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JPH0696699B2 - イオン伝導性固体電解質組成物 - Google Patents
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JPH0696699B2 - イオン伝導性固体電解質組成物 - Google Patents

イオン伝導性固体電解質組成物

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JPH0696699B2
JPH0696699B2 JP61281148A JP28114886A JPH0696699B2 JP H0696699 B2 JPH0696699 B2 JP H0696699B2 JP 61281148 A JP61281148 A JP 61281148A JP 28114886 A JP28114886 A JP 28114886A JP H0696699 B2 JPH0696699 B2 JP H0696699B2
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ion conductive
conductive solid
electrolyte composition
composition
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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、イオン伝導性固体電解質組成物、詳しくは、
アクリロイル変性ポリアルキレンオキシド、無機イオン
塩、及びポリアルキレングリコールから成る液状組成物
を硬化させてなることを特徴とするイオン伝導性固体電
解質組成物に関するもので、本発明のイオン伝導性固体
電解質組成物は、一次電池、二次電池、エレクトロクロ
ミック表示素子などの電解質として従来より使用されて
いたところに利用できる。
〔従来の技術及びその問題点〕
一次電池、二次電池、エレクトロクロミック(ECD)表
示素子などの電解質としては従来より液体のものが用い
られてきた。しかしながら、液体電解質は、部品外部へ
の液漏れ、電極物質の溶出などが発生しやすいため長期
信頼性の問題がある。
これに対して、固体電解質は、そのような問題がなく、
各装置の部品の構成が簡略化でき、更に薄膜化により部
品の軽量化、小型化が可能となる利点を有している。こ
れらの特徴は、エレクトロニクスの進展に伴った小型、
軽量で信頼性の高い各種電子部品に対する要求に適合し
ているため、その開発研究が活発に行われている。
固体電解質材料としては、従来より、主に無機物、例え
ばβ−アルミナ、酸化銀、ルビジウム、ヨウ化リチウム
などが知られている。しかし、無機物は任意の形に成
形、成膜するのが困難な場合が多く、かつ一般に高価格
であるため、実用上は問題が多い。
一方、高分子物質(ポリマー)は均一な薄膜を任意の形
状に容易に加工できる長所があるところから、種々のポ
リマーを用いた固体電解質がこれまでに提案されてい
る。すなわち、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレン
オキシド、ポリエチレンイミン、ポリエピクロルヒドリ
ン、ポリエチレンサクシネートなどのポリマーと、Li、
Naなどの無機イオン塩との組み合わせからなる固体電解
質組成物及びそれらの組成物を用いた電池が既に提案さ
れている(例えば、特開昭55−98480号、同58−108667
号、同58−188062号、同58−188063号、同59−71263号
の各公報、及び米国特許4,576,882号明細書参照)。し
かしながら、これらの組成物は、イオン伝導性が充分で
ないため現在の段階では実用化までには至っていない。
この問題を解決するため、高分子固体電解質組成物に有
機溶媒を添加して、見掛け上、固体状を保持したまま、
イオン伝導性を向上させる方法が提案されている(例え
ば、特開昭59−149601号公報、同58−75779号の各公報
参照)。しかし、この方法は、用いられている有機溶媒
の沸点がさほど高くないことから、使用中に組成物から
徐々に気化してイオン伝導性が低下したり、有機溶媒が
組成物から滲み出したりするなど、長期信頼性に問題が
あった。
また、ポリメタアクリル酸と過塩素酸リチウムの系に更
に分子量400のポリエチレングリコールを加えた複合系
の固体電解質が報告されている(Solid State Ionics V
ol.11,227頁、1983年参照)。また、特開昭59−71263号
公報には、ポリメタアクリレートとリチウム塩とポリエ
チレングリコール(またはポリプロピレンオキシド)か
らなる複合物の固体電解質が提案されている。しかし、
これらの固体電解質は、前記の有機溶媒を添加した組成
物での気化や滲み出しの問題は小さいが、イオン伝導性
が不充分である。
更に、特開昭58−82477号公報には、ポリエチレンオ
キシドとアルカリ塩と網状構造化可能なポリマーと
から成る組成物を網状構造とした固体電解質が提案され
ている。しかし、この固体電解質は、好ましく用いられ
ているのポリエチレンオキシドの分子量が高く(5,00
0〜7,000,000)、のアルカリ塩と結晶性錯体を形成し
やすいため、高温下で網状構造化して、非晶質状態を保
持する必要があり、またイオン伝導性が不充分である。
従って、本発明の目的は、従来の固体電解質の欠点を改
良し、優れたイオン伝導性を有するイオン伝導性固体電
解質組成物を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、 下記の一般式〔I〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示す。) で表されるアクリロイル基構造と、 下記の一般式〔II〕 CH2CHROn 〔II〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示し、nは1
〜30の整数を示す。) で表されるポルアルキレンオキシド構造とを 含有するアクリロイル変性ポリアルキレンオキシド、 無機イオン塩、及び 下記の一般式〔III〕 ROCH2CHROn 〔III〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示し、nは2
〜30の整数を示す。)で表される分子量180〜2000のポ
リアルキレングリコール から成る液状組成物を硬化させてなることを特徴とする
イオン伝導性固体電解質組成物を提供することにより、
前記目的を達成したものである。
以下、本発明のイオン伝導性固体電解質組成物について
詳述する。
本発明の組成物を構成する成分である、前記一般式
〔I〕及び〔II〕で表される構造を含有するアクリロイ
ル変性ポリアルキレンオキシドとしては、例えば、トリ
エチレングリコールモノアクリレート、ポリエチレング
リコールモノアクリレート、テトラエチレングリコール
モノアクリレート、メトキシテトラエチレングリコール
モノアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコー
ルモノアクリレート、メトキシポリエチレングリコール
モノアクリレート、トリエチレングリコールモノメタク
リレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレー
ト、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレー
ト、ポリエチレングリコールシンナメート、ポリエチレ
ングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクレート、トリエチレングリコールトリメチロー
ルプロパントリアクリレート、及び上記の化合物のエチ
レングリコール構造をプロピレングリコール構造に代え
た化合物などを挙げることができる。
上記アクリロイル変性ポリアルキレンオキシドは、分子
量は特に制限はなく、通常、分子量200〜30000、好まし
くは250〜3000のものが用いられる。また、上記アクリ
ロイル変性ポリアルキレンオキシドは、2種以上併用す
ることができる。
また、本発明の組成物を構成する成分である無機イオ
ン塩としては、特に制限はないが、好ましくは、例え
ば、LiClO4、LiI、LiSCN、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、L
iPF6、NaI、NaSCN、NaBr、KI、CsSCN、AgNO3、CuCl2、M
g(ClO4)2などの、少なくともLi、Na、K、Cs、Ag、Cu、
Mgの1種を含む無機イオン塩を使用する。
上記無機イオン塩の含有量は、アクリロイル変性ポリア
ルキレンオキシド及びポリアルキレングリコールのアル
キレンオキシドユニット(以下、EOと略称する)に対し
て、(無機イオン塩/EO)×100(モル%)が好ましくは
0.05〜50モル%、より好ましくは0.1〜30モル%となる
量である。上記無機イオン塩の含有量が多すぎると、過
剰の無機イオン塩が解離せず、単に混在するのみにな
り、このためイオン伝導性が逆に低下する。また、含有
量が少なすぎても、解離するイオンの数が小さくなり、
イオン伝導性が低下する。
また、上記無機イオン塩は、2種以上併用することがで
きる。
また、本発明の組成物を構成する成分である、前記一
般式〔III〕で表されるポリアルキレングリコールとし
ては、例えば、テトラエチレングリコール、ヘキサエチ
レングリコール、オクタエチレングリコール、及びそれ
らのモノあるいはジメチルエーテル、並びに上記の化合
物のエチレングリコール構造をプロピレングリコール構
造に代えた化合物などを挙げることができる。
上記ポリアルキレングリコールは、2種以上併用するこ
とができる。
上記ポリアルキレングリコールは、分子量が180〜2000
のものが用いられる。分子量が高すぎると、イオン伝導
性が低下する。また、分子量が低すぎると、沸点が低く
なり、組成物から徐々に気化する問題がある。
上記ポリアルキレングリコールの含有量は、前記アクリ
ロイル変性ポリアルキレンオキシドに対して、好ましく
は500〜1重量%、さらに好ましくは400〜25重量%の範
囲である。上記ポリアルキレングリコールの含有量が多
すぎると、硬化物の機械的性質が低下し、実用上好まし
くない。また、少なすぎると、イオン伝導性が低下す
る。
前記成分、前記成分及び前記成分から成る本発明
の液状組成物を硬化させる手段としては、好ましくは、
加熱する方法、あるいは紫外線、可視光線などの活性光
線を照射する方法が用いられる。
上記の加熱する方法による場合は、必要ならば、上記組
成物に、開始剤として過酸化物例えばベンソイルパーオ
キサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、t−ブ
チルパーオキシピバレート、ジイソプロピルパーオキシ
カーボネートなどを添加しておくのが好ましい。
また、上記の活性光線を照射する方法による場合は、必
要ならば、上記組成物に、光重合開始剤としてベンゾイ
ン、2−メチルベンゾイン、トリメチルシリルベンゾフ
ェノン、4−メトキシベンゾフェノン、ベンゾインメチ
ルエーテル、アセトフェノン、アントラキノン、2,2−
ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンなどを添加し
ておくことが好ましい。
また、上記組成物を硬化、薄膜化させる方法としては、
アルミニウム、ステンレスなどの金属あるいはガラスな
どの基材に、上記組成物を、例えばローラーコーティン
グ、ドクタープレード、バーコーダ、シルクスクリー
ン、またはスピンコートなどの手段を用いて均質な厚さ
になる様に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を加熱す
るかあるいは該塗布膜に活性光線を照射して、硬化、薄
膜化させる方法を挙げることができる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明を更
に詳細に説明する。
実施例1 メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(新
中村化学製、AM−90G)0.75g(EO=14.1mmole)、ポリ
エチレングリコールジメタクリレート(新中村化学製、
9G)0.25g(EO=3.6mmole)、過塩素酸リチウム(LiClO
4)0.08g(0.75mmole)、ポリエチレングリコール(純
正化学製、PEG♯200)0.75g(EO=16.3mmole)、及び2,
2−ジメトキン−2−フェニルアセトフェノン0.01gを混
合し、均一溶液とする。この均一溶液とした液状組成物
をアルミシャーレに薄く流延し、これに、窒素雰囲気下
で250Wの超高圧水銀灯を用い5mW/cm2の照度で3分間照
射して、硬化フィルム(本発明のイオン伝導性固体電解
質組成物)を得た。このフィルムのイオン伝導度(σ)
を複素インピーダンス法(室温)で測定(下記の実施例
及び比較例においても同じ方法により測定)したとこ
ろ、1.8×10-4Ω-1/cmであった。
実施例2,3及び比較例1 下記表−1に示す通りPEG♯200を変量した以外は、実施
例1と同様にして硬化フィルムをそれぞれ得た。得られ
た硬化フィルムのイオン伝導度を下記表−1にそれぞれ
示した。
実施例4,5 PEG♯200に代えてPEG♯400(純正化学製)を0.75g(実
施例4)及び0.5g(実施例5)用いた以外は、実施例1
と同様にして硬化フィルムをそれぞれ得た。得られた硬
化フィルムのイオン伝導度は、それぞれ1.1×10-4Ω-1/
cm及び8.1×10-5Ω-1/cmであった。
実施例6 AM−90G 0.75g、9G 0.25g、LiClO4 0.08g、ベンゾイ
ルパーオキサイド0.01g、及びPEG♯200 0.5gの混合物
を、アルミシャーレに薄く流延し、これを窒素雰囲気下
70℃で14時間加熱硬化して、硬化フィルムを得た。得ら
れた硬化フィルムのイオン伝導度は、8.7×10-5Ω-1/cm
であった。
比較例2 PEG♯200を添加しなかった以外は、実施例6と同様にし
て硬化フィルムを得た。得られた硬化フィルムのイオン
伝導度は、1.5×10-5Ω-1/cmであった。
比較例3 実施例1において用いたPEG♯200の代わりに、平均分子
量3000のポリエチレングリコールを用いた以外は、実施
例1と同様にして硬化フィルムを得た。得られた硬化フ
ィルムのイオン伝導度は、3.0×10-5Ω-1/cmであった。
〔発明の効果〕
本発明のイオン伝導性固体電解質組成物は、一次電池、
二次電池、エレクトロクロミック素子などに使用できる
高いイオン伝導性を有するものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の一般式〔I〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示す。) で表されるアクリロイル基構造と、 下記の一般式〔II〕 CH2CHROn 〔II〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示し、nは1
    〜30の整数を示す。) で表されるポリアルキレンオキシド構造とを 含有するアクリロイル変性ポリアルキレンオキシド、 無機イオン塩、及び 下記の一般式〔III〕 ROCH2CHROn 〔III〕 (但し、Rは水素または低級アルキル基を示し、nは2
    〜30の整数を示す。)で表される分子量180〜2000のポ
    リアルキレングリコール から成る液状組成物を硬化させてなることを特徴とする
    イオン伝導性固体電解質組成物。
  2. 【請求項2】無機イオン塩が少なくともLi、Na、K、C
    s、Ag、Cu、Mgの1種を含む無機イオン塩である特許請
    求の範囲第(1)項記載のイオン伝導性固体電解質組成
    物。
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