DE10029209A1

DE10029209A1 - Ionisch leitendes Molekül, Ionenleiter und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10029209A1
Application number: DE10029209A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Fujinami; Mary Anne Mehta
Original assignee: Genesis Research Institute Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Genesis Research Institute Inc; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: US6566014B1; FR2794750B1; DE10029209B4; JP2001055441A; CA2311070C; FR2794750A1; CA2311070A1

Abstract

Ein Ionenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung schließt ein Elektrolytsalz zur Ionenleitung, ein ionisch leitendes Molekül einschließlich einer molekularen Kette, welche einen Ionenleitungsweg und einen an die molekulare Kette gebundenen und aus dem Elektrolytsalz resultierende Anionen einfangenden Boroxinring bereitgestellt, und ein Strukturelement zur Dispergierung und Immobilisierung des ionisch leitenden Moleküls und des Eletrolytsalzes hierin ein. Das Strukturmaterial gibt dem Ionenleiter mechanische Stärke, das ionisch leitende Molekül stellt einen Ionenleitungsweg bereit und das Elektrolytsalz gibt ihm Ionenleitfähigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein ionisch leitendes Molekül und einen Ionenleiter, welcher als ein Feststoffleiter für eine Batterie verwendet werden kann, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Ionenleiters.

Da ein ionisch leitendes Polymer im allgemeinen eine leichte Verarbeitbarkeit zu Filmen aufweist, von geringem Gewicht und flexibel ist, kann erwartet werden, dass eine solche auf dem Gebiet der Elektrochemie Anwendung findet, insbesondere in einer vollständig feststoffartigen Lithiumsekundärbatterie.

Es gibt einige Arten von ionisch leitenden Polymeren. Ein einzelionleitendes Polymer ist ein Polymer, in welchem nur die Kationen als Ladungsüberträger wirken. Ein bi ionleitendes Polymer ist ein Polymer, in welchem sowohl die Kationen als auch die Anionen als Ladungsüberträger wirken. Einzelionleitende Polymere werden im Verhältnis zu bi-Ionenleitern zur Anwendung in sekundären Lithium batterien aus folgenden Gründen bevorzugt. Wenn ein bi- Ionenleiter verwendet wird, blockieren die Elektroden im Hinblick auf die Anionen. Folglich akkumulieren die Anionen wahrend der Ladungs- und Entladungsverfahren an der positiven Elektrode, was eine Polarisation des leitenden Films bewirkt. Infolge dieses Phänomens nimmt die Ionenleitfähigkeit mit der Zeit ab.

Um ein ionisch leitendes Polymer in einen Einzelionen leiter umzuwandeln, in welchem nur die Kationen als Ladungsüberträger wirken, ist es daher notwendig, das Gegenanion auf der ionisch leitenden Polymerstruktur zu fixieren.

Jedoch hindert sogar im gerade erwähnten Fall die Ionen paarung der Kationen mit den fixierten Anionen die Bewegung der ersteren. Demzufolge nimmt die Beweglichkeit des Kations ab und die Ionenleitfähigkeit wird erheblich reduziert.

Die folgenden Verfahren sind ausgedacht worden, um den Einfluss der Ionenpaarung zu reduzieren. Zum Beispiel wird die Elektronendichte auf dem Anion durch Einführung einer elektronenziehenden Gruppe vermindert; das Kation wird stereochemisch durch Einführung einer sperrigen Substituentengruppe um das Anion herum gehindert, sich dem Anion anzunähern; und die Entfernung zwischen den fixierten Anionen wird verkürzt, so dass die Akti vierungsenergiebarriere für die Kationbewegung vermindert wird.

Zum Beispiel offenbart die japanische ungeprüfte Pat entveröffentlichung (KOKAI) Nr. 8-339,827 ein Verfahren zur Reduzierung der Ladedichte auf dem Anion durch Einführung einer elektronenziehenden Gruppe. Mit dieser Idee soll das Anion auf der Polymerstruktur während der Polymersynthese fixiert werden. Folglich wird, um die in der Struktur enthaltenden fixierten Anionen zu synthetis ieren, eine komplexe Syntheseroute benötigt und die Synthese ist schwierig.

Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 10- 223,258 offenbart eine nicht-wässrige Lithiumbatterie, in welcher die Ionenleitfähigkeit durch Lösung einer als Kapazitätsabschwächungsinhibitor wirkenden zusätzlichen Verbindung in dem Elektrolyt verbessert wird. In dieser nicht-wässrigen Batterie wird die Ionenleitfähigkeit verstärkt, indem ein organisches Lösungsmittel verwendet wird, welches in der Ionenleitfähigkeit teilnimmt und in welchem die als Kapazitätsabschwächungsinhibitor wirkende zusätzliche Verbindung gelöst ist. Da die Bewegung der Ionen, welche in der Ionenleitfähigkeit resultiert, hierbei in dem organischen. Lösungsmittel ausgeführt wird, hat die als Kapazitätsabschwächungsinhibitor wirkende zusätzliche Verbindung eine Boroxinringstruktur, welche eine Seitenkette aufweist, die aus einer Alkylgruppe zusammengesetzt ist, sodass diese eine hohe Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln aufweist.

Durch die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 10-223,258 bekannt gemachte Lithiumbatterie wird die Ionenleitfähigkeit in dem Elektrodenelement verbessert. Jedoch wird nur die Leitfähigkeit des Elek trolyten selbst verbessert. Folglich wird die Ionenleit fähigkeit des Ionenleitungspolymers nicht verstärkt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein ionisch leitendes Molekül, einen eine hohe mechanische Stärke und Ionenleitfähigkeit aufweisenden Ionenleiter bereitzustellen sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Um die Aufgabe auszuführen haben die Erfinder der vor liegenden Erfindung sich die Herstellung eines ionisch leitenden Moleküls ausgedacht, welches sowohl Anionen einfängt als auch einen Ionenleitungsweg bereitstellt. Es gelang ihnen ein ionisch leitendes Polymer zu erhalten, welches einen Boroxinring zum Einfangen des Anions enthält und eine einen Ionenleitungsweg bereitstellende molekulare Kette enthält. Darüber hinaus stellten sie erfolgreich einen Ionenleiter, welcher in Bezug auf die mechanische Stärke gut ist und eine hohe Ionenleitfähig keit zeigt, durch Verwendung eines strukturellen Elements her, in welchem das ionisch leitende Molekül und Salz dispergiert und immobilisiert ist.

Ein ionisch leitendes Molekül gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt; und
einen Boroxinring, der an die molekulare Kette ge bunden ist und der ein Anion einfängt.

Ein Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung um fasst:
ein Elektrolytsalz zur Ionenleitung;
ein Ionenleitungsmolekül mit einer einen Ionenlei tungsweg bereitstellenden molekularen Kette und mit einem Boroxinring, der an die molekulare Kette gebunden ist und aus dem Elektrolytsalz resultierende Anionen einfängt; und
ein strukturelles Element zur Dispergierung und Im mobilisierung des ionisch leitenden Moleküls und des Elektrolytsalzes.

Ein Herstellungsverfahren für einen Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Stufen:
Synthese eines ionisch leitenden Moleküls einschließlich einer molekularen Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt und einen Boroxinring, der an die zuvor erwähnte molekulare Kette gebunden ist und der Anionen einfängt; und
Dispergierung und Immobilisierung des ionisch leitenden Moleküls und eines Elektrolytsalzes in einem strukturellen Element, wobei das ionisch leitende Molekül, das Elektrolytsalz und das Strukturelement zusammengesetzt werden.

Das ionisch leitende Molekül gemäss der vorliegenden Erfindung vergrößert den durch die Kationen transportier ten Ladungsanteil, da die Boroxinringe die Anionen des Elektrolytsalzes einfangen. Das Verhalten des Ionenleit ers nähert sich in höherem Maße dem eines Einzelionleit ers an. Beachtet werden soll, dass wir durch Verwendung von Boroxinringen keinen Einzelionleiter erhalten, aber wegen der starken Wechselwirkung zwischen den Anionen und dem Boroxinring die Mobilität der Anionen reduziert wird und daher ein größerer Anteil der Ladung durch Kationen transportiert wird. D. h., das Verhalten des Ionenleiters ähnelt in höherem Maße demjenigen eines Einzelionenleit ers. Da das Anion durch die Wechselwirkung der Elektronen auf dem Anion mit dem Boroxinring gefangen wird, besteht darüber hinaus ein geringerer Beitrag dieser anionischen Elektronen zur Paarung mit den Kationen. Infolgedessen wird die auf die Kationen zurückzuführende Ionenleitung verbessert. In dem Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung verbessert zudem das Strukturelement die mechanische Stärke des Ionenleiters.

Das Verfahren zur Herstellung des Ionenleiters gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe der Synthese des zuvor erwähnten ionisch leitenden Moleküls und die Stufe der Dispergierung und Immobilisierung des ionisch leiten den Moleküls und des Elektrolytsalzes in einem Struk turelement, wobei das ionisch leitende Molekül, das Elektrolytsalz und das strukturelle Element verbunden werden, wodurch der Ionenleiter hergestellt wird. Darüber hinaus wird die Ionenleitfähigkeit des Ionenleiters verstärkt, wenn ein Wärmebehandlungsschritt nach der Dispergierung und Immobilisierungsstufe ausgeführt wird.

Das ionisch leitende Molekül gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt eine Boroxinringstruktur, welche einen Elektronenpaarakzeptor als einen Rezipienten (Anionenfalle) für Anionen, sowie eine molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt und welcher die Leitung der Kationen fördert. Demzufolge besteht eine starke Wechsel wirkung der Boroxinringstruktur mit den anionischen Elektronenpaaren des Elektrolytsalzes in dem Ionenleiter, wodurch die Mobilität der Anionen reduziert wird und eine hohe Kationentransportzahl des Ionenleitungssystems bewirkt wird. Daher wird eine Verstärkung der Kationen transportzahl beobachtet, und diese Transportzahl kann sich näher an 1 annähern.

Der Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung besitzt das zuvor erwähnte ionisch leitende Molekül und ein Elektrolytsalz zur Ausführung der Ionenleitung in dem Strukturelement. Das Strukturelement verbessert die mechanische Stärke des Ionenleiters. Folglich stellt der Ionenleiter einen starken, festen Ionenleiter dar. Darüber hinaus zeigt der vorliegende Ionenleiter eine geringe Grenzflächenwiderstand zwischen sich selbst und dem metallischen Lithium, und die geringe Grenzflächen widerstand bleibt im Laufe der Zeit stabil. Daher beste hen hohe Erwartungen an den vorliegenden Ionenleiters als ein Material für Lithiumbatterien.

Die vorliegende Erfindung und viele ihrer Vorteile können in höherem Maße gewürdigt werden, wenn diese anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und der detaillierten Patentschrift, die alle einen Teil der Offenbarung bilden, besser verstanden werden:

Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Bx(3) Gehalt und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 4 wiedergibt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Lithiumionengehalt und der Ionenleitfähigkeit in einem Innenleiter des Beispiels Nr. 5 wiedergibt;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Bx(n) Gehalt und der Ionenleitfähigkeit in einem Innenleiter des Beispiels Nr. 5 wiedergibt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Bx(n) Gehalt und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 6 wiedergibt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 11 wiedergibt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 12 wiedergibt;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 13 illustriert;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 14 illustriert;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 15 illustriert;

Fig. 10 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Wärmebehandlung und der Ionenleitfähigkeit in einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 16 illustriert; und

Fig. 11 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Zeit und dem Grenzflächenwiderstand zwischen einem Ionenleiter des Beispiels Nr. 17 und metallischem Lithium illustriert.

Nachdem die vorliegende Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weiteres Verständnis anhand der spezi fischen Ausführungsformen, welche hierbei allein zum Zweck der Illustration bereitgestellt werden und die den Umfang der angefügten Ansprüche nicht begrenzen sollen, erhalten werden.

Das ionisch leitende Molekül gemäss der vorliegenden Erfindung hat eine molekulare Kette, welche einen Ionen leitungsweg bereitstellt, und einen Boroxinring. Das ionisch leitende Molekül nimmt am Transport des Kations teil, das aus dem Elektrolytsalz zur Ionenleitung re sultiert. Das heißt, dass unter der Voraussetzung, dass die ionisch leitenden Moleküle dispergiert und in dem strukturellen Element immobilisiert sind, die Kationen in dem Ionenleiter transportiert werden.

Der Boroxinring, welcher das ionisch leitenden Molekül aufbaut, fängt das aus dem Elektrolytsalz zur Ionenlei tung resultierende Anion ein. Das heißt, da das ionisch leitenden Molekül das Anion einfängt, wird die Mobilität des Anions in hohem Maße reduziert. Weiterhin wird die Dissoziierung in Kationen und Anionen verstärkt und die Bewegung des Kations wird erleichtert. Folglich wird die Kationentransportzahl des Ionenleiters erhöht.

Vorzugsweise kann die Boroxinringstruktur Trialkoxy boroxin sein. D. h. Trialkoxyboroxin besitzt einen Borox inring ((BO)₃). Der Boroxinring fängt das Anion ein und die an den Boroxinring gebundenen Alkoxygruppen werden zum Transfer des Kations verwendet.

Die molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg in dem Ionenleitungsmolekül bereitstellt, kann bevorzugt ein Molekül mit einer Etherkette sein. Die einsamen Elek tronenpaare auf dem Sauerstoff, die die Etherbindung in der Etherkette ausbilden, werden zum Transfer des Kations verwendet. Folglich vermittelt das ionisch leitende Molekül, abgesehen von den Materialien des Strukturele ments, dem Ionenleiter die Ionenleitungsfähigkeit.

Vorzugsweise kann die Etherseitenkette (-CH₂-CH₂-O-) sein.

Bevorzugt kann das ionisch leitende Molekül eine Kompati bilität zwischen diesem selbst und dem strukturellen Element aufweisen. Wenn das ionisch leitende Molekül eine Kompatibilität zwischen diesem selbst und dem strukturel len Element aufweist, können die ionisch leitenden Moleküle gleichmäßig dispergiert und in den Strukturmate rialien immobilisiert sein, ohne eine Phasentrennung zu verursachen.

Es ist möglich, eine nicht an der Ionenleitung teil nehmende Alkylgruppe in die Boroxinringstruktur ein zuführen. Durch Einführung der Alkylgruppe fügen sich die resultierenden ionisch leitenden Moleküle miteinander zusammen.

Der Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst das Elektrolytsalz zur Ionenleitung, das ionisch leitende Molekül und das strukturelle Element.

Vorzugsweise kann das ionisch leitende Molekül eine Kompatibilität zwischen diesem selbst und dem strukturel len Element aufweisen. Wenn das ionisch leitende Molekül Kompatibilität zwischen sich selbst und dem strukturellen Element aufweist, können die ionisch leitenden Moleküle gleichmäßig dispergiert und in dem strukturellen Element ohne Verursachung einer Phasentrennung immobilisiert werden.

Das Elektrolytsalz zur Ionenleitung ist eine Ionenquelle in dem Ionenleiter, so dass der Ionenleiter Ionenleit fähigkeit zeigt. Das heißt, das Elektrolytsalz dissoz iiert in dem Ionenleiter in Anionen und Kationen. Die resultierenden Ionen werden transportiert, sodass der Ionenleiter eine Ionenleitfähigkeit aufweist.

Vorzugsweise kann das Elektrolytsalz zur Ionenleitung ein Lithiumsalz sein. Wenn ein Lithiumsalz als das Elektro lytsalz verwendet wird, wird ein Ionenleiter mit einer hohen Kationtransportzahl gewährleistet, mit anderen Worten ein hoher Anteil der Ladung wird durch Lithiumi onen transportiert. Als solch ein Lithiumsalz können beispielhaft Lithiumsalze, wie etwa Li(CF₃SC₂)₂N, LiCF₃SO₃, LiBF₄, LiBr, LiCl und LiPF₆, genannt werden.

Das strukturelle Element dispergiert und immobilisiert die ionisch leitenden Moleküle und das Elektrolytsalz zur Ionenleitung in dem Ionenleiter. Das heißt durch Disper gierung und Immobilisierung der ionisch leitenden Moleküle, welche einen Ionenleitungsweg und das Elektro lytsalz in dem Ionenleiter bereitstellen, kann der Ionenleiter Ionenleitfähigkeit aufweisen. Die Disper gierung und Immobilisierung der ionisch leitenden Moleküle und des Elektrolytsalzes hierin meint einen Zustand, in dem die ionisch leitenden Moleküle und das Elektrolytsalz in dem strukturellen Element existieren ohne mit dem strukturellen Element zu reagieren. Darüber hinaus gibt das strukturelle Element dem Ionenleiter mechanische Stärke. Demzufolge kann das strukturelle Element vorzugsweise Polymere einschließen, welche nicht mit den ionisch leitenden Molekülen und dem Elektrolyt salz reagieren, und poröse Substanzen.

Vorzugsweise kann das strukturelle Element wenigstens ein Element ausgewählt aus der aus Ethylenoxid-Propylenoxid- Copolymer, Poly(methylmethacrylat), Poly(oligoethylenglykolmethacrylat), Poly(vinylchlorid), Bentonit, Zelluloseazetat, Poly(vinylidenfluorid hexafluoropropylen)-Copolymer bestehenden Gruppe sein. In dem Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung benötigt das strukturelle Element nicht ausdrücklich eine eigene Ionentransferfunktion, da das ionisch leitende Molekül einen Ionenleitungsweg bereitstellt.

In den Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung können die Mengen des ionenleitenden Moleküls und des Elektrolytsalzes nicht explizit bestimmt werden, da sie von den Materialien des Strukturelements abhängen.

Da dort als Anionenfallen fungierende Boroxinringe in geeigneten Mengen existieren, fangen die Anionenfallen Anionen aus dem Elektrolytsalz ein. Folglich ist es möglich einen Ionenleiter zu erhalten, in welchem die meiste Ladung durch die Kationen transportiert wird. Das Verhalten des Leiters nähert sich einem Einzel(Kation) Ionenleiter an. Da die in dem Ionenleiter gebildeten Anionenfallen die Bewegung der Kationen im Wege der Etherketten nicht hindern und die Ionenpaarung zwischen den Kationen und Anionen als eine Folge des Anionenein fangens durch die Boroxinringe vermindert ist, wird die Leitfähigkeit aufgrund der Kationenbewegung verstärkt.

Der Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise wärmebehandelt werden. Diese Hitzebehandlung verbessert die Ionenleitfähigkeit.

Der Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung hat die extrem vorteilhafte Eigenschaft, dass er einen extrem geringen Grenzwiderstand zwischen demselben und metal lischem Lithium aufweist. Diese Eigenschaft bedeutet, dass die innere Widerstand vermindert werden kann, wenn der vorliegende Ionenleiter als ein Feststoffelektrolyt in Lithiumbatterien unter Verwendung metallischen Lithi ums verwendet wird.

Die Trialkoxyboroxinverbindung, die als Ionenleitungs molekül fungiert, kann vorzugsweise in der folgenden Weise bereitgestellt werden. Zum Beispiel Borsäure (B(OH)₃) und Poly(ethylenglykol)monomethylether (PEGMME) werden in Gegenwart eines Säurekatalysators umgesetzt, wodurch ein Ester der Borsäure (B(OR)₃) erzeugt wird. Drei Moläquivalente des PEGMME werden für jedes Äquiva lent von B(OH)₃ verwendet. Das B(OR)₃ und das Borsäureoxid (B₂O₃) werden in einer trockenen Stickstoffatmosphäre erhitzt, wodurch die Trialkoxyboroxinverbindung herg estellt wird. Um die Trialkoxyboroxinverbindung her zustellen, werden molare Äquivalente von B(OR)₃ und Borsäureoxid (B₂O₃) verwendet. Da die Trialkoxyboroxin verbindung durch ein via dem Ester der Borsäure ver laufendes Verfahren hergestellt wird, kann die Trialkoxy boroxinverbindung in hoher Reinheit und frei von verbleibenden Hydroxygruppen erhalten werden. Wenn die Trialk oxyboroxinverbindung durch direkte Umsetzung des PEGMME und des Boroxids hergestellt wird, können auf der anderen Seite geringe Spuren der nicht umgesetzten Hydroxygruppen in der resultierenden Trialkoxyboroxinverbindung verblei ben und solch eine Trialkoxyboroxinverbindung wird verglichen mit der reinen Verbindung eine verminderte elektrochemische Stabilität zeigen.

Eine asymmetrische Boroxinverbindung kann in der fol genden Weise hergestellt werden. Zum Beispiel wird ein Ester der Borsäure durch Umsetzung der Borsäure mit einem Überschuss an Alkohol bereitgestellt. Die asymmetrische Boroxinverbindung kann dann durch Umsetzung von zwei oder mehr verschiedenen Estern der Borsäure mit Boroxid hergestellt werden. In diesem Verfahren werden stoi chiometrische Mengen der Reagenzien verwendet. Zum Beispiel werden zwei Ester der Borsäure in einem molaren Verhältnis von 2 : 1 vermischt und mit drei Mol Boroxid umgesetzt. Folglich kann eine asymmetrische Boroxinver bindung durch solch eine stöchiometrische Reaktion erhalten werden.

Das andere Verfahren zur Herstellung einer asymmetrischen Boroxinverbindung wird in der folgenden Weise ausgeführt. Ein asymmetrischer Ester der Borsäure wird im Vorhinein bereitgestellt und mit einer Menge gleicher Molarität von Boroxid umgesetzt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von spezifischen Beispielen beschrieben werden.

Zuerst werden Beispiele des vorliegenden ionisch leiten den Moleküls beschrieben werden.

Beispiel Nr. 1

Eine Trialkoxyboroxinverbindung (Bx(n)), Beispiel Nr. 1 des vorliegenden ionisch leitenden Moleküls, hatte eine durch folgende Strukturformeln (1) illustrierte Struktur und wurde gemäss der folgenden chemischen Gleichung (2) hergestellt.

Zuerst wurden Borsäure (B(OH)₃) und Poly(ethlenglykol)monomethylether (PEGMME) in Toluol unter Rückfluss bei Gegenwart eines Schwefelsäurekata lysators umgesetzt. 3 Moläquivalente von PEGMME wurde für jedes Moläquivalent von B(OH)₃ verwendet. Während dieses Prozesses wurde das in der Reaktion produzierte Wasser unter Verwendung eines Dean-Stark-Apparats entfernt. Nach Vervollständigung der Reaktion wurde die Schwefelsäure durch Kaliumcarbonat (K₂CO₃) neutralisiert. Hinterher wurde der Borsäureester (B(OR)₃) durch Vakuumdestillation isoliert.

Nachfolgend wurde das resultierende B(OR)₃ mit einer äquivalenten Anzahl von Molen Boroxid (B₂O₃) vermischt. Die Mischung wurde dann unter trockenen Stickstoff erhitzt. Folglich wurde die Trialkoxyboroxinverbindung (Bx(n)) des Beispiels Nr. 1 hergestellt.

Beispiel Nr. 2

In Beispiel Nr. 2 konnte eine asymmetrische Trialkoxy boroxinverbindung, die als ein ionisch leitendes Molekül verwendet wird und eine Reihe von verschiedenen Alkoxy gruppen enthält im Wege des Umsetzungsverfahrens herg estellt werden, das in der folgenden chemischen Gleichung (3) illustriert wird.

In dem Herstellungsprozess wurden Borsäure B(OH)₃ und ein Überschuss an Alkohol erhitzt und in Toluol für 6 Stunden unter Rückfluss gehalten. Das entstandene Wasser wurde durch azeotrope Destillation in einem Dean-Stark-Apparat entfernt. Nachfolgend wurden Borsäureester durch Destil lation erhalten. Die so erhaltenen Ester der Borsäure wurden in einem Molverhältnis von 2 : 1 vermischt. 3 Mol des Boroxids wurden zu der Reaktionsmischung hinzugefügt, die 3 Mol des Borsäureesters enthielt (in einem Verhält nis von 2 : 1). Die Mischung wurde dann bei 60°C für 48 Stunden erhitzt. Folglich wurde eine asymmetrische Boroxinverbindung nach Beispiel Nr. 2 mit zwei ver schiedenen Alkoxygruppen hergestellt.

Beispiel Nr. 3

In Beispiel Nr. 3 konnte eine asymmetrische Trialkoxy boroxinverbindung, die als ein ionisch leitendes Molekül verwendet wird und eine Reihe verschiedener Alkoxygruppen enthält, im Wege des Umsetzungsverfahrens, das in der folgenden chemischen Gleichung (4) illustriert wird, hergestellt werden.

In dem Herstellungsverfahren wurden zuerst gleiche molare Mengen der Borsäure B(OH)₃ und eines Alkohols erhitzt und in Toluol für 6 Stunden unter Rückfluss gehalten. Das entstandene Wasser wurde durch azeotrope Destillation in einem Dean-Stark-Apparat entfernt. Nachfolgend wurden zwei Moläquivalente des Oligoethylenglykolmonomethlyeth ers zu der Mischung hinzugefügt. Die Mischung wurde erhitzt und in Toluol unter Rückfluss gehalten, wodurch asymmetrische Ester der Borsäure hergestellt wurden. Die asymmetrischen Ester der Borsäure, die niedrige Siedepunkte zeigten, wurden durch Destillation isoliert. Dann wurde eine gleiche Molzahl Boroxid (B₂O₃) zu den asymmetrischen Estern der Borsäure hinzugefügt. Hinterher wurde die Mischung auf 70°C für 36 Stunden erhitzt. Folglich wurde eine asymmetrische Boroxinverbindung nach Beispiel Nr. 3 hergestellt.

Dann wurden unter Verwendung der in Beispiel Nr. 1 bis Beispiel Nr. 3 hergestellten ionisch leitenden Moleküle Ionenleiter gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt und in den folgenden Beispielen beschrieben. Die in den folgenden Beispielen hergestellten Ionenleiter waren als ein Film ausgeformt.

Beispiel Nr. 4

In Beispiel Nr. 4 wurde ein Ethylenoxid-Propylenoxid (EO- PO)-Copolymer als das Strukturmaterial verwendet, die Boroxinverbindung (Bx(n), B₃O₃[(OCH₂CH₂)_nOCH₃)]₃), die in Beispiel Nr. 1 hergestellt wurde, als das ionisch leitende Molekül verwendet und LiCF₃SO₃ wurde als das Elektrolytsalz zur Ionenleitung verwendet. Das heißt in den Ionenleiter von Beispiel Nr. 4 wurden das Bx(n) und LiCF₃SO₃ dispergiert und immobilisiert in dem EO-PO Copolymer.

In den Proben des Ionenleiters von Beispiel Nr. 4 wurden das Verhältnis des EO-PO Copolymers und des ionisch leitenden Moleküls (Bx(n)) genauso wie die Länge der Seitenketten in Bx(n) d. h. n in B₃O₃[(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ wurde variiert.

Als Proben nach Beispiel Nr. 4 wurden Ionenleiter herge stellt, die in der Tabelle 1 unten zusammengestellte Zusammensetzungen aufwiesen und die ein EO-PO Copolymer, Bx(3), Bx(7.2) und das Salz LiCF₃SO₃ einschlossen. Das EO-PO Copolymer wurde aus EO und PO in dem molaren Verhältnis 80 : 20 zusammengesetzt. Die Gewichtsverhält nisse der Bx(n) in Tabelle 1 waren die Gewichte von Bx(n) im Hinblick auf das Gesamtgewicht des EO-PO Copolymers und Bx(n). Der jeweilige LiCF₃SO₃-Gehalt war wie folgt: d. h., wenn Bx(7.2) verwendet wurde, war das molare Verhältnis des C-O-C in dem Bx(7.2) zum LiCF₃SO₃ 20 : 1; und wenn Bx(3) verwendet wurde, war das molare Verhältnis des Bx(3) zu LiCF₃SO₃ 2 : 1.

TABELLE 1

Nachfolgend wurden, wie bei den anderen Proben von Beispiel Nr. 4, Ionenleiter mit in Tabelle 2 zusam mengestellten Zusammensetzungen hergestellt und das EO-PO Copolymer, Bx(3) und LiCF₃SO₃ zugefügt. Das EO-PO Copoly mer wurde aus EO und PO in dem molaren Verhältnis von 90 : 10 zusammengestellt. Hierbei wurden in Tabelle 2 die Gewichtsprozentsätze von Bx(3) in der gleichen Weise wie in Tabelle 1 beschrieben berechnet und das molare Verhältnis von Bx(3) zu LiCF₃SO₃ war das gleiche wie in Tabelle 1, z. B. das molare Verhältnis Bx(3) : LiCF₃SO₃ = 2 : 1.

TABELLE 2

Diese Proben der Ionenleiter des Beispiels Nr. 4 wurden in der folgenden Weise hergestellt. Zum Beispiel wurden das EO-PO Copolymer, Bx(n) und LiCF₃SO₃ in THF (Tetrahydrofuran) gelöst. Hinterher wurde das THF durch Destillation entfernt.

Bewertung

Um die Proben als Ionenleiter zu bewerten, wurde die Ionenleitfähigkeit gemessen. Man beachte, dass die Ionenleitfähigkeitsmessungen bei 30°C und 60°C ausgeführt wurden. Tabelle 1 und Tabelle 2 fassen auch die Ergeb nisse der Leitfähigkeitsmessungen der Proben zusammen. Zusätzlich wurde die Veränderung der Ionenleitfähigkeit mit dem Bx(3) Gehalt der Proben der Ionenleiter, welche das EO-PO Copolymer mit einem molaren Verhältnis des EO : PO von 90 : 10 enthielten, bestimmt. Der Zusammenhang zwischen den logarithmischen Werten der Ionenleitfähig keiten und dem Bx(3) Gehalt werden in Fig. 1 illustri ert.

Gemäss Tabelle 1 hingen die Ionenleitfähigkeiten nicht in hohem Maße von der Quantität des zugegebenen Bx(n) ab und die Proben zeigten relativ hohe Ionenleitfähigkeitswerte. Darüber hinaus kam es bei starker Temperaturerhöhung bei den Proben im EO-PO Copolymersystem zum Zerschmelzen. Jedoch ist es möglich ein Elektrolytpolymer zu erhalten, welches hohe Ionenleitfähigkeit und vorteilhafte mecha nische Eigenschaften durch Variation des strukturellen Elements und der Länge der an dem Boroxinring gebundenen Etherseitenketten aufweist.

Gemäss Tabelle 2 und Fig. 1 zeigten die Proben der Ionenleiter von Beispiel Nr. 4 hohe Leitfähigkeiten. Weiter war die Ionentransportzahl des Lithiumions (Li⁺) 0,35. Weiterhin zeigten ein Ionenleiter des EO-PO Copoly mersystems einen hohen Grenzflächenwiderstand zwischen diesem selbst und dem Lithiummetall. Jedoch führte die Zugabe von Bx(n) zu einer Abnahme dieses Grenzflächenwid erstands um einen Faktor von ungefähr 1/60.

Beispiel Nr. 5

In Beispiel Nr. 5 wurde Poly(methylmethacrylat) (PMMA) als Strukturelement verwendet; die in Beispiel 1 her gestellte Boroxinverbindung (Bx(n)) wurde als ionisch leitendes Molekül verwendet und LiCF₃SO₃ wurde als das Elektrolytsalz zur Ionenleitung verwendet. Das heißt in dem Ionenleiter von Beispiel Nr. 5 waren das Bx(n) und LiCF₃SO₃ in der PMMA dispergiert und immobilisiert. Man bemerke, dass in den Ionenleitern von Beispiel Nr. 5 die Länge der Etherseitenketten auf der Boroxinringver bindung, d. h. n in B₃O₃ [(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ variiert wurde.

Die Ionenleiter von Beispiel Nr. 5 umfassten PMMA, Bx(3) und LiCF₃SO₃. Tabelle 3 fasst die Gewichtsprozentsätze von Bx(3), die Ionenleitfähigkeiten und den Zustand der Ionenleiter von Beispiel Nr. 5 zusammen. Hierbei waren die Gewichtsprozentsätze von Bx(3) in Tabelle 3 die Gewichtswerte von Bx(3) im Verhältnis zu den jeweiligen Gesamtgewicht von PMMA und Bx(3). Der Gehalt an LiCF₃SO₃ wurde fixiert, sodass das molare Verhältnis von Bx(3) : LiCF₃SO₃ 2 : 1 betrug.

TABELLE 3

Hierbei wurden diese Proben der Ionenleiter von Beispiel Nr. 5 in der gleichen Weise wie diejenigen von Beispiel Nr. 4 hergestellt. Das heißt, dass PMMA, Bx(3) und LiCF₃SO₃ in THF gelöst wurden. Hinterher wurde das THF durch Destillation von der Lösung entfernt.

Bewertung

Um die Proben des Beispiels Nr. 5 als Ionenleiter zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten gemessen. Man bemerke, dass die Ionenleitfähigkeitsmessungen bei Temperaturen von 30°C, 60°C und 80°C ausgeführt wurden. Tabelle 3 fasst die Ergebnisse der Messungen zusammen.

Gemäss Tabelle 3 nahmen die Ionenleitfähigkeiten mit dem Anteil des Bx(3) in PMMA zu. Wenn jedoch der Bx(3) Gehalt zu groß war, konnte der Ionenleiter nicht den festen Zustand beibehalten. Man bemerke, dass die Ionenleit fähigkeit nur geringfügig mit der Temperatur variierte.

In Tabelle 3 wird Probe Nr. 13 aufgelistet, welche 70 Gew.-% Bx(3) enthielt. Die Veränderung der Ionenleit fähigkeit von Beispiel Nr. 13 mit dem LiCH₃SO₃ Gehalt wurde gemessen. Die Ergebnisse werden in Fig. 2 illus triert. Man bemerke, dass der LiCF₃SO₃ Gehalt durch Veränderung des molaren Verhältnis von Bx(3) : LiCF₃SO₃ variierte. Hierbei zeigt das in Fig. 2 illustrierte Ergebnis der Messungen den Zusammenhang zwischen den logarithmischen Werten der Ionenleitfähigkeiten und den Mengen des zugegebenen Bx(3).

Gemäss Fig. 2 variierten die Ionenleitfähigkeiten der Proben der Ionenleiter nur geringfügig mit dem molaren Verhältnis Bx(3) : LiCF₃SO₃. Wenn das molare Verhältnis Bx(3) : LiCF₃SO₃ niedrig war, d. h. bei hohen Lithium salzkonzentrationen waren die Proben der Ionenleiter härter. Außerdem variierten die Ionenleitfähigkeiten bei einer Veränderung des molaren Verhältnis nur geringfügig mit der Temperatur.

Kurz gefasst beinhaltete die Originalprobe Nr. 13 30 Gew.-% PMMA und 70 Gew.-% Bx(3) und das molare Verhält nis Bx(3) : LiCF₃SO₃ war 2 : 1. Die kationische Transport zahl der Probe Nr. 13 wurde unter Verwendung des AC- Impedanz/DC-Polarisationsverfahren gemessen. Daraus ergab sich, dass die Li⁺ Transportzahl (t⁺) ungefähr 0,8 bei 31°C betrug. Folglich konnte bestätigt werden, dass Probe Nr. 13 eine extrem hohe Li⁺ Transportzahl zeigte und das Verhalten näherte sich demjenigen eines Einze lionenleiters an, in welchem die Mobilität der Anionen in hohem Maße verhindert wurde.

Demzufolge wurde festgestellt, dass sogar bei Verwendung von PMMA, welches keine Etherketten enthält, ein anione neinfangender Ionenleiter erhalten werden konnte.

Als eine modifizierte Version des Beispiels Nr. 5 wurden Proben des Ionenleiters hergestellt und Bx(2), Bx(3) und Bx(7.2) hinzugefügt, welche Etherseitenketten in der Boroxinverbindung mit jeweils 2,3 und 7,2 Ethylenoxidein heiten enthielten. Das heißt, n in B₃O₃ [(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ wurde mit dem Werten 2,3 und 7,2 variiert. Hierbei wurde der Bx(n) Gehalt variiert. Ähnlich wie Bx(3) in den in Tabelle 1 zusammengestellten Beispiel Nr. 4, 5 und 6 wurde der LiCF₃SO₃ Gehalt zum Beispiel das molare Verhältnis von Bx(3) : LiCF₃SO₃ bei 2 : 1 fixiert.

Bewertung

Um diese Proben als Ionenleiter zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten gemessen. Die Ergebnisse der Messun gen werden in Fig. 3 illustriert. Man bemerke, dass in Fig. 3 die horizontale Achse den Bx(n) Gehalt wiedergibt und die vertikale Achse die logarithmischen Werte der Ionenleitfähigkeiten spezifiziert.

Gemäss Fig. 3 zeigten die Proben des Beispiels Nr. 5, wenn der Bx(n) Gehalt 60 Gew.-% oder mehr betrug, aus reichend hohe Ionenleitfähigkeiten. Wenn der Bx(n) Gehalt 85 Gew.-% überstieg, war es weniger wahrscheinlich, dass die Proben den festen Zustand beibehielten.

Beispiel Nr. 6

Ein Ionenleiter des Beispiels Nr. 6 war ein Ionenleiter, welcher Poly(Oligoethylenglykolmethacrylat) (PM4), Bx(n) und LiCF₃SO₃ enthielt. Das heißt in dem Ionenleiter von Beispiel Nr. 6 waren Bx(n) und LiCF₃SO₃ dispergiert und in den PM4 immobilisiert. Eine Reihe von Proben der Ionenleiter von Beispiel Nr. 6 wurden hergestellt, in dem der Gehalt an Bx(n) variiert wurde.

Die Proben des Ionenleiters von Beispiel Nr. 6 enthielten Bx(3) in Mengen, die von 20 bis 50 Gew.-% variierten. Hierbei waren die Gewichtsprozentsätze des Bx(3) der Gewichtsanteil von Bx(3) im Verhältnis zu dem Gesamtge wicht von PM4 und Bx(3). Der LiCF₃SO₃ Gehalt wurde so eingestellt, dass das molare Verhältnis von C-O-C in den Bx(3) Seitenketten zu LiCF₃SO₃ 20 : 1 betrug, z. B. C-O-C : LiCF₃SO₃ war 20 : 1.

Als eine modifizierte Version von Beispiel Nr. 6 wurden Proben des Ionenleiters hergestellt, welche PM4, Bx(7,2) und LiCF₃SO₃ umfassten. Man bemerke, dass die Proben Bx(7,2) in 0 bis 100% variierenden Mengen enthielten. Der LiCF₃SO₃ Gehalt, z. B. das molare Verhältnis von Bx(7,2) : LiCF₃SO₃ betrug 2 : 1.

Der Ionenleiter von Beispiel Nr. 6 wurde hergestellt, indem ein Monomer in Gegenwart von LiCF₃SO₃ und Bx(n) polymerisiert wurde. Das heißt zu einer Mischung von dem PM4 Monomer, LiCF₃SO₃ und Bx(n), Azobsisobutyronitril (AIBN) wurde ein Initiator hinzugefügt, um die Polymeri sation zu starten. Folglich konnte der Ionenleiter hergestellt werden. Das Herstellungsverfahren wird in der folgenden chemischen Gleichung (5) illustriert. Die Struktur von PM4 wird in der folgenden Strukturformel (6) wiedergegeben.

Bewertung

Um diese Proben als Ionenleiter zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten der Ionenleiter von Beispiel Nr. 6 gemessen. Man bemerke, dass die Ionenleitfähigkeitsmes sungen bei Temperaturen von 30°C, 60°C und 80°C ausge führt wurden. Die Ergebnisse der Messungen werden in Fig. 4 illustriert. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen den logarithmischen Werten der Ionenleitfähig keiten und dem Bx(7.2) Gehalt.

Die Proben der Bx(3) enthaltenden Ionenleiter zeigten Ionenleitfähigkeiten der Größenordnung von 10^-5 S/cm bei Raumtemperatur und 10^-4 S/cm bei 60°C. Jedoch waren diese Ionenleiter viskose Produkte, wahrscheinlich weil ihr Molekulargewicht gering war.

Gemäss Fig. 4 zeigten die Proben der Ionenleiter des Beispiels Nr. 6 bemerkenswert hohe Ionenleitfähigkeiten. Die Ionenleitfähigkeit nahm zu, sowie die Menge des zugegebenen Bx(7,2) zunahm. Man bemerke, dass die Proben bei Zugabe von 80 Gew.-% Bx(7,2) eine Leitfähigkeit zeigten, welche nahe der Ionenleitfähigkeit der Flüssig keit lag.

Beispiel Nr. 7

Beispiel Nr. 7 war ein Ionenleiter, welcher als struk turelles Element fungierendes Poly(Vinylchlorid) (PVC), Bx(n) und LiCF₃SO₃ umfasste. Weiter bevorzugt war der Ionenleiter von Beispiel Nr. 7 ein Bx(3) enthaltender Ionenleiter, wobei die Boroxinverbindung Bx(3) Ether seitenketten mit 3 Ethylenoxideinheiten, d. h. n in B₃O₃[(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ entsprach 3, und LiCF₃SO₃ in PVC enthielt. Tabelle 4 gibt die Zusammensetzung der Proben des Ionenleiters von Beispiel Nr. 7 wieder.

TABELLE 4

Die Probe des Ionenleiters Nr. 7 wurde in der gleichen Weise hergestellt, wie die Herstellungsverfahren für Beispiel Nr. 4 und Beispiel Nr. 5. Das heißt, dass PVC, Bx(3) und LiCF₃SO₃ in THF gelöst wurden. Hinterher wurde das THF durch Destillation entfernt. Die Proben der Ionenleiter von Beispiel Nr. 7 wurden so hergestellt.

Bewertung

Um die Ionenleiter von Beispiel Nr. 7 zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten der Proben gemessen. Die Ergeb nisse der Messungen werden in Tabelle 5 zusammengestellt. Tabelle 5 fasst die Ionenleitfähigkeiten der Probe bei den Temperaturen von 25°C, 60°C und 80°C zusammen.

TABELLE 5

Gemäss Tabelle 5 kann festgestellt werden, dass die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 7 ausreichend hohe Ionenleitfähigkeiten zeigte. Zusätzlich wurde die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 7 als ein gleichmäßiger Film gebildet und zeigte adäquate Stärke.

Beispiel Nr. 8

Beispiel Nr. 8 war ein Ionenleiter, welcher Bentonit, Bx(n) und LiCF₃SO₃ umfasste. Weiter bevorzugt verwendete der Ionenleiter von Beispiel Nr. 8 Bentonit als das Strukturelement. Der Ionenleiter enthielt Bx(3), wobei die Boroxinverbindung Bx(3) Etherseitenketten mit 3 Ethylenoxideinheiten enthielt, d. h. n in B₃O₃[(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ entsprach 3. Tabelle 6 stellt die Zusammensetzung der Probe von dem Ionenleiter des Beispiels Nr. 8 zusammen.

TABELLE 6

Die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 8 wurde in der folgenden Weise hergestellt. Vorherbestimmte Mengen von Bentonitpulver, Bx(n) und das LiCF₃SO₃ wurden mite inander vermischt. Hinterher wurde die Mischung in eine Form übertragen und manuell gepresst. In der Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 8 waren die Bentonitpar tikel und das Bx(3) ungleichmäßig dispergiert.

Zusätzlich, da der Ionenleiter von Beispiel Nr. 8 durch Pressung gebildet wurde, gab es Raum zur Verbesserung der mechanischen Stärke der Probe.

Bewertung

Um die Ionenleiter des Beispiels Nr. 8 zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten der Proben gemessen. Die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 8 zeigte eine Ionenleitfähigkeit von 3,7 × 10^-7 Scm^-1 bei 25°C.

Beispiel Nr. 9

Beispiel Nr. 9 war ein Ionenleiter, welcher Zelluloseace tat, eine Mischung von Ethylencarbonat (EC) und Pro pylenkarbonat (PC), Bx(n) und LiCF₃SO₃ umfasste. Weiter bevorzugt verwendete der Ionenleiter das Zelluloseacetat als das Strukturelement. Der Ionenleiter enthielt Bx(3), wobei die Boroxinverbindung Bx(3) Etherseitenketten mit 3 Ethylenoxideinheiten enthielt, d. h. n in B₃O₃[(OCH₂CH₂)_nOCH₃])₃ entsprach 3. Tabelle 7 stellt die Zusammensetzung der Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 9 zusammen. Hierbei war das Mischungsverhältnis von EC und PC 1 : 1 des Volumens.

Man bemerke, dass der Ionenleiter von Beispiel Nr. 9 durch Mischung des Zelluloseacetats, der Mischung von EC und PC, Bx(3) und des LiCF₃SO₃ mit Ultraschallwellen hergestellt wurde.

Tabelle 7

Bewertung

Um die Ionenleiter des Beispiels Nr. 9 zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten der Proben gemessen. Die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 9 zeigte eine Ionenleitfähigkeit von 9,8 × 10^-5 Scm^-1 bei 25°C.

Beispiel Nr. 10

Beispiel Nr. 10 war ein Ionenleiter, welcher Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluoropropylen) (PVdF-HFP), Bx(n) und LiCF₃SO₃ umfasste. Weiter bevorzugt verwendete der Ionenleiter das Poly(vinylidenfluorid-co- hexafluoropropylen) als das Strukturelement. Der Ionen leiter enthielt Bx(3), wobei die Boroxinverbindung Bx(3) Etherseitenketten mit 3 Ethylenoxideinheiten enthielt, d. h. n in B₃O₃[(OCH₂CH₂)nOCH₃])₃ entsprach 3. Tabelle 8 stellt die Zusammensetzung der Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 10 zusammen.

Die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 10 wurde in der folgenden Weise hergestellt. Das heißt das Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluoropropylen), Bx(3) und LiCF₃SO₃ wurden in THF gelöst. Hinterher wurde das THF aus der Probenmischung durch Destillation entfernt und hierdurch die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 10 hergestellt.

Tabelle 8

Bewertung

Um die Ionenleiter des Beispiels Nr. 10 zu bewerten, wurden die Ionenleitfähigkeiten der Proben gemessen. Die Probe des Ionenleiters von Beispiel Nr. 10 zeigte hohe Ionenleitfähigkeiten von 2,0 × 10^-6 Scm^-1 bei 30°C und 1,6 × 10^-6 Scm^-1 bei 60°C.

Die resultierenden Ionenleiter wurden untersucht, um zu sehen, wie eine Wärmebehandlung die Temperaturabhängig keit der Ionenleitfähigkeiten in den folgenden Beispielen beeinflusste.

Beispiel Nr. 11

Eine Mischung wurde hergestellt, in welcher ein ionisch leitendes Molekühl Bx(3) und ein Ethylenoxid-Propylenoxid Copolymer vermischt wurden. Das ionisch leitende Molekühl Bx(3) war das gleiche wie das in Beispiel Nr. 1 herg estellte Bx(n) und war in einer Menge von 60 Gew.-% enthalten. Das Ethylenoxid-Propylenoxid Copolymer en thielt EO und PO in einem Verhältnis von 90 : 10 im Molverhältnis (z. B. EO : PO = 90 : 10 im Molverhältnis) und wurde in einer Menge von 40 Gew.-% beigefügt. Dann wurde LiCF₃SO₃ (LiTrif), das Elektrolytsalz zur Ionenleitung, der Mischung in einer äquimolaren Menge zu derjenigen des Bx(3) zugegeben. Hinterher wurde die Ionenleitermischung in einen Film in der gleichen Weise wie bei Beispiel Nr. 4 verarbeitet. Dieser Ionenleiter wurde als eine nicht wärmebehandelte Probe des Beispiels Nr. 11 bezeichnet. Der Ionenleiter wurde dann bei 90°C für 2 Stunden er hitzt, wurde langsam bis auf 35°C über eine Zeitdauer von 4 Stunden abgekühlt und wurde bei Raumtemperatur für 15 Stunden oder mehr belassen. So wurde eine wärmebehandelte Probe 1 erhalten. Die Wärmebehandlung wurde zweimal ausgeführt. Folglich wurde eine zweifach wärmebehandelte Probe 2 erhalten.

Die Ionenleitfähigkeiten der drei Arten von Ionenleitern, die nicht wärmebehandelte Probe, die wärmebehandelte Probe 1 und die zweifach wärmebehandelte Probe 2 wurden in dem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 90°C untersucht. Fig. 5 illustriert die Ergebnisse der Messungen. In Fig. 5 identifizieren die gefüllten Kreise die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärmebehandelten Probe. Die ungefüllten Kreise identifizieren die Ionen leitfähigkeiten der einmal wärmebehandelten Probe 1. Die gefüllten Dreiecke identifizieren die zweimal wärmebehan delte Probe. Die horizontale Achse gibt die Messtempera turen an und die vertikale Achse spezifiziert die Ionen leitfähigkeiten.

Es kann festgestellt werden, dass bei den Ionenleitern des Beispiels Nr. 11 die Ionenleitfähigkeiten bemerken swert mit der Wärmebehandlung zunahmen. Es kann auch festgestellt werden, dass die Ionenleitfähigkeiten durch Ausführung einer zweifachen Wärmebehandlung weiter zunahmen. Es kann weiter festgestellt werden, dass es einen Ionenleiter des Beispiels Nr. 11 gibt, welcher eine hohe Leitfähigkeit aufwies, 10^-4 Scm^-1 bei 60°C nach der Wärmebehandlung.

Beispiel Nr. 12

In Beispiel Nr. 12 wurde der Zusammenhang zwischen dem Elektrolytsalz: ionisch leitenden Molekülverhältnis, ionischer Leitfähigkeit und dem Effekt der Wärmebehand lung untersucht. Die Proben wurden wie folgt hergestellt: Das heißt eine nicht wärmebehandelte Probe, welche das Elektrolytsalz in einen äquimolaren Verhältnis zum leitenden Molekül einschloss und welche in der gleichen Weise wie Beispiel Nr. 11 hergestellt wurde; eine wärme behandelte Probe, welche durch zweifache Härtung der nicht wärmebehandelten Probe hergestellt wurde; eine zweite nicht wärmebehandelte Probe, welche ein Elektro lytsalz enthielt: ionisch leitendes Molekül im Moleku larverhältnis von 1 : 2 (d. h. das ionisch leitende Molekül wurde in einer Menge zuzugeben, die dem Zweifachen des Elektrolytsalzes entsprach), und welche in der gleichen Weise wie Beispiel Nr. 11 hergestellt wurde; und eine zweite wärmebehandelte Probe, welche durch zweifache Härtung der zweiten nicht wärmebehandelten Probe herg estellt wurde. Folglich wurden die Ionenleitfähigkeiten von insgesamt vier verschiedenen Arten von Ionenleitern in dem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 90°C untersucht.

Die Ergebnisse werden in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 6 identifizieren die gefüllten Kreise und die "+" die Ionenleiter, welche das Elektrolytsalz zur Ionenleitung in einem äquimolaren Verhältnis zum ionisch leitenden Molekül enthielt; die gefüllten Dreiecke und die unge füllten Kreise identifizieren die Ionenleiter, welche das Elektrolytsalz im Verhältnis zum ionisch leitenden Molekül in einem Molarverhältnis von 1 : 2 enthielten; die gefüllten Kreise und die gefüllten Dreiecke identi fizieren die Ionenleiter, welche nicht wärmebehandelt waren; und die ungefüllten Kreise und "+" identifizieren die Ionenleiter, welche zweifach wärmebehandelt wurden.

Wenn die Proben mit dem molaren Verhältnis von 1 : 1 des Elektrolytsalz: ionisch leitendes Molekül mit den das Verhältnis 2 : 1 aufweisenden Proben verglichen wurden, zeigten die nicht wärmebehandelten Proben geringe Ionenleitfähigkeiten. Wenn jedoch die nicht wärmebehandelten Proben zweifach wärmebehandelt wurden, nahmen die Ionen leitfähigkeiten in hohem Maße zu und die Proben mit einem Verhältnis von 1 : 1 nahmen mehr zu als diejenigen mit einem molaren Verhältnis von 2 : 1. Als Grund für dieses Phänomen wird das Folgende angenommen. Die Boroxinver bindung (z. B. das ionisch leitende Molekül) und das Lithiumsalz gingen als Ergebnis der Hitzebehandlung eine effizientere Organisation ein, da sie in gleichen Mengen vorhanden waren.

Beispiel Nr. 13

In Beispiel Nr. 13 wurde das durch die Strukturformel (7) unten illustrierte Bx(C1204) anstatt des ionisch leiten den in Beispiel Nr. 11 beschriebenen Moleküls verwendet. Ein Ionenleiter nach Beispiel Nr. 13 wurde hergestellt, welcher das ionisch leitende Molekül in einer Menge von 40 Gew.-% enthielt und ein Ethylenoxid-Propylenoxid Copolymer, das als das Strukturelement fungierte, in einer Menge von 60 Gew.-% zugegeben. In dem Ethylenoxid- Propylenoxid war das Verhältnis des Ethylenoxids im Verhältnis zu dem Propylenoxid 90 : 10 im Molverhältnis (z. B., EO : PO = 90 : 10 im Molverhältnis). Darüber hinaus wurde LiCF₃SO₃ (LiTrif), das als Elektrolytsalz zur Ionenleitung diente, in einer äquimolaren Menge zum Bx(C1204) zugegeben. Außer den oben beschriebenen beson deren Vorkehrungen wurde der ionisch leitende Film in der gleichen Weise wie die Proben des Beispiels Nr. 11 hergestellt.

Dieser Ionenleiter wurde als eine nicht wärmebehandelte Probe des Beispiels Nr. 13 gekennzeichnet. Weiterhin wurde der Ionenleiter bei 90°C 2 Stunden lang erhitzt, dann langsam bis auf 35°C über eine Zeitdauer von 4 Stunden abgekühlt und wurde bei Raumtemperatur für 15 Stunden oder mehr belassen. Folglich wurde eine nicht wärmebehandelte Probe 1 erhalten. Die Wärmebehandlung wurde zweifach ausgeführt. Folglich wurde eine zweifach wärmebehandelte Probe 2 erhalten.

Die Ionenleitfähigkeiten der drei verschiedenen Arten von Ionenleitern, die nicht wärmebehandelte Probe, die wärmebehandelte Probe 1 und die zweifach wärmebehandelte Probe 2 wurden in dem Temperaturbereich von Raumtempera tur bis 90°C gemessen. Fig. 7 illustriert die Ergebnisse der Messungen. In Fig. 7 identifizieren die gefüllten Kreise die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärmebehandel ten Probe. Die gefüllten Kreise identifizieren die Ionenleitfähigkeiten der einmal wärmebehandelten Probe 1. Die ungefüllten Dreiecke identifizieren die zweifach wärmebehandelte Probe 2.

Es kann auch festgestellt werden, dass in den Ionen leitern des Beispiels Nr. 13 die Wärmebehandlung die Ionenleitfähigkeiten bemerkenswert verbesserten. Es kann auch gewürdigt werden, dass die Ionenleitfähigkeiten sich weiter verbesserten, indem die Wärmebehandlung zweifach ausgeführt wurde.

Tabelle 9 fasst die Vorteile der Wärmebehandlung in Beispiel Nr. 11, 12 und 13 zusammen. Das Folgende kann aus Tabelle 9 verstanden werden. Die Wärmebehandlung war zur Ionenleitfähigkeitsverstärkung am effektivsten, wenn das molare Verhältnis des ionisch leitenden Moleküls: Lithiumsalz 1 : 1 betrug; d. h., wenn die Boroxinverbindung und das Lithiumsalz in äquimolaren Mengen zugegeben wurde. Die Wärmebehandlung war zur Leitfähigkeitsver stärkung am effektivsten, wenn die Boroxinverbindung eine lange Kette von Alkylgruppen hatte. Es wird vermutet, dass diese Verstärkungen in erheblichem Maße durch die Orientierung der Boroxinverbindung beeinflusst werden, die als ionisch leitendes Molekül gemäss der vorliegenden Erfindung fungiert, und dass die Organisation der Borox inverbindung und des Ethylenoxid-Propylenoxids, das als das Strukturelement gemäss der vorliegenden Erfindung fungiert, effizienter ist. Es sollte besonders hervorge hoben werden, dass der Ionenleiter, welcher das in Tabelle 7 zusammengestellte Bx(3) verwendete und in welchem die Boroxinverbindung und das Lithiumsalz in äquimolaren Mengen (z. B. 1 : 1) vorhanden waren und welcher zweifach wärmebehandelt wurde, eine hohe Ionenleitfähig keit von 1,3 × 10^-4 Scm^-1 bei 60°C aufwies.

TABELLE 9

Beispiel Nr. 14

In Beispiel Nr. 14 wurden die Effekte der verschiedenen Polymere, die als Strukturelement dienen, untersucht. Anstelle des ionisch leitenden Moleküls nach Beispiel Nr. 11 wurde eine in der gleichen Weise wie Beispiel Nr. 3 hergestellte asymmetrische Boroxinverbindung Bx(7,2, 7,2, C18) verwendet. Zwei Strukturelemente wurden verwendet. Zum Beispiel wurden ein Ethylenoxid-Polypropylenoxid (EO- PO) Copolymer und Poly(Methylmethacrylat) (PMMA) als das Strukturelement verwendet. Das molare Verhältnis von EO zu PO war 90/10 in dem EO-PO Copolymer. Die Ionenleiter des Beispiels Nr. 14 enthielten 30 Gew.-% des ionisch leitenden Moleküls und 70 Gew.-% des als Strukturelement wirkenden Polymers. LiCF₃SO₃ (LiTrif), das Elektrolytsalz zur Ionenleitung, wurde in einer äquimolaren Menge zu demjenigen des Bx(7,2, 7,2, C18) hinzugefügt. Außer den oben beschriebenen besonderen Vorkehrungen wurden die Ionenleiter als Filme in der gleichen Weise wie diejeni gen des Beispiels Nr. 11 hergestellt.

Die Ionenleitfähigkeiten der insgesamt vier verschiedenen Arten von Ionenleitern, die nicht wärmebehandelten Proben und die wärmebehandelten Proben wurden in dem Tempera turbereich von Raumtemperatur bis 90°C gemessen. Fig. 8 illustriert die Ergebnisse der Messungen. In Fig. 8 geben die ungefüllten Kreise die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärmebehandelten Probe an, in welcher EO-PO als das Strukturelement verwendet wurde. Die gefüllten Kreise identifizieren die Ionenleitfähigkeiten der wärmebehan delten Probe, in welcher EO-PO als das Strukturelement verwendet wurde. Die nichtgefüllten Dreiecke identi fizieren die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärmebehan delten Probe, in welcher PMMA als das Strukturelement verwendet wurde. Die gefüllten Dreiecke identifizieren die Ionenleitfähigkeiten der wärmebehandelten Probe, in welcher PMMA als das Strukturelement verwendet wurde.

In den Ionenleitern, in welchen das Strukturelement PMMA war, war die Leitfähigkeitsverstärkung, die aus der Wärmebehandlung resultierte, relativ gering. In dem Niedrigtemperaturbereich wurde die Ionenleitfähigkeit geringfügig verbessert. In dem hohen Temperaturbereich jedoch wurde beobachtet, dass die Ionenleitfähigkeit vernachlässigbar vergrößert wurde.

In den Ionenleitern, in welchen das Strukturelement das EO-PO war, wurde die Ionenleitfähigkeit nicht nur in dem Niedrigtemperaturbereich aber auch in dem Hochtempera turbereich verbessert. Dieses Phänomen zeigt, dass die Ionenleitfähigkeit weniger durch die Wärmebehandlung verbessert wurde, wenn PMMA als das Strukturelement verwendet wurde.

Beispiel Nr. 15

In Beispiel Nr. 15 wurden die Effekte der Plasti fizierungsmittelzugabe zum PMMA (als Beispiel für ein Strukturelement) untersucht. Als ein ionisch leitendes Molekül wurde eine durch die unten aufgezeigte Struktur formel (8) illustrierte, asymmetrische Boroxinverbindung, Bx(3, 3, C14), verwendet. Zwei Arten von Ionenleitern wurden hergestellt; d. h., in dem ersten Fall Poly(methylmethacrylat) (PMMA) ohne Plastifizierungsmit tel; und in dem zweiten Fall wurden PMMA einschließlich 35,8 Gew.-% Polyethylenglykoldimethylether (durchschnittliches Molekulargewicht: 250) hergestellt, das als ein Plastifizierungsmittel fungierte. Die Ionen leiter enthielten ein Gewichtsverhältnis ionisch leitendes Molekül : Strukturelement von 70 : 30. LiCF₃SO₃ (LiTrif), das Elektrolytsalz zur Ionenleitung wurde in einer äquimolaren Menge zu demjenigen des ionisch leiten den Moleküls Bx(3, 3, C14) zugegeben. Die Ionenleiter wurden als Filme in der gleichen Weise wie diejenigen des Beispiels Nr. 11 hergestellt.

Diese Ionenleiter wurden als nicht wärmebehandelte Proben des Beispiels Nr. 15 gekennzeichnet. Weiterhin wurden die Ionenleiter bei 90°C für 2 Stunden erhitzt, dann langsam bis zu 35°C über eine Dauer von 4 Stunden abgekühlt und bei Raumtemperatur für 15 Stunden oder mehr belassen. Die Wärmebehandlung wurde zweimal ausgeführt. Folglich wurden wärmebehandelte Proben erhalten.

Die Ionenleitfähigkeiten der vier verschiedenen Arten von Innenleitern insgesamt, die unwärmebehandelten Proben und die wärmebehandelten Proben wurden in den Tempera turbereich von Raumtemperatur bis zu 90°C gemessen. Fig. 9 illustriert die Ergebnisse der Messungen. In Fig. 9 identifizieren die gefüllten Kreise die Ionenleitfähig keiten der nicht wärmebehandelten Probe, welche PMMA enthielt und die frei von Plastifizierungsmittel war. Die nichtgefüllten Kreise geben die Ionenleitfähigkeiten der wärmebehandelten Probe an, welche PMMA enthielt und frei von Plastifizierungsmittel war. Die gefüllten Dreiecke identifizieren die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärme behandelten Probe, welche PMMA mit zugegebenen Plasti fizierungsmittel enthielt. Die nicht gefüllten Dreiecke identifizieren die Ionenleitfähigkeiten der wärmebehan delten Probe, welche PMMA mit zugegebenen Plasti fizierungsmittel enthielt.

Aus Fig. 9 ergibt sich, dass die Leitfähigkeitsver stärkung, die aus der Wärmebehandlung resultierte, nicht beobachtet werden konnte, wenn ein Plastifizierungsmittel zugegeben wurde. Es kann jedoch festgestellt werden, dass die Ionenleitfähigkeiten deutlich zunahmen, wenn das Plastifizierungsmittel zugegeben wurde.

Beispiel Nr. 16

In Beispiel Nr. 16 wurden die Ionenleitfähigkeiten der Ionenleiter untersucht, wobei das in der Strukturformel (9) unten illustrierte, eine geringfügig längere Al kylkette aufweisende Polybutylmethacrylat (PBMA) als das Strukturelement verwendet wurde. Als ionisch leitendes Molekül wurde die asymmetrische Boroxinverbindung mit einer langen Alkylkette Bx(3, 3, C14) verwendet. Der Ionenleiter des Beispiels Nr. 16 wurde aus 70 Gew.-% des ionisch leitenden Moleküls und 30 Gew.-% des Strukturele ments zusammengesetzt. Darüber hinaus wurden LiCF₃SO₃ (LiTrif) als das Elektrolytsalz zur Ionenleitung in einer äquimolaren Menge zu demjenigen des Bx(3, 3, C14) zugege ben. Außer den oben beschriebenen besonderen Vorkehrun gen, wurde der ionisch leitende Film in der gleichen Weise wie die Proben des Beispiels Nr. 11 hergestellt.

Der Ionenleiter wurde als eine nicht wärmebehandelte Probe des Beispiels Nr. 16 gekennzeichnet. Weiterhin wurde der Ionenleiter bei 90°C für 2 Stunden erhitzt, dann langsam bis auf 35°C über eine Zeitdauer von 4 Stunden abgekühlt und wurde bei Raumtemperatur für 15 Stunden oder mehr belassen. Folglich wurde eine wärmebe handelte Probe 1 erhalten. Die Wärmebehandlung wurde zweifach ausgeführt. Folglich wurde eine zweifach wärme behandelte Probe erhalten.

Die Ionenleitfähigkeiten der drei verschiedenen Arten der Ionenleiter, die nicht wärmebehandelte Probe, die wärme behandelte Probe 1 und die zweifach wärmebehandelte Probe 2 wurden in dem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 90°C gemessen. Fig. 10 illustriert die Ergebnisse der Messungen. In Fig. 10 geben die gefüllten Kreise die Ionenleitfähigkeiten der einfach wärmebehandelten Probe 1 an. Die ungefüllten Kreise identifizieren die zweifach wärmebehandelte Probe 2. Man bemerke, dass diese nicht in Fig. 10 wiedergegeben werden, da die Ionenleitfähigkeiten der nicht wärmebehandelten Probe extrem gering waren.

Es wurde beobachtet, dass von den Ionenleitern des Beispiels Nr. 16 die nicht wärmebehandelte Probe extrem niedrige Ionenleitfähigkeiten aufwies. Nach Wärmebehand lung jedoch verbesserten sich die Ionenleitfähigkeiten bemerkenswert. Es wird angenommen, dass die Wärmebehand lung die Leitfähigkeitsverstärkung in der folgenden Weise bewirkte. Das PBMA, das als Strukturelement fungierte, die Boroxinverbindung und das Lithiumsalz wurden durch Erhitzen organisiert, wodurch die Ionenleitfähigkeiten verstärkt wurden.

Beispiel Nr. 17

In Beispiel Nr. 17 wurde der in Beispiel Nr. 11 herg estellte Ionenleiter als ein Elektrolytpolymerfilm verwendet und die Zeitabhängigkeit des Grenzflächenwider stands zwischen diesem selbst und einer metallischen Lithiumelektrode wurde durch das AC Impedanzverfahren gemessen. Fig. 11 illustriert die Ergebnisse der Mes sung. Der Grenzflächenwiderstand nimmt ab, sowie die Zeit verstreicht und erreicht ungefähr 3.500 Ω nach ungefähr 20 Stunden. Danach war dieser konstant. Das heißt es wurde das Folgende verifiziert. Der Grenzflächenwider stand wird konstant und wurde mit der Zeit stabilisiert. Die Stabilisierung des Lith ium/Elektrolytgrenzflächenwiderstands ist eine vorteil hafte Eigenschaft für Batteriematerialien.

Auf der anderen Seite zeigte der Ionenleiter, welcher aus dem Strukturelement und dem Lithiumsalz hergestellt wurde, und welcher frei von dem vorliegenden ionisch leitenden Molekül war, einen Grenzflächenwiderstand, der zwei Größenordnungen über dem des vorliegenden Ionenleit ers lag. Darüber hinaus wurde folgendes Phänomen beo bachtet. Der Grenzflächenwiderstand nahm mit der Zeit in den ersten 20 Stunden ab, aber fing nach Ablauf von 20 Stunden an, sich zu vergrößern. Solch ein Ionenleiter, welcher einen nichtstabilen Grenzflächenwiderstand aufweist, ist als ein Material für Batterien schwierig zu verwenden.

Nachdem nun die vorliegende Erfindung vollständig beschrieben wurde, wird es für einen mit dem Stand der Technik befassten offensichtlich sein, dass viele Veränderungen und Modifikationen hieran gemacht werden können, die über das in der vorliegenden Erfindung offenbarte einschließlich der angefügten Ansprüche hinausgehen.

Claims

1. Ionisch leitendes Molekül, das umfasst:
eine molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt; und
einen Boroxinring, der an die molekulare Kette gebunden ist und Anionen einfängt.

2. Ionisch leitendes Molekül gemäss Anspruch 1, wobei dieser Boroxinring eine Alkoxykette besitzt.

3. Ionisch leitendes Molekül gemäss Anspruch 1, wobei die molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt, eine Etherkette ist.

4. Ionisch leitendes Molekül gemäss Anspruch 3, wobei die Etherkette (-CH₂-CH₂-O-) ist.

5. Ionenleiter, der umfasst:
ein Elektrolytsalz zur Ionenleitung;
ein ionisch leitendes Molekül mit einer molekularen Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt, und mit einem Boroxinring, der an die molekulare Kette gebunden ist und aus diesem Elektrolytsalz resultierende Anionen einfängt; und
ein Strukturelement zur Dispergierung und Immobilisierung des ionisch leitenden Moleküls und des Elektrolytsalzes hierin.

6. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei der Boroxinring eine Alkoxykette aufweist.

7. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei die molekulare Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt, eine Etherkette ist.

8. Ionenleiter gemäss Anspruch 7, wobei die Etherkette (- CH₂-CHO-O-) ist.

9. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei das ionisch leitende Molekül eine Kompatibilität zwischen sich selbst und dem Strukturelement aufweist.

10. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei dieses Strukturelement wenigstens ein Element darstellt, das aus der Gruppe bestehend aus Ethylenoxid-Propylenoxid Copolymer, Poly(methylmethacrylat), Poly(oligoethylenglykolmethacrylat), Polyvinylchlorid und Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluoropolypropylen) ausgewählt ist.

11. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei das Elektrolytsalz ein Lithiumsalz ist.

12. Ionenleiter gemäss Anspruch 5, wobei der Ionenleiter wärmebehandelt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Ionenleiters, dass folgende Schritte umfasst:
Synthese eines ionisch leitenden Moleküls mit einer molekularen Kette, welche einen Ionenleitungsweg bereitstellt und mit einem Boroxinring, der an die molekulare Kette gebunden ist und Anionen einfängt; und
Dispergierung und Immobilisierung des ionisch leitenden Moleküls und eines Elektrolytsalzes zur Ionenleitung in einem strukturellen Element durch Zusammensetzung des ionisch leitenden Moleküls, des Elektrolytsalzes und des Strukturelements.

14. Verfahren gemäss Anspruch 13, das weiter einen Verfahrensschritt der Härtung des resultierenden Ionenleiters durch eine Hitzebehandlung nach dem Dispergierungs- und Immobilisierungsverfahrensschritt umfasst.