JP2001338527A - 電解質および二次電池 - Google Patents
電解質および二次電池Info
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Abstract
る。 【解決手段】 下記一般式(I)で示される化合物を架
橋してなる高分子化合物と金属塩を含有する電解質。 【化1】 (式中、Aはディスコチック液晶性メソーゲン基を示
す。Rは炭素原子数が1〜100の直鎖状または分岐状
のアルキル基であり、該アルキル基中の1つ以上のメチ
レン基は−O−,−CO−,−S−,−CH=CH−ま
たは−C≡C−に置換されていてもよい。また、該アル
キル基中の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよ
い。nは1〜8の整数を示す。)
Description
イス等のエレクトロニクス分野に用いる電解質およびそ
れを用いた二次電池に関するものである。
ポリエチレンオキシド(PEO)とアルカリ金属塩の錯
体のイオン伝導特性が報告され、1979年にArma
ndらにより電池に用いる電解質の可能性が示されたこ
とにより、固体電解質の研究が世界的に広まった。固体
電解質は形状が液体ではないので、部外への漏れがな
く、耐熱性、信頼性、安全性、デバイスの小型化に対し
て液状電解質に比べ有利である。また、有機物は無機物
に比べ柔軟である為、加工し易いという利点がある。
度と電荷、イオン移動度の積で表わされる為にイオンを
解離する為の高い極性と解離したイオンを移動させる為
の低い粘性が必要とされる。その観点ではPEOは固体
電解質として十分な特性を備えているとは言えない。そ
もそもPEOのイオン輸送機構はドナー性極性基部分ヘ
の配位により解離されたイオンが熱によるセグメント運
動により次々に手渡される配位子交換によるものであ
る。その為に温度依存性を受けやすい。また、キャリア
密度を増加させる為に金属イオンを多く溶解させると結
晶化が起こり、逆にイオン移動度が低下してしまう。こ
の結晶化を防ぐ為にウレタン架橋によるPEO(M.W
atanabe et al,“Solid Stat
e Ionics”,28〜30,911,198
8),更には低温でのイオン移動度を向上させる為に架
橋部分に側鎖を導入したPEO(“第40回高分子討論
会予稿集”,3766,1991)も開発されている。
また最近ではPEOの末端に塩を導入した溶融塩型のP
EO(K.Ito et al.,“Solid St
ate Ionics”,86〜88,325,199
6、K.Ito et al.,“Electoroc
him.Acta”,42,1561,1997)も開
発されている。しかしながら現状ではまだイオン伝導率
が十分に得られない為に高誘電率有機溶媒と低粘度溶媒
を混合した電解液あるいは電解液を有機高分子で固定化
したゲル電解質が主流となっている。また、固体電界質
を電池デバイスとして利用する場合、イオン輸送効率だ
けではなく電極との接触面において電気化学反応の効率
性が問題となっている。
7年にS.Chandrasekharらにより発見さ
れた(“Pramana”9,471(1977))液
晶相である。例えば、同著者らによって、“Disco
tic Liquid Crystals”と題して
“Rep.Prog.Phys.”53(1990)5
7に、あるいは竹中俊介によって“ディスコチック液晶
分子のデザインと合成”と題して日本化学会編“季刊化
学総説”22巻60頁に解説されているように、ディス
ク(円盤)状のコアに比較的長い側鎖が複数個結合した
化合物にみられる。
て類別することができ、6置換ベンゼンおよび3置換ベ
ンゼンの誘導体、フタロシアニンおよびポルフィリンの
誘導体、トリフェニレン、トルクセン、ピリリウムの各
誘導体、トリベンゾシクロノネン誘導体、アザクラウン
誘導体、シクロヘキサン誘導体等があげられる。
ら、過去、デバイスヘの応用を示唆するいくつかの報告
がなされている。フタロシアニンやトリフェニレンのよ
うな共役パイ電子を有する系においては電子(またはホ
ール)チャネルの応用(Piechocki et a
l.:“J.Am.Chem.Soc.”1982,1
04,pp5245)、コアがアザクラウンのような環
状の場合には、中心の空隙部を選択的に分子が通過する
分子チャネルの応用(“J.Chem.Soc.,Ch
em.Commun.”,1985,1794、“J.
Chem.Soc.,Chem.Commun.”,1
995,117,9957)等である。
来技術に鑑みてなされたものであり、ディスコチック液
晶性メソーゲン基を有する高分子化合物と金属塩を含有
する電解質であって、イオン伝導度の高い電解質および
その電解質を用いた二次電池を提供する事を目的とする
ものである。
般式(I)で示される化合物を架橋してなる高分子化合
物と金属塩を含有することを特徴とする電解質である。
ゲン基を示す。Rは炭素原子数が1〜100の直鎖状ま
たは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の1つ
以上のメチレン基は−O−,−CO−,−S−,−CH
=CH−または−C≡C−に置換されていてもよい。ま
た、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子に置換され
ていてもよい。nは1〜8の整数を示す。
3置換ベンゼン環または6置換ベンゼン環、トリフェニ
レン環から選ばれるものが好ましい。前記一般式(I)
で示される化合物のRがCH2O(CH2CH2O)mCH
3(mは1〜20の整数を示す)であるのが好ましい。
前記一般式(I)で示される化合物が光学活性化合物で
あるのが好ましい。
ましい。さらに、有機溶剤を含むのが好ましい。さら
に、ディスコチックカラムナー液晶相をもつのが好まし
い。
次電池である。
(I)で示される化合物を架橋してなる高分子化合物と
金属塩を含有することを特徴とする。
ク液晶性メソーゲン基を示す。ディスコチック液晶性メ
ソーゲン基の具体例としては、液晶性、平面性、化学的
安定性の観点から、3置換ベンゼン環または6置換ベン
ゼン環、トリフェニレン環、トルクセン環、フタロシア
ニン環、ポルフィリン環、トリベンゾシクロノネン環、
テトラベンゾシクロドデシレン環が好ましい。特に、好
ましくは3置換ベンゼン環または6置換ベンゼン環、ト
リフェニレン環である。
は分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の1つ以
上のメチレン基は−O−,−CO−,−S−,−CH=
CH−または−C≡C−に置換されていてもよい。ま
た、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子に置換され
ていてもよい。特に、Rは、CH2O(CH2CH2O)m
CH3(mは1〜20の整数を示す)であるものが好ま
しい。
は光学活性化合物であってもよい。
例えばMClO4,MBF4,MPF 6,MCF3SO
2(MはLi,Na,Kを示す。)といったアルカリ金
属塩の他、CuSO4,Ni(NO3)2,Ni(BF4)
2 等の金属塩を含有していることが好ましい。特に好
ましくは、LiClO4,LiBF4,LiPF6,Li
CF3SO2,Li(CF3SO2)2N等のリチウム金属
塩である。
の含有量は、通常0.01〜50重量%、好ましくは
0.1から30重量%が望ましい。
い。好ましくは極性有機溶剤であるが、例えばエチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルエチ
ルケトン、メチルプロピオネート、ジメトキシエタン、
グリコール類である。
ることが好ましいが、特にディスコチックカラムナー液
晶相が好ましい。
物の具体的な構造式を表1〜12に示す。但し、本発明
はこれらのみに限定されるものではない。
される化合物を架橋してなる高分子化合物を用いるが、
本発明で利用される架橋方法としては、前記一般式
(I)で示される化合物が有する水酸基と、ジカルボン
酸クロリド誘導体あるいはジヒドロキシ誘導体、ジイソ
シアネート誘導体と反応させて架橋する方法と、前記一
般式(I)で示される化合物が有する水酸基をアクリル
酸クロリドあるいはメタクリル酸クロリドと反応させて
アクリル基、メタクリル基の重合性官能基に変換してモ
ノマーとした後、重合する方法がある。前者の方法に用
いるジカルボン酸クロリド誘導体あるいはジヒドロキシ
誘導体、ジイソシアネート誘導体の具体的な構造式を下
記の表13〜表14に示す。但し、本発明はこれらのみ
に限定されるものではない。
示される化合物を架橋してなる高分子化合物が用いられ
るが、該高分子化合物の重量平均分子量は5000から
1000000が好ましい。
次電池について説明する。図1は二次電池の模式的な構
成例である。41、42はそれぞれ負、正の電極であ
る。43が電解質層であって、この層を通路として特定
極性のイオンが負電極から正電極へ、あるいは正電極か
ら負電極へ伝達される。上記負および正の電極はイオン
の放出と吸収の機能、外部デバイスとの連携機能(例え
ば電子伝導性機能)、機械的な支持機能等、多義に渉る
機能が要求されることから通常機能分離された複数の部
材からなる複合体となる場合が多い。
を兼ねた銅、アルミニウム、金、白金などの電子伝導性
支持体411に負極活物質412をコーティングしたも
のが用いられる。或いは支持体としての機能をかねた負
極活物質を用いることもできる。負極活物質材料として
はLiイオン、Naイオン、Kイオン等のアルカリイオ
ン、アルカリ土類イオン、水素イオン等のカチオンを放
出する能力を有する材料として、金属材料のなかからリ
チウム金属箔、リチウム−アルミニウム合金等が、高分
子材料のなかから好ましくはn型にドープされたポリア
セチレン、ポリチオフェン、ポリp−フェニレン、ポリ
アセン等およびその誘導体が、また炭素系材料のなかか
らグラファイト(黒鉛)、ピッチ、コークス、有機高分
子の焼結体、あるいはこれらの材料と有機高分子の複合
体が適宜選択的に用いられる。
能を兼ねた銅、アルミニウム、金、白金などの電子伝導
性支持体421に正極活物質422をコーティングした
ものが用いられる。或いは支持体としての機能をかねた
正極活物質を用いることもできる。正極活物質材料とし
ては無機材料のなかからコバルト、バナジウム、チタ
ン、モリブデン、鉄、マンガンなど遷移金属のカルコゲ
ン化合物及び酸化物、さらにこれらとリチウムの複合体
が、炭素系材料のなかからグラファイト、弗化カーボン
など一連の層状化合物、あるいはこれらの材料と有機高
分子の複合体が、高分子材料のなかから好ましくはp型
またはn型にドープされたポリアセチレン、ポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリp−フェニレ
ン、ポリアセン、ポリフタロシアニン、ポリピリジン
等、およびこれらの誘導体が適宜選択的に用いられる。
いて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
キシ−3−ブチルオキシプロピルオキシ)トリフェニレ
ン(例示化合物No.I−4)の製造
カリウム5.6g(40.5mmol)を入れ、それに
水浴中、2,3,6,7,10,11−ヘキサヒドロキ
シトリフェニレン2.0g(6.17mmol)を加え
70℃で10分間撹拌した。その後、ブチルグリシジル
エーテル4.8g(36.9mmol)と乾燥エタノー
ル20mlの混合液を滴下し、80℃で6時間撹拌し
た。反応終了後、3N−HCl 40mlを加えて酸性
にした後、クロロホルムで5回抽出した。抽出液を水で
洗浄した後、無水硫酸ナトリウムを加え乾燥した。溶媒
を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー
(溶離溶媒:クロロホルム/エタノール=50/1)を
2回行い精製し、2,3,6,7,10,11−ヘキサ
(2−ヒドロキシ−3−ブチルオキシプロピルオキシ)
トリフェニレン2.64g(2.39mmol)を得
た。収率39%
ドロキシ−3−ブチルオキシプロピルオキシ)トリフェ
ニレン0.29g(0.26mmol)に乾燥テトラヒ
ドロフラン(THF)3mlおよび乾燥ピリジン0.1
2g(0.12mmol)を加え撹拌した。それに、ス
クシン酸クロリド0.121g(0.78mmol)と
乾燥THF3mlの混合液を滴下し、室温で24時間撹
拌した。反応終了後、溶媒を留去した後、メタノール−
トルエン混合溶媒に溶かし、それをヘプタン中に注ぎ、
得られた沈殿物をろ過、乾燥して目的の高分子化合物A
0.22gを得た。得られた高分子化合物Aの重量平均
分子量はGPCで測定した結果3.0×104 であっ
た。
(0.06mmol)を乾燥N,N’−ジメチルホルム
アミド(DMF)に溶かした後、それをテフロン製のシ
ャーレに移し、真空加熱下で乾燥させ、固体電解質(A
−1)を得た。
の評価 固体電解質(A−1)を白金電極板で挟み、十分に圧力
を加え、電解質と電極を密着させた。0.001〜10
0kHz、10mVの交流電圧を印加した時の電流を測
定して複素インピーダンスを測定し、イオン伝導率を算
出した。その結果を以下に示す。
−ヒドロキシ−1,5,8,11,14,17−ヘキサ
オキサオクタデシル)トリフェニレン(例示化合物N
o.I−21)の製造
カリウム16.6g(120mmol)を入れ、それに
水浴中、2,3,6,7,10,11−ヘキサヒドロキ
シトリフェニレン4.6g(14.3mmol)を加
え、70℃で30分間撹拌した。その後、光学活性3,
6,9,12−テトラオキサトリデシルグリシジルエー
テル26.4g(100mmol)と乾燥エタノール5
0mlの混合液を滴下し、80℃で12時間撹拌した。
反応終了後、3N−HCl l00mlを加えて酸性に
した後、クロロホルムで5回抽出した。抽出液を水で洗
浄した後、無水硫酸ナトリウムを加え乾燥した。溶媒を
留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶
離溶媒:クロロホルム/エタノール=10/1)を2回
行い精製し、光学活性2,3,6,7,10,11−ヘ
キサ(3−ヒドロキシ−1,5,8,11,14,17
−ヘキサオキサオクタデシル)トリフェニレン13.8
g(7.2mmol)を得た。収率50%
10,11−ヘキサ(3−ヒドロキシ−1,5,8,1
1,14,17−ヘキサオキサオクタデシル)トリフェ
ニレン0.5g(0.26mmol)に乾燥THF3m
lおよび乾燥ピリジン0.12g(0.12mmol)
を加え撹拌した。それに、スクシン酸クロリド(例示化
合物No.II−2)0.12lg(0.78mmo
l)と乾燥THF3mlの混合液を滴下し、室温で24
時間撹拌した。反応終了後、溶媒を留去した後、メタノ
ール−トルエン混合溶媒に溶かし、それをヘプタン中に
注ぎ得られた沈殿物をろ過、乾燥して、目的の高分子化
合物B0.37gを得た。得られた高分子化合物Bの重
量平均分子量はGPCで測定した結果5.6×104で
あった。
(0.20mmol)を乾燥DMFに溶かした後、それ
をテフロン製のシャーレに移し、真空加熱下で乾燥さ
せ、固体電解質(B−1)を得た。
の評価 固体電解質(A−1)の代わりに固体電解質(B−1)
を用いる以外は実施例1と同様の手法により複素インピ
ーダンスを測定し、イオン伝導率を算出した。その結果
を以下に示す。
(0.40mmol)を乾燥DMFに溶かした後、それ
をテフロン製のシャーレに移し、真空加熱下で乾燥さ
せ、固体電解質(B−2)を得た。
の評価 固体電解質(A−1)の代わりに固体電解質(B−2)
を用いる以外は実施例1と同様の手法により複素インピ
ーダンスを測定し、イオン伝導率を算出した。その結果
を以下に示す。
クロリドの代わりに、マロン酸クロリド(例示化合物N
o.II−1)、グルタル酸クロリド(例示化合物N
o.II−3)、アジピン酸クロリド(例示化合物N
o.II−4)、テレフタル酸クロリド(例示化合物N
o.II−21)を使用する以外は実施例2と同様の方
法により高分子化合物C〜Fを製造した。それぞれの重
量平均分子量を以下に示す。
製造 高分子化合物Aの代わりに高分子化合物C〜Fを用いる
以外は実施例1と同様の方法により固体電解質質(C−
1)〜(F−1)を得た。
イオン伝導度の評価 固体電解質(A−1)の代わりに固体電解質(C−1)
〜(F−1)を用いる以外は実施例1と同様の手法によ
り複素インピーダンスを測定し、イオン伝導率を算出し
た。その結果を以下に示す。
池、センサデバイス等エレクトロニクス分野に用いる電
解質においてイオン伝導性に優れた電解質、およびその
電解質を用いた二次電池を提供する事が出来る。
Claims (8)
- 【請求項1】 下記一般式(I)で示される化合物を架
橋してなる高分子化合物と金属塩を含有することを特徴
とする電解質。 【化1】 (式中、Aはディスコチック液晶性メソーゲン基を示
す。Rは炭素原子数が1〜100の直鎖状または分岐状
のアルキル基であり、該アルキル基中の1つ以上のメチ
レン基は−O−,−CO−,−S−,−CH=CH−ま
たは−C≡C−に置換されていてもよい。また、該アル
キル基中の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよ
い。nは1〜8の整数を示す。 【化2】 は光学活性基でもよい。) - 【請求項2】 前記一般式(I)で示される化合物のA
が3置換ベンゼン環、6置換ベンゼン環およびトリフェ
ニレン環から選ばれる請求項1記載の電解質。 - 【請求項3】 前記一般式(I)で示される化合物のR
がCH2O(CH2CH2O)mCH3(mは1〜20の整
数を示す)である1または2記載の電解質。 - 【請求項4】 前記一般式(I)で示される化合物が光
学活性化合物である請求項1乃至3のいずれかの項に記
載の電解質。 - 【請求項5】 前記金属塩がアルカリ金属塩である請求
項1乃至4のいずれかの項に記載の電解質。 - 【請求項6】 有機溶剤を含む請求項1乃至5のいずれ
かの項に記載の電解質。 - 【請求項7】 ディスコチックカラムナー液晶相をもつ
請求項1乃至6のいずれかの項に記載の電解質。 - 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載の電解
質を用いた二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000159749A JP2001338527A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電解質および二次電池 |
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JP2000159749A JP2001338527A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電解質および二次電池 |
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---|---|
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ID=18664037
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---|---|---|---|
JP2000159749A Pending JP2001338527A (ja) | 2000-05-30 | 2000-05-30 | 電解質および二次電池 |
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KR101864927B1 (ko) | 2015-03-31 | 2018-07-04 | 주식회사 엘지화학 | 액정 소자 |
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JPH1186629A (ja) * | 1997-09-12 | 1999-03-30 | Mitsubishi Electric Corp | イオン伝導性材料、その製造方法およびそれを用いた電池 |
-
2000
- 2000-05-30 JP JP2000159749A patent/JP2001338527A/ja active Pending
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