕込みモル比は、
50:50〜99:1の範囲にあることが望ましい。ま
た、カルボニル基含有化合物は、ジオール化合物および
ポリオール化合物中の全水酸基に対して0.2〜2当
量、好ましくは0.5〜1.5当量であることが望まし
い。
オール化合物とカルボニル基含有化合物とが重縮合する
際に、ポリオール化合物が含まれているので、重縮合が
3次元的に進み、架橋ポリカーボネートポリオールが得
られる。
カーボネートポリオールの分子量は、GPCのポリスチ
レン換算重量平均分子量で300〜100000の範囲
にあることが好ましい。
クリル酸とのエステル化物]次に、本発明で使用される
ポリカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸とのエ
ステル化物について説明する。なお、本明細書では、ポ
リカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸とのエス
テル化物を、『ポリカーボネート(メタ)アクリレート』
ということもある。
は、以下〜の方法が挙げられる。 上記ポリカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸
ハライドとを塩基存在下に縮合させる方法。
を、ポリカーボネートポリオールの水酸基に対して0.
2〜5当量、好ましくは0.5〜2当量となるように仕
込むことが望ましい。また、反応に用いる塩基として
は、トリエチルアミン、ピリジン、ジメチルアミノピリ
ジン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)などの有機塩
基、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウムなどの無機塩基を挙げることができ
る。このような塩基は、通常、(メタ)アクリル酸ハライ
ドに対して、0.5〜5当量の量で使用される。このと
きの反応は、無溶媒で行うことも可能であるが、反応に
不活性な溶媒、たとえば、ジクロロメタン、クロロホル
ム、ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素、ベンゼ
ン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ヘキサ
ン、ヘプタン、デカン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭
化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(TH
F)などのエーテル類の存在下に反応を行ってもよい。
反応温度は、通常、−20〜100℃、好ましくは−5
〜50℃の範囲にあることが望ましい。
クリル酸無水物とを触媒存在下に縮合させる方法。この
方法では、(メタ)アクリル酸無水物を、ポリカーボネー
トポリオールの水酸基に対して0.2〜5当量、好まし
くは0.5〜2当量となるように仕込むことが望まし
い。また、反応に用いる触媒としては、硫酸、メタンス
ルホン酸、p-トルエンスルホン酸、あるいはピリジン、
ジメチルアミノピリジンなどを挙げることができる。こ
のような触媒は、通常、(メタ)アクリル酸無水物に対し
て、0.01〜0.5当量の量で使用される。この反応
は、上記と同様に、溶媒の存在下で行うことができ
る。
しくは25〜100℃の範囲にあることが望ましい。 ポリカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸とを
酸触媒存在下に縮合させる方法。
カーボネートポリオールの水酸基に対して0.2〜10
当量、好ましくは1〜5当量となるように仕込むことが
望ましい。また、反応に用いる酸触媒としては、硫酸、
メタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸などを挙げる
ことができる。このような酸触媒は、通常、(メタ)アク
リル酸に対して、0.01〜0.5当量の量で使用され
る。この反応は、平衡で水が生成するため、共沸脱水で
きる溶媒の存在下で行うことが好ましい。
しくは50〜120℃の範囲にあることが望ましい。上
記〜の方法で、ポリカーボネートポリオールと(メ
タ)アクリル酸とをエステル化する際に、重合禁止剤を
使用してもよい。
固体電解質は、前記エステル化物から誘導される構成単
位を含むポリカーボネート(メタ)アクリレート重合体
と、周期律表第Ia族の金属の塩とを含む。
体としては、 前記ポリカーボネート(メタ)アクリレートの単独重合
体、 前記ポリカーボネート(メタ)アクリレートの2種以上
の共重合体、 前記ポリカーボネート(メタ)アクリレートと、ポリカ
ーボネート(メタ)アクリレートと共重合可能な他のモノ
マーとの共重合体、 などが挙げられる。
重合可能な他のモノマーとしては、ビニルモノマー、ビ
ニリデンモノマー、ビニレンモノマーなどがあり、特に
ビニルエステル、ビニルエーテル、(メタ)アクリル酸エ
ステル、アリルエーテル、アリルエステルが好ましく、
具体的には(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸
エトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエトキシエ
チル、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ア
リルアルコール、酢酸ビニル、スチレン、α−メチルス
チレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、
フッ化ビニリデン、アクリロニトリル、シアノ酢酸ビニ
ル、アリルアミン、イソプロピルアクリルアミドビニレ
ンカーボネート、無水マレイン酸などが挙げられる。
ート(メタ)アクリレート重合体中に、通常0.1〜90
重量%、好ましくは1〜50重量%含まれていることが
望ましい。
ClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCF3S
O3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3から選
ばれる1種以上のLi塩が望ましい。
律表第Ia族の金属塩が、高分子固体電解質の全重量に
対し、1〜50重量%、好ましくは5〜20重量%の範
囲で含有されていることが好ましい。
カーボネート(メタ)アクリレートと周期律表第Ia族の
金属塩と、必要に応じて重合可能な他のモノマーとの混
合物を平坦な基板上に塗布し、紫外線、放射線の照射、
または熱により一体重合させて製造することができる。
感剤を用いることができ、このような光増感剤として
は、ベンゾフェノン、アセトフェノン、2,2-ジメトキシ
-2-フェニルアセトフェノンなどを例示できる。また、
熱により重合する場合には、熱重合開始剤を用いること
ができ、重合様式の違いにより過酸化ベンゾイル、パー
オキシジカーボネートなどの過酸化物、2,2'-アゾビス
イソブチロニトリルなどのアゾ化合物、アルカリ金属な
どの求核試薬、ルイス酸などの求電子試薬を単独または
併用して使用できる。また、本発明に係る高分子固体電
解質は、ポリカーボネート(メタ)アクリレート重合体と
周期律表第Ia族の金属塩との他に、炭酸エステルなど
の非水溶媒を、ポリカーボネート(メタ)アクリレート重
合体100重量部に対し、好ましくは0〜100重量
部、特に好ましくは100〜700重量部含有していて
もよい。非水溶媒を含有させる方法としては、たとえ
ば、高分子固体電解質を製造する際、非水溶媒を共存さ
せた状態で重合してもよく、また重合後に非水溶媒を含
浸させてもよい。非水溶媒として炭酸エステルが好適に
使用される。炭酸エステルとしては、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、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、ジプロピルカーボネートなどが例示できる。
伝導性が高く、電気化学的に安定である。このような高
分子固体電解質は、たとえば一次電池、二次電池、コン
デンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電気化
学素子、医療用アクチュエーターなどに用いることがで
きる。
リチウムイオン二次電池の有機電解液の代替として使用
することができる。さらに、粉末状電極材を集電体状に
分散・固定するために用いる結着材としても利用するこ
とができる。
する場合、高分子固体電解質をあらかじめフィルム状に
成形し、正極と負極との間に挟み込むことによって、電
池を製造することができる。
造を形成した後、電解液を含浸する工程を有する電池製
造プロセスでは、電解液の代わりに、ポリカーボネート
(メタ)アクリレートと周期律表第Ia族の金属塩と非水
溶媒とからなる溶液を含浸し、その後重合させることが
可能であり、プロセスの改造を最小限に抑えることがで
きる。
カーボネート(メタ)アクリレート重合体を高分子マトリ
ックスとして含んでいるため、イオン伝導性が高く、電
気化学的に安定であり、たとえば一次電池、二次電池、
コンデンサー、エレクトロクロミック表示素子などの電
気化学素子、医療用アクチュエーターなどに用いること
ができる。
発明はこれらに限定されるものではない。
ガラス反応容器に、トリメチロールプロパン・エチレン
オキサイド付加物(トリメチロールプロパン1モルに酸
化エチレン3モルを付加させた化合物、日本乳化剤品)
6.66g(0.025モル)と、ジエチレングリコール23.
9g(0.225モル)と、炭酸ジメチル22.5g(0.25モル)
と、触媒として28%ナトリウムメトキシドメタノール
溶液0.095g(ナトリウムメトキシドメタノールが0.
0005モル)との混合物を充填した。混合物を、常圧下9
5℃で2時間保持し、5時間で150℃まで昇温したの
ち、150℃で4時間加熱して、生成するメタノールを
留去しながら、重縮合反応を行った。さらに、反応液を
5mmHgの減圧下で、150〜155℃に保ち、重縮
合反応に伴って生成するジエチレングリコール4.2g
を留去した。
ロロホルム50mlと活性白土1gを添加し、55℃で
1時間攪拌した。再び室温まで冷却した後、活性白土を
ろ過し、ろ液を濃縮して、粘稠オイル状のポリカーボネ
ートポリオール24.5gを得た。得られたポリカーボ
ネートポリオールのGPCによる重量平均分子量は44
00であった。
を装備したガラス反応容器に、ポリカーボネートポリオ
ール24.5gと、トリエチルアミン14.9g(0.147モ
ル)と、ジクロロメタン100mlとを充填し、5℃に
冷却した。滴下ロートからメタクリロイルクロリド1
2.8g(0.123モル)を10分かけて滴下し、さらに5℃
で1時間攪拌した。徐々に室温まで昇温し、室温でさら
に2時間攪拌した。反応液をろ過し、ろ液を飽和食塩水
で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、濃縮するこ
とによって、粘稠オイル状のポリカーボネートメタクリ
レート22.1gを得た。
の1H-NMRチャートを図1に示す。
ガラス反応容器に、ジエチレングリコール26.5g(0.
25モル)と、炭酸ジメチル22.5g(0.25モル)と、触媒
として28%ナトリウムメトキシドメタノール溶液0.
095g(0.0005モル)との混合液を充填し、常圧下95
℃で2時間保持し、その後5時間で150℃まで昇温
し、さらに150℃で4時間加熱して、生成するメタノ
ールを留去しながら、重縮合反応を行った。次いで、反
応液を、5mmHgの減圧下で、150〜155℃に保
ち、重縮合反応に伴って生成するジエチレングリコール
3.2gを留去した。
ロロホルム50mlと活性白土1gを添加し、55℃に
昇温して1時間攪拌した。再び室温まで冷却した後、活
性白土をろ過し、ろ液を濃縮することにより粘稠オイル
状のポリカーボネートジオール26.4gを得た。得ら
れたポリカーボネートジオールのGPCの重量平均分子
量は810であった。
を装備したガラス反応容器に、上記ポリカーボネートジ
オール26.4g、トリエチルアミン16.0g(0.158モ
ル)およびジクロロメタン100mlを充填し、5℃に
冷却した。滴下ロートからメタクリロイルクロリド1
3.8g(0.132モル)を10分かけて滴下し、さらに5℃
で1時間攪拌した。徐々に室温まで昇温し、室温でさら
に2時間攪拌した。反応液をろ過し、ろ液を飽和食塩水
で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、濃縮す
ることによって、粘稠オイル状のポリカーボネートメタ
クリレート27.3gを得た。
の1H-NMRチャートを図2に示す。
ド13.8g(0.132モル)の代わりに、アクリロイルクロ
リド11.9g(0.132モル)を用いた以外は合成例2と同
様にして、ポリカーボネートアクリレートの合成を行っ
たところ、粘稠オイル状のポリカーボネートアクリレー
ト27.1gが得られた。
1H-NMRチャートを図3に示す。
クリレート22.2重量部、プロピレンカーボネート6
6.6重量部、LiPF611.3重量部とを混合し、パー
ロイルIPP−50(日本油脂(株)製)をポリカーボネ
ートメタクリレート中の重合性二重結合の含量に対し2
モル%となるように添加して均一にした溶液を、不活性
ガス雰囲気中、ガラス板上にキャストし、ホットプレー
ト上70℃で30分間熱硬化させ、厚さ約0.5mmの
高分子固体電解質を製造した。
状に打ち抜き、伝導度測定ホルダーに設けられた電極に
挟み、この電極をペルチェ素子により25℃にコントロ
ールしてインピーダンスアナライザー(HP4285
A)で複素インピーダンス測定(測定電圧10mV)を
行い、解析的にイオン伝導度を求めた。
クリレート25重量部と、エチレンカーボネートとプロ
ピレンカーボネートとの混合溶媒(重量比1:1)にL
iPF6を1モル/lの濃度で溶解した電解液75重量
部とを混合し、パーロイルIPP−50を、ポリカーボ
ネートメタクリレート中の重合性二重結合の含量に対し
2モル%となるように添加して均一にした溶液を不活性
ガス雰囲気中で、ガラス板上にキャストし、ホットプレ
ート上70℃で30分硬化させ、厚さ約0.5mmの高
分子固体電解質を製造した。
例1と同様にして複素インピーダンス測定(測定電圧1
0mV)を行い、イオン伝導度を求めた。結果を表1に
示す。
リカーボネートメタクリレートの代わりに、合成例3で
製造したポリカーボネートアクリレートを使用して実施
例2と同様にして高分子固体電解質を製造した。
様にして複素インピーダンス測定(測定電圧10mV)
を行い、イオン伝導度を求めた。結果を表1に示す。
リレートの1H−NMRチャートを示す。
リレートの1H−NMRチャートを示す。
レートの1H−NMRチャートを示す。
Claims (4)
- 【請求項1】(1)ポリカーボネートポリオールと(メタ)
アクリル酸とのエステル化物から誘導される構成単位を
含むポリカーボネート(メタ)アクリレート重合体と、
(2)周期律表第Ia族の金属の塩とを含むことを特徴と
する高分子固体電解質。 - 【請求項2】前記ポリカーボネートポリオールが、(i)
ジオール化合物と(ii)3価以上の多価アルコールおよび
3価以上の多価アルコールにアルキレンオキサイドが付
加してなる多価アルコール付加物から選ばれるポリオー
ル化合物と(iii)カルボニル基含有化合物とを重縮合さ
せることにより得られるポリカーボネートポリオールで
あ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。 - 【請求項3】前記ポリオール化合物が、3価以上の多価
アルコールに水酸基数と同数以上のエチレンオキサイド
またはプロピレンオキサイドを付加してなる多価アルコ
ール付加物であることを特徴とする請求項2に記載の高
分子固体電解質。 - 【請求項4】前記3価以上の多価アルコールが、トリメ
チロールプロパンまたはペンタエリスリトールであるこ
とを特徴とする請求項3に記載の高分子固体電解質。
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|---|---|---|---|
| JP30896897A JP3683086B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 高分子固体電解質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30896897A JP3683086B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 高分子固体電解質 |
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|---|---|
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| JPH11144524A5 JPH11144524A5 (ja) | 2004-09-02 |
| JP3683086B2 JP3683086B2 (ja) | 2005-08-17 |
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ID=17987399
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30896897A Expired - Lifetime JP3683086B2 (ja) | 1997-11-11 | 1997-11-11 | 高分子固体電解質 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3683086B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100298802B1 (ko) * | 1999-06-28 | 2001-09-22 | 김순택 | 고체 고분자 전해질용 가교제 및 이를 이용하여 제조된 가교형 고체 고분자 전해질 |
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| JP2002033129A (ja) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Mitsui Chemicals Inc | 高分子固体電解質および二次電池 |
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-
1997
- 1997-11-11 JP JP30896897A patent/JP3683086B2/ja not_active Expired - Lifetime
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