JP2000090731A - Solid state ion conductive composition, and manufacture of molding comprising it - Google Patents

Solid state ion conductive composition, and manufacture of molding comprising it

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JP2000090731A
JP2000090731A JP10259027A JP25902798A JP2000090731A JP 2000090731 A JP2000090731 A JP 2000090731A JP 10259027 A JP10259027 A JP 10259027A JP 25902798 A JP25902798 A JP 25902798A JP 2000090731 A JP2000090731 A JP 2000090731A
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conductive composition
alkali metal
boric acid
ion conductive
pva
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Takashi Edo
崇司 江戸
Takayuki Imai
隆之 今井
Hiroyuki Miyata
裕之 宮田
Masayoshi Watanabe
正義 渡辺
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state ion conductive composition that has high cation transport number and does not cause problem such as liquid leakage when it is used for electrolyte of such as a battery, and a manufacturing method for a molding comprising this. SOLUTION: In a manufacturing method of a molding comprising solid state ion conductive composition, the solid state ion conductive composition formed by mixing polyether based macromolecule and polyvinyl alcohol cross-linked through boron is used, alkali metallic salt of boric acid or mixture of hydroxide of boric acid and alkali metal is added to mixing solution composed of polyether based macromolecule and polyvinyl alcohol for solation, and this sol is molded and dried.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ金属イオ
ンを伝導する固体状イオン伝導性組成物、およびこれか
らなる成形物の製造方法に関し、主にリチウムイオン電
池などの電解質、正極バインダー、あるいはエレクトロ
クロミックデバイスなどに用いられる固体状イオン伝導
性組成物、およびこれからなる成形物の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid ion conductive composition for conducting alkali metal ions and a method for producing a molded article comprising the same, and mainly relates to an electrolyte such as a lithium ion battery, a positive electrode binder, or an electrochromic material. The present invention relates to a solid ion-conductive composition used for devices and the like, and a method for producing a molded article comprising the composition.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来使用されているイオン伝導性材料
は、有機溶媒中に電解質塩を溶解することにより得られ
る液状物がほとんどである。例えば、リチウムイオン二
次電池の電解質には、LiClO4 、LiBF4 、Li
PF6 、LiN(CF3SO22等の電解質塩を誘電率
の高い有機溶媒に溶解させたものが用いられている。し
かしながら、このような有機溶剤系の電解質を用いた電
池等は、有機溶媒が漏れ出す恐れがあり、その信頼性に
問題があった。
2. Description of the Related Art Most of ion-conductive materials conventionally used are liquids obtained by dissolving an electrolyte salt in an organic solvent. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , Li
A solution in which an electrolyte salt such as PF 6 or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 is dissolved in an organic solvent having a high dielectric constant is used. However, batteries using such an organic solvent-based electrolyte may leak out the organic solvent, and have a problem in reliability.

【0003】この問題を解決するために、有機溶媒によ
ってポリフッ化ビニリデン系高分子を膨潤させたゲル系
の電解質が用いられるようになってきており、このゲル
系電解質を用いた電池の市販が開始されている。このゲ
ル系の電解質を用いることによって、液漏れの可能性は
低下するが、完全にその可能性がなくなるというわけで
はなく、さらなる信頼性の向上が望まれている。
In order to solve this problem, a gel electrolyte in which a polyvinylidene fluoride polymer is swollen with an organic solvent has been used, and commercialization of a battery using this gel electrolyte has started. Have been. The use of this gel electrolyte reduces the possibility of liquid leakage, but does not completely eliminate the possibility of liquid leakage, and further improvement in reliability is desired.

【0004】また、このような有機溶剤系あるいはゲル
系電解質を使用したリチウムイオン二次電池の負極材料
には、カーボンが使用されている。負極の材料に電池容
量の増大が期待できるリチウム金属が使用されない理由
としては、有機溶剤系あるいはゲル系電解質を使用した
電池に対して繰り返し充放電を行うことにより、負極の
リチウム金属表面にデンドライトとよばれるリチウム金
属の樹枝状結晶が発生することが挙げられる。このデン
ドライトの発生により、電池容量が低下するなどの問題
が起こるため、有機溶剤系あるいはゲル系電解質を使用
した電池の負極にリチウム金属を使用することは困難と
なっている。
Further, carbon is used as a negative electrode material of a lithium ion secondary battery using such an organic solvent-based or gel-based electrolyte. The reason why lithium metal, which can be expected to increase battery capacity, is not used as the material of the negative electrode is that by repeatedly charging and discharging a battery using an organic solvent-based or gel-based electrolyte, dendrites are formed on the lithium metal surface of the negative electrode. The generation of dendritic crystals of so-called lithium metal is mentioned. The occurrence of dendrite causes problems such as a decrease in battery capacity, and thus it has been difficult to use lithium metal for the negative electrode of a battery using an organic solvent-based or gel-based electrolyte.

【0005】さらに、従来の有機溶剤系あるいはゲル系
電解質は、カチオン輸率が低いという問題がある。例え
ば、有機溶剤系電解質におけるカチオン輸率は、最大で
も約0.5にとどまっている。電解質のカチオン輸率が
低いと、電解質の分極が起こりやすくなり、電池として
IRドロップによる電池内の抵抗の上昇が起こるため、
電解質のカチオン輸率の向上が求められている。
Further, the conventional organic solvent-based or gel-based electrolyte has a problem that the cation transport number is low. For example, the cation transport number in an organic solvent-based electrolyte is at most about 0.5. When the cation transport number of the electrolyte is low, the polarization of the electrolyte is likely to occur, and the resistance in the battery increases due to the IR drop as the battery.
There is a demand for an improvement in the cation transport number of the electrolyte.

【0006】有機溶剤の液漏れと、デンドライトの発生
の問題を解決する目的で、有機溶剤をまったく、もしく
はほとんど含まない固体高分子系電解質の検討が進めら
れており、ポリエーテル系高分子やポリフッ化ビニリデ
ン系高分子を使用した固体高分子系電解質が報告されて
いる。しかしながら、これら固体高分子系電解質のカチ
オン輸率は、有機溶剤系あるいはゲル系電解質に比べて
さらに低くなり、最大でも0.2程度である。
For the purpose of solving the problem of the leakage of the organic solvent and the generation of dendrites, a solid polymer electrolyte containing no or almost no organic solvent has been studied. Solid polymer electrolytes using vinylidene fluoride polymers have been reported. However, the cation transport number of these solid polymer electrolytes is even lower than that of organic solvent or gel electrolytes, and is at most about 0.2.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】よって、本発明におけ
る課題は、高いカチオン輸率を有し、かつ電池等の電解
質に用いたときに液漏れ等の問題を起こすことのない固
体状イオン伝導性組成物およびこれからなる成形物の製
造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid ionic conductive material which has a high cation transport number and does not cause a problem such as liquid leakage when used for an electrolyte such as a battery. An object of the present invention is to provide a composition and a method for producing a molded article comprising the composition.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる課題は、ポリエー
テル系高分子と、ホウ素により架橋されたポリビニルア
ルコールを混合してなる固体状イオン伝導性組成物によ
って解決される。また、ポリエーテル系高分子とポリビ
ニルアルコールとからなる混合溶液にホウ酸のアルカリ
金属塩、もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混
合物を添加してゾル化し、ついでこのゾルを成形し、乾
燥することを特徴とする固体状イオン伝導性組成物から
なる成形物の製造方法によって解決される。
This problem is solved by a solid ionic conductive composition comprising a mixture of a polyether polymer and polyvinyl alcohol crosslinked with boron. Also, an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and a hydroxide of an alkali metal is added to a mixed solution comprising a polyether polymer and polyvinyl alcohol to form a sol, and then the sol is formed and dried. The problem is solved by a method for producing a molded article comprising a solid ion conductive composition.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の固体状イオン伝導性組成物におけるポリエーテ
ル系高分子とは、主鎖および/または側鎖にエーテル構
造を持つイオン伝導性高分子のことである。このような
ポリエーテル系高分子としては、例えば、ポリエチレン
オキシド(以下、PEOと記す)、ポリプロピレンオキ
シド(PPO)などが挙げられる。上記ポリエーテル系
高分子の分子量は、特に限定はされないが、例えば、ポ
リエーテル系高分子としてPEOを用いた場合、500
〜10000の範囲とされる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
The polyether polymer in the solid ion conductive composition of the present invention is an ion conductive polymer having an ether structure in the main chain and / or the side chain. Examples of such a polyether polymer include polyethylene oxide (hereinafter, referred to as PEO), polypropylene oxide (PPO), and the like. The molecular weight of the polyether polymer is not particularly limited. For example, when PEO is used as the polyether polymer,
The range is from 10,000 to 10,000.

【0010】本発明の固体状イオン伝導性組成物におけ
るホウ素により架橋されたポリビニルアルコールとは、
ポリビニルアルコール(以下、PVAと記す)の溶液に
ホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ酸とアルカリ金
属の水酸化物の混合物を添加して得られるものである。
[0010] The polyvinyl alcohol crosslinked with boron in the solid ion conductive composition of the present invention is:
It is obtained by adding an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and a hydroxide of an alkali metal to a solution of polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA).

【0011】上記PVAは、ポリ酢酸ビニルをケン化し
て得られる樹脂のことであり、ケン化度の低い部分ケン
化ポリ酢酸ビニル、PVAにホルマール化等の処理を施
したものなども含まれる。上記PVAの分子量は、特に
限定はされないが、例えば、2000〜1000000
00の範囲とされる。
The above-mentioned PVA is a resin obtained by saponifying polyvinyl acetate, and includes partially saponified polyvinyl acetate having a low degree of saponification, and those obtained by subjecting PVA to a treatment such as formalization. Although the molecular weight of the PVA is not particularly limited, for example, 2000 to 1,000,000
00 range.

【0012】上記ホウ酸としては、例えば、オルトホウ
酸、メタホウ酸、四ホウ酸などが挙げられる。ホウ酸の
アルカリ金属塩およびアルカリ金属の水酸化物のアルカ
リ金属イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイ
オン、カリウムイオンなどが挙げられる。ホウ酸のアル
カリ金属塩としては、イオン伝導率、カチオン輸率等を
考慮した場合、LiBO2 が好適に用いられ、また、ホ
ウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混合物としては、H3
BO3とLiOHの混合物が好適に用いられる。
The boric acid includes, for example, orthoboric acid, metaboric acid, tetraboric acid and the like. Examples of the alkali metal ion of boric acid alkali metal salt and alkali metal hydroxide include lithium ion, sodium ion and potassium ion. As an alkali metal salt of boric acid, LiBO 2 is preferably used in consideration of ionic conductivity, cation transport number and the like, and a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide is H 3.
A mixture of BO 3 and LiOH is preferably used.

【0013】本発明の固体状イオン伝導性組成物におけ
るポリエーテル系高分子とPVAの重量比(PVA/ポ
リエーテル系高分子)は、特に限定はされないが、例え
ば、0.001〜1000の範囲とされ、好ましくは
0.1〜100の範囲とされる。ポリエーテル系高分子
とPVAの重量比が0.001未満では、アルカリ金属
イオンの数が少なくなるため、イオン伝導度が低下し、
1000を越えると、PEOの持つイオン伝導性を生か
せなくなる。
The weight ratio of the polyether polymer to the PVA (PVA / polyether polymer) in the solid ion conductive composition of the present invention is not particularly limited, but is, for example, in the range of 0.001 to 1000. And preferably in the range of 0.1 to 100. When the weight ratio of the polyether polymer and PVA is less than 0.001, the number of alkali metal ions is reduced, and the ionic conductivity is reduced.
If it exceeds 1,000, the ionic conductivity of PEO cannot be utilized.

【0014】本発明の固体状イオン伝導性組成物におけ
るホウ酸のアルカリ金属塩の添加量は、特に限定はされ
ないが、例えば、PVA100重量部に対して1〜25
重量部とされ、好ましくは5〜10重量部とされる。ホ
ウ酸のアルカリ金属塩の添加量が1重量部未満では、ア
ルカリ金属イオンの濃度が低くなり、イオン伝導度が低
下する。ホウ酸のアルカリ金属塩の添加量が25重量部
を越えると、ホウ酸のアルカリ金属塩が不純物として残
り、電池のサイクル特性に悪影響を与える。
The amount of the alkali metal borate added to the solid ion conductive composition of the present invention is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 25 parts by weight per 100 parts by weight of PVA.
Parts by weight, preferably 5 to 10 parts by weight. If the amount of the alkali metal salt of boric acid is less than 1 part by weight, the concentration of the alkali metal ion will be low, and the ionic conductivity will decrease. If the amount of the boric acid alkali metal salt exceeds 25 parts by weight, the boric acid alkali metal salt remains as an impurity, which adversely affects the cycle characteristics of the battery.

【0015】本発明の固体状イオン伝導性組成物におけ
るホウ酸の添加量は、特に限定はされないが、例えば、
PVA100重量部に対して1.5〜40重量部とさ
れ、好ましくは7〜15重量部とされる。また、本発明
の固体状イオン伝導性組成物におけるアルカリ金属の水
酸化物の添加量は、特に限定はされないが、例えば、P
VA100重量部に対して0.5〜15重量部とされ、
好ましくは2〜10重量部とされる。アルカリ金属の水
酸化物の添加量が0.5重量部未満では、アルカリ金属
イオンの濃度が低くなり、イオン伝導度が低下する。ア
ルカリ金属の水酸化物の添加量が15重量部を越える
と、アルカリ金属の水酸化物が不純物として残り、電池
のサイクル特性に悪影響を与える。
The amount of boric acid added to the solid ionic conductive composition of the present invention is not particularly limited.
The amount is 1.5 to 40 parts by weight, preferably 7 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of PVA. The amount of the alkali metal hydroxide added to the solid ion conductive composition of the present invention is not particularly limited.
0.5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of VA,
Preferably it is 2 to 10 parts by weight. If the amount of the alkali metal hydroxide added is less than 0.5 part by weight, the concentration of the alkali metal ion will be low, and the ionic conductivity will decrease. If the amount of the alkali metal hydroxide exceeds 15 parts by weight, the alkali metal hydroxide remains as an impurity, which adversely affects the cycle characteristics of the battery.

【0016】本発明の固体状イオン伝導性組成物には、
可塑剤としてプロピレンカーボネート(以下、PCと記
す)、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、
ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホ
ルムアミドなどの高極性有機溶媒を少量添加してもよ
い。これら可塑剤は、ポリエーテル系高分子のTgを低
下させ、アルカリ金属イオンの移動を促進することによ
って、イオン伝導度を向上させるものである。
The solid ionic conductive composition of the present invention includes:
Propylene carbonate (hereinafter referred to as PC), ethylene carbonate, diethyl carbonate,
A small amount of a highly polar organic solvent such as dimethoxyethane, dimethylsulfoxide and dimethylformamide may be added. These plasticizers improve the ionic conductivity by lowering the Tg of the polyether-based polymer and promoting the movement of alkali metal ions.

【0017】上記可塑剤の添加量は、ポリエーテル系高
分子とホウ素架橋PVAの混合物100重量部に対して
500重量部以下とされ、好ましくは300重量部以下
とされる。可塑剤の添加量が500重量部を越えると、
この可塑剤が添加された固体状イオン伝導性組成物を電
池の電解質として用いた場合には、電池が液漏れを起こ
す可能性があり、さらに電池の負極にリチウム金属が用
いられていると、リチウム金属表面にデンドライトが発
生する。
The amount of the plasticizer is 500 parts by weight or less, preferably 300 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the mixture of the polyether polymer and the boron-crosslinked PVA. When the amount of the plasticizer exceeds 500 parts by weight,
When the solid ion conductive composition to which the plasticizer is added is used as an electrolyte of a battery, the battery may leak, and if lithium metal is used for the negative electrode of the battery, Dendrite is generated on the lithium metal surface.

【0018】また、本発明の固体状イオン伝導性組成物
には、必要に応じて、改質剤、着色剤、酸化防止剤等の
添加剤や他の樹脂などを、固体状イオン伝導性組成物の
特性を損なわない範囲で添加してもよい。
The solid ion-conductive composition of the present invention may further contain, if necessary, additives such as a modifier, a colorant, an antioxidant and other resins, and the like. You may add in the range which does not impair the characteristic of a thing.

【0019】次に、本発明の固体状イオン伝導性組成物
からなる成形物の製造方法について説明する。まず、ポ
リエーテル系高分子およびPVAを溶剤に溶解させる。
この混合溶液に、ホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホ
ウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混合物を上記の配合量
の範囲内で添加し、ポリエーテル系高分子とPVAとか
らなる混合溶液をゾル化させる。ついで、このゾルを型
にキャストするなどして所望の形状に成形し、乾燥させ
る。さらに、必要に応じて可塑剤を乾燥後の成形物に含
浸させてもよい。上記溶剤としては、例えば、水、アル
コール類、メチルエチルケトン等を用いることができ、
中でも水が好適に用いられる。
Next, a method for producing a molded article comprising the solid ion conductive composition of the present invention will be described. First, a polyether polymer and PVA are dissolved in a solvent.
To this mixed solution, an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide is added within the above-mentioned range, and a mixed solution of a polyether polymer and PVA is added to the sol. To Next, the sol is formed into a desired shape, for example, by casting it into a mold, and dried. Further, if necessary, the molded product after drying may be impregnated with a plasticizer. As the solvent, for example, water, alcohols, methyl ethyl ketone and the like can be used,
Among them, water is preferably used.

【0020】また、上述の方法の以外に、ポリエーテル
系高分子とPVAとからなる混合溶液にホウ酸のアルカ
リ金属塩、もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の
混合物を添加して得られるゾルと、他の樹脂等を混合
し、この混合物を成形し、乾燥させる方法を用いてもよ
い。さらに、ポリエーテル系高分子とPVAとからなる
混合溶液にホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ酸と
アルカリ金属の水酸化物の混合物を添加して得られるゾ
ルを適当な形に成形して乾燥し、ついでこれを押出機、
ペレタイザ等を用いてペレットにし、このペレットを押
出成形法や射出成形法などによって成形する方法を用い
ることも可能である。
In addition to the above-mentioned method, it is obtained by adding an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA. A method of mixing a sol with another resin, molding the mixture, and drying the mixture may be used. Further, a sol obtained by adding an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and a hydroxide of an alkali metal to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA is formed into an appropriate form and dried. Then, this is extruder,
It is also possible to use a method of forming pellets using a pelletizer or the like and molding the pellets by an extrusion molding method, an injection molding method, or the like.

【0021】ポリエーテル系高分子とPVAとからなる
混合溶液にホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ酸と
アルカリ金属の水酸化物の混合物を添加する方法として
は、例えば、ホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ酸
とアルカリ金属の水酸化物の混合物をポリエーテル系高
分子とPVAとからなる混合溶液に加え、溶解させる方
法、ホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ酸とアルカ
リ金属の水酸化物の混合物の水溶液をポリエーテル系高
分子とPVAとからなる混合溶液に加える方法などが挙
げられる。中でもホウ素架橋PVAの架橋密度を均一に
するためには、ホウ酸のアルカリ金属塩、もしくはホウ
酸とアルカリ金属の水酸化物の混合物の水溶液をポリエ
ーテル系高分子とPVAとからなる混合溶液に加える方
法を用いることが好ましい。また、上記ホウ酸またはホ
ウ酸塩の水溶液の濃度は、特に限定はされないが、例え
ば、1〜5重量%とされる。
As a method of adding an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and a hydroxide of an alkali metal to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA, for example, an alkali metal salt of boric acid is used. Or adding a mixture of boric acid and a hydroxide of an alkali metal to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA and dissolving it, an alkali metal salt of boric acid, or a hydroxide of boric acid and an alkali metal Is added to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA. Above all, in order to make the crosslinking density of the boron-crosslinked PVA uniform, an aqueous solution of an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide is mixed with a mixed solution of a polyether polymer and PVA. It is preferable to use the addition method. The concentration of the aqueous solution of boric acid or borate is not particularly limited, but is, for example, 1 to 5% by weight.

【0022】本発明におけるポリエーテル系高分子とP
VAとからなる混合溶液のゾル化は、ホウ酸またはホウ
酸塩の添加と同時に起こり、通常、常温常圧下で行われ
る。また、本発明におけるキャストとは、ポリエーテル
系高分子とPVAとからなる混合溶液にホウ酸のアルカ
リ金属塩、もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の
混合物を添加して得られるゾルを型に注入し、所望の形
状する操作のことであり、必要に応じて、加圧、加熱、
冷却などを行うことも可能である。また、キャストに用
いられる型は、特に限定はされず、様々な型を用いるこ
とで多用な形状の成形物を得ることが可能である。
In the present invention, the polyether polymer and P
Solification of the mixed solution comprising VA occurs simultaneously with the addition of boric acid or a borate, and is usually performed at normal temperature and pressure. The casting in the present invention refers to a sol obtained by adding an alkali metal salt of boric acid or a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA. Into the desired shape and pressurize, heat,
It is also possible to perform cooling or the like. The mold used for casting is not particularly limited, and a variety of shapes can be obtained by using various molds.

【0023】本発明における乾燥とは、キャストされた
ゾルから溶媒を除去し、成形物を得る操作のことであ
り、その方法としては、例えば、加熱による方法、減圧
加熱による方法、真空乾燥による方法などが挙げられ
る。
The drying in the present invention is an operation of removing a solvent from a cast sol to obtain a molded product. Examples of the method include a method by heating, a method by heating under reduced pressure, and a method by vacuum drying. And the like.

【0024】本発明の固体状イオン伝導性組成物からな
る成形物の形状としては、特に限定されるものではない
が、例えば、フィルム、チューブ、繊維など、成形法に
応じて多様な形状とすることが可能である。
The shape of the molded article made of the solid ion-conductive composition of the present invention is not particularly limited, but may be various shapes such as a film, a tube and a fiber depending on the molding method. It is possible.

【0025】このような固体状イオン伝導性組成物にあ
っては、電解質塩としてホウ素架橋PVAのアルカリ金
属塩を用いているので、高いカチオン輸率を示す。この
理由としては次のようなことが考えられる。電解質塩と
してホウ素架橋PVAのアルカリ金属塩を用いた場合、
ホウ素架橋PVAがポリマーアニオンとなり、固体状イ
オン伝導性組成物中におけるアニオンの移動度は、カチ
オンの移動度に比べて極端に低下する。一方、固体状イ
オン伝導性組成物中におけるカチオン(アルカリ金属イ
オン)の移動度は、従来の電解質塩を用いたものとほぼ
同じであるため、カチオン輸率は従来の電解質塩を用い
たものに比べ相対的に上昇する。
Such a solid ion conductive composition exhibits a high cation transport number because an alkali metal salt of boron-crosslinked PVA is used as an electrolyte salt. The following can be considered as a reason for this. When an alkali metal salt of boron-crosslinked PVA is used as an electrolyte salt,
The boron-crosslinked PVA becomes a polymer anion, and the mobility of the anion in the solid ion-conductive composition is extremely lower than the mobility of the cation. On the other hand, the mobility of the cation (alkali metal ion) in the solid ion conductive composition is almost the same as that using the conventional electrolyte salt, so that the cation transport number is lower than that using the conventional electrolyte salt. It rises relatively.

【0026】また、本発明の固体状イオン伝導性組成物
には、有機溶剤がまったく含まれていない、もしくは含
まれていても微量であるので、この固体状イオン伝導性
組成物を電池等の電解質として用いても、電池等が液漏
れを起こすことはなく、さらに電池の負極にリチウム金
属が用いられている場合でも、リチウム金属表面にデン
ドライトが発生することはない。
The solid ionic conductive composition of the present invention does not contain any organic solvent or contains a very small amount of organic solvent. Even when used as an electrolyte, a battery or the like does not cause liquid leakage, and even when lithium metal is used for the negative electrode of the battery, no dendrite is generated on the surface of the lithium metal.

【0027】また、固体状イオン伝導性組成物からなる
成形物の製造方法にあっては、ポリエーテル系高分子と
PVAとからなる混合溶液にホウ酸のアルカリ金属塩、
もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混合物を添
加してゾル化し、ついでこのゾルを成形し、乾燥してい
るので、高いカチオン輸率を示し、電池等の電解質とし
て用いても電池等が液漏れを起こすことがなく、さらに
負極にリチウム金属が用いられている電池の電解質とし
て用いた場合でもリチウム金属表面にデンドライトが発
生することがない成形物を、安価に、かつ簡便に得るこ
とができる。
Further, in the method for producing a molded article comprising the solid ion conductive composition, an alkali metal salt of boric acid is added to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA;
Alternatively, a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide is added to form a sol, and then the sol is formed and dried. It is possible to obtain a molded product that does not cause liquid leakage and that does not generate dendrites on the surface of lithium metal even when used as an electrolyte of a battery in which lithium metal is used for the negative electrode, at low cost and easily. it can.

【0028】[0028]

【実施例】以下、実施例を示す。 (実施例1)PEO(分子量200)3重量部、PVA
(分子量90,000)140重量部を水1000重量
部に溶解させた。ついで、LiBO2 40重量部を水1
000重量部に溶解させ、この水溶液をポリエーテル系
高分子とPVAの水溶液に添加した。ゾル化した混合溶
液をシャーレ上にキャストし、ついでアルゴンガス雰囲
気下50℃で50時間、さらに常温真空乾燥で50時間
乾燥させて水を除去し、厚さ100μmの固体状イオン
伝導性組成物の薄膜を得た。
Embodiments are described below. (Example 1) 3 parts by weight of PEO (molecular weight 200), PVA
140 parts by weight (molecular weight 90,000) were dissolved in 1000 parts by weight of water. Then, 40 parts by weight of LiBO 2 was added to water 1
000 parts by weight, and this aqueous solution was added to an aqueous solution of a polyether polymer and PVA. The sol-formed mixed solution was cast on a petri dish, and then dried at 50 ° C. for 50 hours in an argon gas atmosphere, and further dried at room temperature under vacuum for 50 hours to remove water, and a solid ion conductive composition having a thickness of 100 μm was obtained. A thin film was obtained.

【0029】(実施例2〜6)PEOおよびLiBO2
の配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1
と同様に行い、厚さ100μmの固体状イオン伝導性組
成物の薄膜を得た。 (実施例7〜10)PEOの分子量を4,000,00
0に、PVAの分子量を2,000に変更し、PEO、
PVAおよびLiBO2 の配合量を表1に示すように変
更した以外は、実施例1と同様に行い、厚さ100μm
の固体状イオン伝導性組成物の薄膜を得た。
Examples 2 to 6 PEO and LiBO 2
Example 1 was repeated except that the compounding amount of was changed as shown in Table 1.
Was carried out in the same manner as described above to obtain a thin film of the solid ion-conductive composition having a thickness of 100 μm. (Examples 7 to 10) The molecular weight of PEO was 4,000,000
0, the molecular weight of PVA was changed to 2,000, PEO,
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the amounts of PVA and LiBO 2 were changed as shown in Table 1, and the thickness was 100 μm.
A thin film of the solid ion conductive composition was obtained.

【0030】(比較例1)PEO(分子量5000)1
00重量部、LiClO4 13重量部をアセトニトリル
1000重量部に溶解させ、この溶液をシャーレ上にキ
ャストし、ついでアルゴンガス雰囲気下50℃で50時
間、さらに常温真空乾燥で50時間乾燥させて水を除去
し、厚さ100μmの固体状イオン伝導性組成物の薄膜
を得た。
Comparative Example 1 PEO (Molecular Weight 5000) 1
00 parts by weight and 13 parts by weight of LiClO 4 were dissolved in 1000 parts by weight of acetonitrile, and this solution was cast on a petri dish, and then dried at 50 ° C. for 50 hours in an argon gas atmosphere and further dried at room temperature under vacuum for 50 hours to remove water. This was removed to obtain a thin film of the solid ionic conductive composition having a thickness of 100 μm.

【0031】(比較例2,3)電解質塩の種類と配合量
を表2に示すように変更した以外は、比較例1と同様に
行い、厚さ100μmの固体状イオン伝導性組成物の薄
膜を得た。
(Comparative Examples 2 and 3) A thin film of a solid ionic conductive composition having a thickness of 100 μm was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the kind and the amount of the electrolyte salt were changed as shown in Table 2. I got

【0032】実施例1〜10および比較例1〜3の固体
状イオン伝導性組成物の薄膜について、イオン伝導度と
カチオン輸率を下記の方法で測定した。結果を表1およ
び表2に示す。
The ionic conductivity and cation transport number of the thin films of the solid ionic conductive compositions of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 were measured by the following methods. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0033】(イオン伝導度)イオン伝導度の測定は、
図1に示す測定用ホルダを用い、試料の交流インピーダ
ンスを測定することで、イオン伝導度を求めた。アルゴ
ンガス雰囲気下、固体状イオン伝導性組成物の薄膜から
外径20mmの円形の試料1を切り取り、この試料1を
ステンレス電極2,3で挟み、これを電極差込用の穴の
開いたステンレス製ホルダ4に入れ、さらに電極3の上
に内部にバネ5の設けられたテフロン製カバー6を被
せ、バネ5で電極3に圧力をかけた。電極2および電極
3と通電しているネジ7およびネジ8にから導線を延ば
し、交流インピーダンスを測定した。同様にして、固体
状イオン伝導性組成物の薄膜から外径20mmの円形試
料を切り取り、この円形試料をPC中に120分間浸
し、このPC含浸後の試料についてもイオン伝導度を求
めた。
(Ion conductivity) The ion conductivity is measured by
The ionic conductivity was determined by measuring the AC impedance of the sample using the measurement holder shown in FIG. Under an argon gas atmosphere, a circular sample 1 having an outer diameter of 20 mm was cut out of a thin film of the solid ion-conductive composition, and this sample 1 was sandwiched between stainless steel electrodes 2 and 3, and this was cut into a stainless steel having a hole for inserting an electrode. The electrode 3 was placed in a holder 4, and further covered with a Teflon cover 6 provided with a spring 5 inside the electrode 3, and pressure was applied to the electrode 3 by the spring 5. A conducting wire was extended from the screw 7 and the screw 8 which are electrically connected to the electrodes 2 and 3, and the AC impedance was measured. Similarly, a circular sample having an outer diameter of 20 mm was cut out from the thin film of the solid ion-conductive composition, the circular sample was immersed in PC for 120 minutes, and the ionic conductivity of the sample impregnated with PC was determined.

【0034】(カチオン輸率)固体状イオン伝導性組成
物の薄膜から外径20mmの試料を切り取り、この試料
の両面に外径20mm、厚さ200μmのLi箔を圧着
して試験片を得た。Li箔から導線を延ばし、この試験
片のカチオン輸率を直流法で測定した。
(Cation transport number) A sample having an outer diameter of 20 mm was cut out from a thin film of the solid ion conductive composition, and a Li foil having an outer diameter of 20 mm and a thickness of 200 μm was pressed on both surfaces of the sample to obtain a test piece. . A lead wire was extended from the Li foil, and the cation transport number of this test piece was measured by a direct current method.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】これらの結果から、ホウ素架橋PVAを使
用した実施例の固体状イオン伝導性組成物の薄膜は、比
較例の固体状イオン伝導性組成物の薄膜に比べて良好な
カチオン輸率を示していることが分かる。
From these results, the thin film of the solid ionic conductive composition of the example using the boron-crosslinked PVA showed a better cation transport number than the thin film of the solid ionic conductive composition of the comparative example. You can see that it is.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体状イ
オン伝導性組成物にあっては、ホウ素架橋PVAを用い
ているので、従来の電解質塩を用いた固体状イオン伝導
性組成物に比べて高いカチオン輸率を示す。そして、本
発明の固体状イオン伝導性組成物を電池の電解質として
用いた場合、電池内の抵抗の上昇を防止することができ
る。
As described above, in the solid ion conductive composition of the present invention, since the boron-crosslinked PVA is used, the solid ion conductive composition using the conventional electrolyte salt is not used. It shows a higher cation transport number. When the solid ion conductive composition of the present invention is used as an electrolyte of a battery, it is possible to prevent an increase in resistance in the battery.

【0039】また、本発明の固体状イオン伝導性組成物
を電池の電解質として用いても、電池が液漏れを起こす
ことはない。さらに、電池の負極にリチウムが用いられ
ている場合でも、リチウム金属表面にデンドライトが発
生することはないので、デンドライトによる電池容量の
低下、負極と正極の短絡を防止することができる。よっ
て、本発明の固体状イオン伝導性組成物は、リチウムイ
オン一次電池、リチウムイオン二次電池をはじめ、様々
なデバイスへの応用が期待される
Further, even when the solid ion conductive composition of the present invention is used as an electrolyte for a battery, the battery does not leak. Further, even when lithium is used for the negative electrode of the battery, no dendrite is generated on the surface of the lithium metal, so that a reduction in battery capacity due to the dendrite and a short circuit between the negative electrode and the positive electrode can be prevented. Therefore, the solid ion conductive composition of the present invention is expected to be applied to various devices including a lithium ion primary battery and a lithium ion secondary battery.

【0040】また、本発明の固体状イオン伝導性組成物
からなる成形物の製造方法にあっては、ポリエーテル系
高分子とPVAとからなる混合溶液にホウ酸のアルカリ
金属塩、もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混
合物を添加してゾル化し、ついでこのゾルを成形し、乾
燥しているので、高いカチオン輸率を示し、電池等の電
解質として用いても電池等が液漏れを起こすことのな
く、さらに負極にリチウムが用いられている電池の電解
質として用いた場合でもリチウム金属表面にデンドライ
トが発生することのない成形物を、安価に、かつ簡便に
得ることができる。
Further, in the method for producing a molded article comprising the solid ion conductive composition of the present invention, the alkali metal salt of boric acid or boric acid is added to a mixed solution comprising a polyether polymer and PVA. And a mixture of a hydroxide of an alkali metal and adding the mixture to form a sol. Then, the sol is formed and dried, so that it exhibits a high cation transport number. A molded product that does not occur and that does not generate dendrites on the surface of lithium metal even when used as an electrolyte of a battery in which lithium is used for the negative electrode can be obtained inexpensively and easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 イオン伝導度の測定に用いた測定用ホルダの
側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of a measurement holder used for measuring ion conductivity.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 裕之 東京都江東区木場1丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 渡辺 正義 神奈川県横浜市西区老松町30−3−401 Fターム(参考) 4J002 BE02X CH00W CH02W DE056 DK006 FD146 GQ02 5H029 AJ05 AJ12 AL06 AL12 AM00 AM03 AM04 AM07 AM16 CJ02 CJ08 CJ11 EJ03 EJ13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Miyata 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Inside Fujikura Co., Ltd. (72) Inventor Masayoshi Watanabe 30-3-401F, Oimatsu-cho, Nishi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F Term (reference) 4J002 BE02X CH00W CH02W DE056 DK006 FD146 GQ02 5H029 AJ05 AJ12 AL06 AL12 AM00 AM03 AM04 AM07 AM16 CJ02 CJ08 CJ11 EJ03 EJ13

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリエーテル系高分子と、ホウ素により
架橋されたポリビニルアルコールを混合してなることを
特徴とする固体状イオン伝導性組成物。
1. A solid ion conductive composition comprising a mixture of a polyether polymer and polyvinyl alcohol crosslinked with boron.
【請求項2】 ポリエーテル系高分子とポリビニルアル
コールとからなる混合溶液にホウ酸のアルカリ金属塩、
もしくはホウ酸とアルカリ金属の水酸化物の混合物を添
加してゾル化し、ついでこのゾルを成形し、乾燥するこ
とを特徴とする固体状イオン伝導性組成物からなる成形
物の製造方法。
2. An alkali metal salt of boric acid is added to a mixed solution comprising a polyether polymer and polyvinyl alcohol,
Alternatively, a method for producing a molded product comprising a solid ion conductive composition, comprising adding a mixture of boric acid and an alkali metal hydroxide to form a sol, then molding and drying the sol.
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