JP2682098B2 - Polymer solid electrolyte - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一次電池、二次電池、エレクトロクロミッ
クディスプレイ、及びコンデンサーその他の電気化学的
デバイスに用いる高分子固体電解質に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polymer solid electrolyte used in primary batteries, secondary batteries, electrochromic displays, capacitors and other electrochemical devices.
従来技術とその問題点 アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を高濃度に溶
解させたポリエーテルをゲル化したものは、比較的高い
イオン伝導性を示すことから、固体電解質としての応用
面で広く関心を集めている。Conventional technology and its problems Gelled polyethers obtained by dissolving alkali metal salts, alkaline earth metal salts, etc. in high concentrations show relatively high ionic conductivity, and therefore are not suitable as solid electrolytes. Has a wide interest.
液状ポリエーテルを架橋によりゲル化させて、固体電
解質材料として用いている例としては、特開昭63−1354
77号公報、同63−76273号公報、同62−249361号公報等
が挙げられる。特開昭61−135477号公報では、固体電解
質材料として、アクロイル変性ポリアルキレンオキシド
の架橋体を用いることを提案している。この架橋体は、
光で架橋するため生産性は良いが、架橋体構造中にエス
テル結合を含んでいるため、エステル結合の化学的、又
は電気化学的な分解、切断による機械的強度の低下が問
題となる。特開昭63−76273号公報では、ポリエーテル
とジアクリレートとの反応によりエステル結合を生成さ
せて、ポリエールを架橋させることが提案されている
が、架橋部分にエステル結合を有するため、同様に機械
的強度の低下の原因となる。特開昭62−249361号公報で
は、ポリエーテルとジイソシアナートとの反応によりウ
レタン結合を生成させて、ポリエーテルを架橋すること
が提案されている。ウレタン結合は、エステル結合に比
較して熱的に安定ではあるが、電池の電解質として使用
した場合、電気化学的な反応による分解、切断を起こ
し、機械的強度低下の原因になる。さらに、エステル結
合、ウレタン結合の生成による架橋方法は、いずれも2
液混合型の方法であるため、生産性は極めて低い。As an example in which a liquid polyether is gelled by cross-linking and used as a solid electrolyte material, there is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-1354.
77, 63-76273, 62-249361, and the like. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-135477 proposes to use a crosslinked body of acroyl-modified polyalkylene oxide as a solid electrolyte material. This crosslinked product is
Since it is crosslinked by light, it has good productivity, but since it contains an ester bond in the structure of the crosslinked body, there is a problem in that the mechanical strength of the ester bond is degraded chemically or electrochemically, and the mechanical strength is reduced. JP-A-63-76273 proposes that an ester bond is formed by a reaction between a polyether and a diacrylate to cross-link the polyale. Cause a decrease in dynamic strength. Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-249361 proposes that a urethane bond is formed by a reaction between a polyether and a diisocyanate to crosslink the polyether. The urethane bond is more thermally stable than the ester bond, but when used as an electrolyte of a battery, it causes decomposition and cleavage due to an electrochemical reaction, which causes a decrease in mechanical strength. Furthermore, the cross-linking method by the formation of ester bond and urethane bond is 2
Since it is a liquid mixing type method, the productivity is extremely low.
発明の目的 本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、化
学的、又は電気化学的な安定性に優れ、生産性の優れ
た、イオン伝導性の高い高分子固体電解質を提供するこ
とを目的とするものである。OBJECT OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a polymer solid electrolyte having high chemical conductivity or electrochemical stability, excellent productivity, and high ion conductivity. The purpose is.
発明の構成 本発明は、上記目的を達成するべく、少なくとも1つ
以上の水酸基を持ち、ポリエチレンオキシド構造、又は
ポリプロピレンオキシド構造、又はエチレンオキシドと
プロピレンオキシドのコポリマー構造を有するポリエー
テルの1つ以上の該水酸基の水素を下記の一般式
〔I〕、又は〔II〕 で置換してなる反応性二重結合を持つポリエーテルを反
応させてなるポリエーテル架橋体が、アルカリ金属塩、
アルカリ土類金属塩、及び有機アンモニウム塩の中から
選ばれる1種以上の塩を含むことを特徴とする高分子固
体電解質である。In order to achieve the above object, the present invention provides one or more polyethers having at least one hydroxyl group and having a polyethylene oxide structure, a polypropylene oxide structure, or a copolymer structure of ethylene oxide and propylene oxide. The hydrogen of the hydroxyl group is represented by the following general formula [I] or [II] The cross-linked polyether obtained by reacting a polyether having a reactive double bond substituted with is an alkali metal salt,
It is a solid polymer electrolyte characterized by containing one or more salts selected from alkaline earth metal salts and organic ammonium salts.
エチレンオキシドとプロピレンオキシドのコポリマー
構造は、ブロックコポリマー構造でも、ランダムコポリ
マー構造でもよい。特に、ランダムコポリマー構造の場
合は、低温で高いイオン伝導性を示すために有利であ
る。エチレンオキシド単位とプロピレンオキシド単位の
比率は特に限定しないが、エチレンオキシド単位の割合
をモル比率で70%以上にすると、高いイオン伝導性を示
す固体電解質が得られる。The copolymer structure of ethylene oxide and propylene oxide may be a block copolymer structure or a random copolymer structure. In particular, a random copolymer structure is advantageous because it exhibits high ionic conductivity at low temperatures. The ratio of ethylene oxide units to propylene oxide units is not particularly limited, but when the ratio of ethylene oxide units is 70% or more in terms of molar ratio, a solid electrolyte exhibiting high ionic conductivity can be obtained.
反応性二重結合を持つポリエーテルは、少なくとも1
つ以上の水酸基を持つポリエーテルと、反応性二重結合
を持つ基のハロゲン化物とを、塩基性条件下で反応させ
て得る。該ハロゲン化物のハロゲンは、Cl,Br,Iが一般
的に用いられる。該反応性二重結合を持つ基とは、アリ
ル基、シンナミル基、クロチル基、メタリル基である。
この反応方法は、ウイリアムソン合成法として、よく知
られているものである。A polyether having a reactive double bond is at least 1
It is obtained by reacting a polyether having one or more hydroxyl groups with a halide of a group having a reactive double bond under basic conditions. As the halogen of the halide, Cl, Br, I is generally used. The group having a reactive double bond is an allyl group, a cinnamyl group, a crotyl group or a methallyl group.
This reaction method is well known as the Williamson synthesis method.
ポリエーテル架橋体に含まれる、アルカリ金属塩、ア
ルカリ土類金属塩、又は有機アンモニウム塩としては、
LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiCF3SO3,LiPE6,LiI,LiBr,LiSCN,
NaI,NaBr,NaSCN,KSCN,MgCl2,Mg(ClO4)2、(CH3)4NB
F4、(CH3)4NBr,(C2H5)4NClO4,(C2H5)4NI,(C
3H7)4NBr,(n−C4H9)4NClO4,(n−C4H9)4NI,(n
−C5H11)4NIが好ましいが、特に限定はしない。As the alkali metal salt, alkaline earth metal salt, or organic ammonium salt contained in the polyether crosslinked product,
LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiPE 6 , LiI, LiBr, LiSCN,
NaI, NaBr, NaSCN, KSCN, MgCl 2 , Mg (ClO 4 ) 2 , (CH 3 ) 4 NB
F 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 ,, (C 2 H 5 ) 4 NI, (C
3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 ,, (n-C 4 H 9 ) 4 NI, (n
-C 5 H 11 ) 4 NI is preferable, but not limited thereto.
反応性二重結合を持つポリエーテルを反応させる方法
としては、加熱する方法、紫外線、及び/又は可視光線
を照射する方法、電子線を照射する方法のいずれの方法
でもよい。加熱する方法の場合、ラジカル反応開始剤と
して、ベンゾイルペルオキシド、アゾビスイソブチロニ
トリル等を加えておくと、反応を容易に起こすことがで
きる。また、紫外線、及び/又は可視光線を照射する方
法の場合、光開始剤として、ベンゾイン、ベンゾフェノ
ン、アセトフェノン、α−フェニルアセトフェノン等を
加えておくと、反応を容易に起こすことができる。The method for reacting the polyether having a reactive double bond may be any of heating, irradiation with ultraviolet rays and / or visible light, and irradiation with electron beams. In the case of the heating method, the reaction can be easily caused by adding benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile or the like as a radical reaction initiator. Further, in the case of the method of irradiating with ultraviolet light and / or visible light, the reaction can be easily caused by adding benzoin, benzophenone, acetophenone, α-phenylacetophenone or the like as a photoinitiator.
実施例 以下、本発明の詳細について、実施例により説明す
る。Examples Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples.
実施例1. 10重量部のアリルエーテル化ポリエチレンオキシド
(アリルエーテル化率98%、平均分子量3000)に、1重
量部の過塩素酸リチウムと、0.1重量部のベンゾイルペ
ルオキシドを均一に混合溶解した。この混合物をガラス
板上にキャストし、アルゴン気流中、90℃で1時間反応
させて、200μmのフィルムを得た。この膜のイオン伝
導度を、複素インピーダンス法で測定した結果、25℃で
3.0×10-5Scm-2であった。機械的強度は、引っ張り強度
で15.2kg cm-2を示した。この膜を、80℃、Ar気流中
で、電流密度10μAcm-1で1000時間の通電を行った。通
電後の膜の強度は、13.2kg cm-2を示し、実用上の問題
はなかった。Example 1. 1 part by weight of lithium perchlorate and 0.1 part by weight of benzoyl peroxide were uniformly mixed and dissolved in 10 parts by weight of allyl etherified polyethylene oxide (allyl etherification rate 98%, average molecular weight 3000). This mixture was cast on a glass plate and reacted at 90 ° C. for 1 hour in an argon stream to obtain a 200 μm film. The ionic conductivity of this membrane was measured by the complex impedance method.
It was 3.0 × 10 -5 Scm -2 . The mechanical strength was 15.2 kg cm -2 in tensile strength. This film was energized at 80 ° C. in an Ar stream at a current density of 10 μAcm −1 for 1000 hours. The strength of the film after electrification was 13.2 kg cm -2, and there was no practical problem.
実施例2. アリルエーテル化ポリエチレンオキシド(アリルエー
テル化率96%、平均分子量3000)に、1重量部の過塩素
酸リチウムと、0.01重量部のベンゾフェノンを、均一に
混合溶解した。この混合物をガラス板上にキャストし、
アルゴン気流中1KWの紫外線ランプで15cmの距離から4
分間照射し、100μmのフィルムを得た。この膜のイオ
ン伝導度を、複素インピーダンス法で測定した結果、25
℃で3.0×10-5Scm-2であった。機械的強度は、引っ張り
強度で15.2kg cm-2を示した。この膜を用いて、実施例
1.と同様の通電を行った。通電後の膜の強度は13.2kg c
m-2を示し、実用上の問題はなかった。Example 2. 1 part by weight of lithium perchlorate and 0.01 part by weight of benzophenone were uniformly mixed and dissolved in allyl etherified polyethylene oxide (allyl etherification rate 96%, average molecular weight 3000). Cast this mixture on a glass plate,
4 from a distance of 15 cm with a 1 KW UV lamp in an argon stream
It was irradiated for a minute to obtain a 100 μm film. The ionic conductivity of this membrane was measured by the complex impedance method.
It was 3.0 × 10 -5 Scm -2 at ℃. The mechanical strength was 15.2 kg cm -2 in tensile strength. Example using this membrane
The same energization as in 1. was performed. The strength of the membrane after energization is 13.2 kg c
It showed m -2 and had no practical problems.
実施例3. エチレンオキシドとプロピレンオキシドのモル比率が
8:2であるランダムコポリマー構造を有する、シンナミ
ルエーテル化ポリエーテル(シンナミルエーテル化率98
%、平均分子量3300)に、1重量部の過塩素酸リチウム
と、0.01重量部のベンゾフェノンを、均一に混合溶解し
た。この混合物をガラス板上にキャストし、アルゴン気
流中、1KWの紫外線ランプで15cmの距離から4分間照射
し、100μmのフィルムを得た。この膜のイオン伝導度
を、複素インピーダンス法で測定した結果、25℃で5.0
×10-5Scm-2であった。機械的強度は、引っ張り強度で1
5.4kg cm-2を示した。この膜を用いて、実施例1.と同様
の通電を行った。通電後の膜の強度は13.0km cm-2を示
し、実用上の問題はなかった。Example 3. The molar ratio of ethylene oxide and propylene oxide is
A cinnamyl etherified polyether having a random copolymer structure of 8: 2 (cinnamyl etherification rate 98
%, Average molecular weight 3300), 1 part by weight of lithium perchlorate and 0.01 parts by weight of benzophenone were uniformly mixed and dissolved. This mixture was cast on a glass plate and irradiated with a 1 KW ultraviolet lamp at a distance of 15 cm for 4 minutes in an argon stream to obtain a 100 μm film. The ionic conductivity of this film was measured by the complex impedance method and found to be 5.0 at 25 ° C.
It was × 10 -5 Scm -2 . Mechanical strength is 1 in tensile strength
It showed 5.4 kg cm -2 . Using this film, the same electricity as in Example 1 was applied. The strength of the film after electrification was 13.0 km cm -2, and there was no problem in practical use.
実施例4. エチレンオキシドとプロピレンオキシドのモル比率が
8:2であるランダムコポリマー構造を有する。シンナミ
ルエーテル化ポリエーテル(シンナミルエーテル化率98
%、平均分子量3300)に、1重量部の過塩素酸リチウム
を、均一に混合溶解した。この混合物をガラス板上にキ
ャストし、アルゴン気流中で、加速電圧300KeV,電子線
電流10mA、電子線量3.0MGrで電子線照射を行い、100μ
mのフィルムを得た。この膜のイオンで伝導度を、複素
インピーダンス法で測定した結果、25℃で5.0×10-5Scm
-2であった。機械的強度は、引っ張り強度で15.4kg cm
-2を示した。この膜を用いて、実施例1.と同様の通電を
行った。通電後の膜の強度は13.1kg cm-2を示し、実用
上の問題はなかった。Example 4. The molar ratio of ethylene oxide and propylene oxide is
It has a random copolymer structure of 8: 2. Cinnamyl etherified polyether (Cinnamyl etherification rate 98
%, Average molecular weight 3300), 1 part by weight of lithium perchlorate was uniformly mixed and dissolved. This mixture was cast on a glass plate and irradiated with an electron beam in an argon stream at an accelerating voltage of 300 KeV, an electron beam current of 10 mA, and an electron dose of 3.0 MGr to obtain 100 μm.
m was obtained. The conductivity of ions in this film was measured by the complex impedance method and found to be 5.0 × 10 -5 Scm at 25 ° C.
It was -2 . Mechanical strength is 15.4 kg cm in tensile strength
Showed -2 . Using this film, the same electricity as in Example 1 was applied. The strength of the film after electrification was 13.1 kg cm -2, and there was no problem in practical use.
発明の効果 上述した如く、本発明は、化学的、又は電気化学的な
安定性に優れ、生産性の優れた、イオン伝導性の高い高
分子固体電解質を提供することができるので、その工業
的価値は極めて大である。Effects of the Invention As described above, the present invention can provide a polymer solid electrolyte having excellent chemical or electrochemical stability, excellent productivity, and high ion conductivity. The value is extremely large.
Claims (4)
エチレンオキシド構造、又はポリプロピレンオキシド構
造、又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドのコポ
リマー構造を有するポリエーテルの2つ以上の該水酸基
の水素を下記の一般式〔I〕、又は〔II〕 で置換してなる反応性二重結合を持つポリエーテルを反
応させてなるポリエーテル架橋体が、アルカリ金属塩、
アルカリ土類金属塩、及び有機アンモニウム塩の中から
選ばれる1種以上の塩を含むことを特徴とする高分子固
体電解質。1. A polyether having at least one hydroxyl group and having a polyethylene oxide structure, a polypropylene oxide structure, or a copolymer structure of ethylene oxide and propylene oxide, wherein two or more hydrogen atoms of the hydroxyl groups are replaced by the following general formula: I] or [II] The cross-linked polyether obtained by reacting a polyether having a reactive double bond substituted with is an alkali metal salt,
1. A polymer solid electrolyte comprising at least one salt selected from alkaline earth metal salts and organic ammonium salts.
コポリマー構造が、ランダムコポリマー構造である請求
項1記載の高分子固体電解質。2. The polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein the copolymer structure of ethylene oxide and propylene oxide is a random copolymer structure.
外線、及び/又は可視光線の照射により架橋する請求項
1記載の高分子固体電解質。3. The solid polymer electrolyte according to claim 1, wherein the polyether having a reactive double bond is crosslinked by irradiation with ultraviolet rays and / or visible rays.
子線の照射により架橋する請求項1記載の高分子固体電
解質。4. The solid polymer electrolyte according to claim 1, wherein the polyether having a reactive double bond is crosslinked by irradiation with an electron beam.
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| JP1005335A JP2682098B2 (en) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | Polymer solid electrolyte |
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