JP2001338689A - Liquid crystal electrolyte and secondary cell - Google Patents

Liquid crystal electrolyte and secondary cell

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JP2001338689A
JP2001338689A JP2000159750A JP2000159750A JP2001338689A JP 2001338689 A JP2001338689 A JP 2001338689A JP 2000159750 A JP2000159750 A JP 2000159750A JP 2000159750 A JP2000159750 A JP 2000159750A JP 2001338689 A JP2001338689 A JP 2001338689A
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liquid crystal
electrolyte
metal salt
compound
discotic
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JP2000159750A
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Shinichi Nakamura
真一 中村
Satoshi Igawa
悟史 井川
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte with anisotropic ion conductivity for the use of electrolyte at the field of electronics such as cell, sensor device, or the like. SOLUTION: The liquid crystal electrolyte contains discotic liquid crystal compound with lyotropic liquid crystal property, for example, a compound shown by the formula (1), and metal salt. The metal salt is alkaline metal salt. As to a liquid crystal compound, it is preferable to polymerize the side chain of triphenylene group compound with copolymerizable compound like acryl group, methacryl group and the like. As to the metal salt, MCIO4, MBF4 (M represents Li, Na, and K) or the like are preferable.

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、新規化合物及び電
池デバイス、フォトクロミックデバイス、センサデバイ
ス等のエレクトロニクス分野に用いる液晶電解質及びそ
れを利用した二次電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel compound, a liquid crystal electrolyte used in the field of electronics such as a battery device, a photochromic device, and a sensor device, and a secondary battery using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】1973年にWrightらによって、
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。
2. Description of the Related Art In 1973, Wright et al.
The ionic conduction properties of a complex of polyethylene oxide (PEO) and an alkali metal salt were reported.
The discovery of the potential of electrolytes for batteries by nd et al. has led to widespread research on solid electrolytes worldwide. Since the solid electrolyte is not liquid in shape, there is no leakage to the outside, and it is more advantageous than the liquid electrolyte for heat resistance, reliability, safety, and miniaturization of the device. In addition, since the organic substance is more flexible than the inorganic substance, there is an advantage that processing is easy.

【0003】一般に電解質のイオン伝導率はキャリア密
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。
In general, the ionic conductivity of an electrolyte is represented by the product of carrier density, charge, and ion mobility. Therefore, a high polarity for dissociating ions and a low viscosity for moving dissociated ions are required. From that viewpoint, it cannot be said that PEO has sufficient characteristics as a solid electrolyte. In the first place, the ion transport mechanism of PEO is based on ligand exchange in which ions dissociated by coordination to a donor polar group portion are successively handed over by segmental movement due to heat. Therefore, it is susceptible to temperature dependence. Further, when a large amount of metal ions are dissolved to increase the carrier density, crystallization occurs, and conversely, the ion mobility decreases. In order to prevent this crystallization, PEO (MW
atanabe et al, “Solid Stat
e Ionics ", 28-30, 911, 198
8) Further, PEO (“40th Polymer Symposium Preliminary Proceedings”, 3766, 1991) in which a side chain is introduced into a crosslinked portion in order to improve ion mobility at low temperatures has been developed.
Recently, a molten salt type P in which a salt is introduced into the terminal of PEO is used.
EO (K. Ito et al., "Solid St"
ate Ionics ", 86-88, 325, 199
6, K. Ito et al. , “Electroc
him. Acta ", 42, 1561, 1997). However, at present, sufficient ionic conductivity cannot be obtained yet, so that an electrolyte or a mixture of a high-dielectric-constant organic solvent and a low-viscosity solvent may be used. Gel electrolytes immobilized with molecules are the mainstream, and when a solid electrolyte is used as a battery device, the efficiency of the electrochemical reaction at the interface with the electrode as well as the ion transport efficiency becomes a problem. I have.

【0004】一方、ディスコティック液晶相は、197
7年にS.Chandrasekharらにより発見さ
れた(“Pramana”,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。
On the other hand, the discotic liquid crystal phase has 197
7 years in S. (“Prana” 9 , 471 (1977)), a liquid crystal phase discovered by Chandrasekhar et al. For example, by the authors, "Disco
tic Liquid Crystals ”and“ Rep. Prog. Phys. " 53 (1990) 5
7 or as described in Shunsuke Takenaka entitled “Design and Synthesis of Discotic Liquid Crystal Molecules”, edited by The Chemical Society of Japan, “Quarterly Review of Chemistry,” Vol. 22, p. 60, compared to disc-shaped cores. It is found in compounds with multiple long side chains.

【0005】その化合物の種類は主にコアの構造によっ
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。
[0005] The types of the compounds can be mainly classified according to the structure of the core. Derivatives of 6-substituted benzene and 3-substituted benzene, phthalocyanine and porphyrin derivatives, triphenylene, tolcene, pyrylium derivatives, and tribenzocyclononene derivatives Azacrown derivatives, cyclohexane derivatives and the like.

【0006】ディスコティック液晶の構造的な特徴か
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。
Several reports have been made in the past suggesting the application to devices from the structural characteristics of discotic liquid crystals. In systems with conjugated pi electrons, such as phthalocyanine and triphenylene, the application of electron (or hole) channels (Pieocki et a
l. : “J. Am. Chem. Soc.” 1982, 1
04, pp5245), when the core is a ring like azacrown, an application of a molecular channel in which a molecule selectively passes through a central void portion (“J. Chem. Soc., Ch.
em. Commun. ", 1985, 1794," J.
Chem. Soc. Chem. Commun. ", 1
995, 117, 9957) and the like.

【0007】また、最近では、米国特許第537082
0号に示される様に、ディスコチック液晶に酸化剤ある
いは還元剤を数%添加して電子伝導性を向上させる手法
も取られている。
Also, recently, US Pat. No. 5,370,082
As shown in No. 0, a method of improving the electron conductivity by adding an oxidizing agent or a reducing agent to the discotic liquid crystal by several percent is also employed.

【0008】一方、リオトロピック液晶とは、サーモト
ロピック液晶とは異なり、2成分を混合することにより
発現する液晶である。多くの場合、1成分は水またはエ
タノール等の溶媒である。リオトロピック液晶は界面活
性剤等に広く利用され、またその高分子液晶は航空機の
構造材料としても利用されている。リオトロピック性の
ディスコチック液晶については、“Liquid Cr
ysta1s”,1986,Vo1.1,No.2,1
09〜125頁に幾つか示されているが、電解質として
の特性に関しての記載は一切されていない。
On the other hand, a lyotropic liquid crystal is a liquid crystal that is developed by mixing two components, unlike a thermotropic liquid crystal. Often one component is water or a solvent such as ethanol. Lyotropic liquid crystals are widely used as surfactants and the like, and their polymer liquid crystals are also used as structural materials for aircraft. For lyotropic discotic liquid crystals, see "Liquid Cr".
ysta1s ", 1986, Vo1.1, No. 2, 1
Some are shown on pages 09 to 125, but there is no description regarding the properties as an electrolyte.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来技術に鑑みてなされたものであり、リオトロピック液
晶性を有するディスコチック液晶化合物と金属塩を含有
し、イオン伝導性に異方性がある液晶電解質およびその
液晶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。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a prior art, and contains a discotic liquid crystal compound having lyotropic liquid crystallinity and a metal salt, and has an anisotropic ionic conductivity. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal electrolyte and a secondary battery using the liquid crystal electrolyte.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、リオト
ロピック液晶性を有するディスコチック液晶化合物と金
属塩を含有することを特徴とする液晶電解質である。
That is, the present invention provides a liquid crystal electrolyte comprising a discotic liquid crystal compound having lyotropic liquid crystallinity and a metal salt.

【0011】前記ディスコチック液晶化合物が重合反応
により高分子化されているのが好ましい。前記金属塩が
アルカリ金属塩であるのが好ましい。
It is preferable that the discotic liquid crystal compound is polymerized by a polymerization reaction. Preferably, the metal salt is an alkali metal salt.

【0012】また、本発明は、上記の液晶電解質を用い
た二次電池である。
Further, the present invention is a secondary battery using the above liquid crystal electrolyte.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の液晶電解質は、リオトロ
ピック液晶性を有するディスコチック液晶化合物と金属
塩を含有することを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The liquid crystal electrolyte of the present invention is characterized by containing a discotic liquid crystal compound having lyotropic liquid crystal properties and a metal salt.

【0014】前記液晶化合物において、好ましくはカラ
ムナー相を有するディスコチック液晶化合物である。ま
た、これらのディスコチック液晶化合物は重合化して高
分子化されているものが好ましい。この場合、液晶側鎖
の末端にアクリル基、メタクリル基、エポキシ基、ビニ
ル基といった重合性基をつけたものを重合する方法、お
よび他の重合性化合物と共重合する方法が好ましい。他
の重合性化合物は特に制限はないが、アクリル酸誘導
体、メタクリル酸誘導体、ビニル誘導体、スチレン誘導
体、ウレタン誘導体、エポキシ誘導体等が挙げられる。
The above liquid crystal compound is preferably a discotic liquid crystal compound having a columnar phase. Further, it is preferable that these discotic liquid crystal compounds are polymerized and polymerized. In this case, a method of polymerizing a polymer having a polymerizable group such as an acryl group, a methacryl group, an epoxy group, or a vinyl group at a terminal of a liquid crystal side chain, and a method of copolymerizing with another polymerizable compound are preferable. The other polymerizable compound is not particularly limited, and examples thereof include an acrylic acid derivative, a methacrylic acid derivative, a vinyl derivative, a styrene derivative, a urethane derivative, and an epoxy derivative.

【0015】前記金属塩はアルカリ金属塩が好ましく、
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(NO32,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,LiC
3SO2,Li(CF3SO22N等のリチウム金属塩
である。
The metal salt is preferably an alkali metal salt,
For example, MCLOFour, MBFFour, MPF 6, MCFThreeSO
Two(M represents Li, Na, K.)
Genus salt, CuSOFour, Ni (NOThree)Two, Ni (BFFour)
Two And the like. Especially preferred
Or LiClOFour, LiBFFour, LiPF6, LiC
FThreeSOTwo, Li (CFThreeSOTwo)TwoLithium metal salts such as N
It is.

【0016】また、本発明の液晶電解質に含有される金
属塩の含有量は、通常0.01〜50重量%、好ましく
は0.1〜30重量%が望ましい。
The content of the metal salt contained in the liquid crystal electrolyte of the present invention is usually 0.01 to 50% by weight, preferably 0.1 to 30% by weight.

【0017】また、本発明のリオトロピック液晶は水と
の混合により発現するものが好ましい。
Further, the lyotropic liquid crystal of the present invention is preferably one that is developed by mixing with water.

【0018】次に、本発明で用いられるリオトロピック
液晶性を有するディスコチック液晶化合物の具体的な構
造式を表1〜3に示すが、本発明はこれらのみに限定さ
れるものではない、
Next, specific structural formulas of the discotic liquid crystal compound having lyotropic liquid crystallinity used in the present invention are shown in Tables 1 to 3, but the present invention is not limited to these.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】[0021]

【表3】 [Table 3]

【0022】次に、本発明の液晶電解質の応用例とし
て、二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が液晶電解質を用いた電解質層であって、
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。
Next, a secondary battery will be described as an application example of the liquid crystal electrolyte of the present invention. FIG. 1 is a schematic configuration example of a secondary battery. 41 and 42 are negative and positive electrodes, respectively. 43 is an electrolyte layer using a liquid crystal electrolyte,
Using this layer as a channel, ions of a specific polarity are transmitted from the negative electrode to the positive electrode or from the positive electrode to the negative electrode. Since the negative and positive electrodes are required to have various functions such as ion emission and absorption functions, cooperation functions with external devices (for example, electronic conductivity functions), mechanical support functions, etc., they are usually separated from each other. Often, it becomes a composite composed of a plurality of members.

【0023】負電極41は外部回路との電子的接続機能
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。
The negative electrode 41 is formed by coating a negative electrode active material 412 on an electron conductive support 411 such as copper, aluminum, gold, or platinum which also has an electronic connection function with an external circuit. Alternatively, a negative electrode active material that also functions as a support can be used. As the negative electrode active material, a material having the ability to release cations such as alkali ions such as Li ions, Na ions, and K ions, alkaline earth ions, and hydrogen ions. Alloys and the like, polyacetylene, polythiophene, poly p-phenylene, polyacene and the like, preferably doped with n-type from polymer materials, and derivatives thereof, and graphite (graphite), pitch, coke, A sintered body of an organic polymer or a composite of these materials and an organic polymer is appropriately and selectively used.

【0024】正電極42は、外部回路との電子的接続機
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。
The positive electrode 42 is formed by coating a positive electrode active material 422 on an electron conductive support 421 such as copper, aluminum, gold, or platinum which also has an electronic connection function with an external circuit. Alternatively, a positive electrode active material that also functions as a support can be used. Among the positive electrode active material materials, among inorganic materials, chalcogen compounds and oxides of transition metals such as cobalt, vanadium, titanium, molybdenum, iron, and manganese, and composites of these with lithium are used as graphite and fluorine among carbon-based materials. A series of layered compounds such as activated carbon, or a composite of these materials and an organic polymer, is preferably a p-type or n-type doped polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, poly-p-phenylene from a polymer material. , Polyacene, polyphthalocyanine, polypyridine, and the like, and their derivatives are appropriately and selectively used.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例および合成例により本発明につ
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。
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Synthesis Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0026】合成例1 2,3,6,7,10,11−ヘキサ(1,4,7−ト
リオキサオクチル)トリフェニレン(例示化合物L−
5)の製造 (1)p−トルエンスルホン酸−1,4,7−トリオキ
サオクチルの製造 反応容器に3,6−ジオキサヘプタノール3.0g(2
5mmo1)とピリジン5.93g(75mmo1)を
入れ、それに氷浴中、p−トルエンスルホン酸クロリド
5.24g(27.5mmo1)を加え、1時間撹拌し
た後、室温で更に3時間撹拌した。反応終了後、3N−
HC1を加え酸性とした後、トルエンで2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:トルエン/酢酸エチル=3/
1)により精製し、p−トルエンスルホン酸1,4,7
−トリオキサオクチル6.57g(24mmo1)を得
た。収率96%
Synthesis Example 1 2,3,6,7,10,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl) triphenylene (Exemplified Compound L-
Production of 5) (1) Production of 1,4,7-trioxaoctyl p-toluenesulfonic acid 3.0 g of 3,6-dioxaheptanol (2
5 mmol1) and 5.93 g (75 mmol) of pyridine were added, and 5.24 g (27.5 mmol) of p-toluenesulfonic acid chloride was added thereto in an ice bath, and the mixture was stirred for 1 hour and further stirred at room temperature for 3 hours. After the reaction, 3N-
After adding HC1 to make it acidic, it was extracted twice with toluene.
After the extract was washed with water, anhydrous sodium sulfate was added and dried. After distilling off the solvent, silica gel column chromatography (elution solvent: toluene / ethyl acetate = 3 /
1), p-toluenesulfonic acid 1,4,7
6.57 g (24 mmol) of trioxaoctyl were obtained. 96% yield

【0027】(2)2,3,6,7,10,11−ヘキ
サ(1,4,7−トリオキサオクチル)トリフェニレン
の製造 反応容器に乾燥N,N−ジメチルホルムアミド(DM
F)15mlと水素化ナトリウム(60% in oi
l(鉱油))0.77g(19.3mmo1)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0.92g(2.84mmo
1)を加え1時間撹拌した。その後、p−トルエンスル
ホン酸1,4,7−トリオキサオクチル6.4g(2
3.3mmo1)と乾燥DMF 5mlの混合液を滴下
し、80℃で5時間撹拌した。反応終了後、水を加えト
ルエンで2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。
(2) Production of 2,3,6,7,10,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl) triphenylene Dry N, N-dimethylformamide (DM
F) 15 ml and sodium hydride (60% in oi
1 (mineral oil)) 0.77 g (19.3 mmol)
In a water bath, 0.92 g of 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene (2.84 mmol
1) was added and stirred for 1 hour. Thereafter, 6.4 g of 1,4,7-trioxaoctyl p-toluenesulfonate (2
A mixture of 3.3 mmol) and 5 ml of dry DMF was added dropwise, and the mixture was stirred at 80 ° C for 5 hours. After the reaction was completed, water was added, and the mixture was extracted twice with toluene. After the extract was washed with water, anhydrous sodium sulfate was added and dried.

【0028】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
=200/1)を3回行い精製し、2,3,6,7,1
0,11−ヘキサ(1,4,7−トリオキサオクチル)
トリフェニレン0.95g(1.0mmol)を得た。
収率25%、融点51.6℃
After distilling off the solvent, the residue was purified by silica gel column chromatography (elution solvent: chloroform / ethanol = 200/1) three times to obtain 2,3,6,7,1.
0,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl)
0.95 g (1.0 mmol) of triphenylene was obtained.
Yield 25%, melting point 51.6 ° C

【0029】実施例1 リオトロピック液晶の調製 2,3,6,7,10,11−ヘキサ(1,4,7−ト
リオキサオクチル)トリフェニレン60mg(0.06
4mmo1)にH2O 50mg(2.78mml)を
加え、60℃で加熱撹拌し、リオトロピック液晶Aを調
製した。
Example 1 Preparation of lyotropic liquid crystal 2,3,6,7,10,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl) triphenylene 60 mg (0.06
50 mg (2.78 ml) of H 2 O was added to 4 mmol), and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. to prepare a lyotropic liquid crystal A.

【0030】得られたリオトロピック液晶Aの相転移温
度を示す。 昇温過程 Cry(−15℃)Xl(2℃)Dh(26℃)Iso 冷却過程 Iso(24℃)Dh(0℃)Xl(<−50℃)Cr
y Cry:結晶相、X1:未同定の相、Dh:ディスコチ
ックカラムナー相、Iso:等方相
The phase transition temperature of the obtained lyotropic liquid crystal A is shown. Temperature rise process Cry (−15 ° C.) Xl (2 ° C.) Dh (26 ° C.) Iso Cooling process Iso (24 ° C.) Dh (0 ° C.) Xl (<−50 ° C.) Cr
y Cry: crystalline phase, X1: unidentified phase, Dh: discotic columnar phase, Iso: isotropic phase

【0031】液晶電解質Aの調製 2,3,6,7,10,11−ヘキサ(1,4,7−ト
リオキサオクチル)トリフェニレン60mg(0.06
4mmo1)にLiClO4の1.6mol/1水溶液
を25mg加え60℃で加熱撹拌し、液晶電解質Aを調
製した。
Preparation of Liquid Crystal Electrolyte A 2,3,6,7,10,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl) triphenylene 60 mg (0.06
A liquid crystal electrolyte A was prepared by adding 25 mg of a 1.6 mol / 1 aqueous solution of LiClO 4 to 4 mmol) and heating and stirring at 60 ° C.

【0032】得られた液晶電解質Aの相転移温度を示
す。 昇温過程 Cry(4℃)Dh(22℃)Iso 冷却過程 Iso(18℃)Dh(0℃)Cry Cry:結晶相、Dh:ディスコチックカラムナー相、
Iso:等方相
The phase transition temperature of the obtained liquid crystal electrolyte A is shown. Temperature rising process Cry (4 ° C.) Dh (22 ° C.) Iso Cooling process Iso (18 ° C.) Dh (0 ° C.) Cry Cry: crystalline phase, Dh: discotic columnar phase,
Iso: Isotropic phase

【0033】実施例2 透明電極として厚さ700ÅのITO膜を形成した厚さ
1.1mmの一対のガラス基板を用意した。該ガラス基
板の透明電極上に、一方の基板上にスペーサーとして、
平均粒径2.4μmのシリカビーズを散布し、均一なセ
ルギャップのセルを作製した。このセルに実施例1で調
製した液晶電解質Aを等方性液体状態で注入し、等方相
から20℃/hでディスコチックカラムナー相を示す温
度まで冷却した。このセルを偏光顕微鏡でクロスニコル
下、テクスチャーを観察した所、暗視野が得られ、ディ
スコチックカラムナー相がホメオトロピック配向をして
いることがわかった。
Example 2 A pair of glass substrates each having a thickness of 1.1 mm on which an ITO film having a thickness of 700 ° was formed as a transparent electrode was prepared. On the transparent electrode of the glass substrate, as a spacer on one substrate,
Silica beads having an average particle size of 2.4 μm were sprayed to produce cells having a uniform cell gap. The liquid crystal electrolyte A prepared in Example 1 was injected into this cell in an isotropic liquid state, and cooled from the isotropic phase at 20 ° C./h to a temperature showing a discotic columnar phase. Observation of the texture of the cell under crossed Nicols with a polarizing microscope revealed that a dark field was obtained, indicating that the discotic columnar phase had homeotropic orientation.

【0034】次に0.001〜100kHz、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。 測定温度 イオン伝導率 10℃ 1.3×10-8S/cm
Next, 0.001 to 100 kHz, 10 mV
The complex impedance was measured by measuring the current when the AC voltage was applied, and the ionic conductivity was calculated. The results are shown below. Measurement temperature Ion conductivity 10 ° C 1.3 × 10 -8 S / cm

【0035】次に、平均粒径2.4μmのシリカビーズ
の代わりに、平均粒径40μmのシリカビーズを用いる
以外は同様の手法によリセルを作成し、液晶電解質Aを
注入して、偏光顕微鏡でテクスチャーを観察した所、マ
ルチドメイン配向が観察され、ディスコチックカラムナ
ー相がランダム配向していることがわかった。
Next, instead of using silica beads having an average particle size of 2.4 μm, a recell was prepared by the same method except that silica beads having an average particle size of 40 μm were used. When the texture was observed with, multi-domain orientation was observed, and it was found that the discotic columnar phase was randomly oriented.

【0036】また、同様の手法で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。 測定温度 イオン伝導率 10℃ 3.6×10-9S/cm
Further, the complex impedance was measured in the same manner, and the ionic conductivity was calculated. The results are shown below. Measurement temperature Ion conductivity 10 ° C 3.6 × 10 -9 S / cm

【0037】実施例3 液晶電解質Bの調製 2,3,6,7,10,11−ヘキサ(1,4,7−ト
リオキサオクチル)トリフェニレン60mg(0.06
4mmo1)にLiClO4の1.6mol/1水溶液
を30mg加え60℃で加熱撹拌し、液晶電解質Bを調
製した。
Example 3 Preparation of Liquid Crystal Electrolyte B 2,3,6,7,10,11-hexa (1,4,7-trioxaoctyl) triphenylene 60 mg (0.06
30 mg of a 1.6 mol / 1 aqueous solution of LiClO 4 was added to 4 mmol), and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. to prepare a liquid crystal electrolyte B.

【0038】得られた液晶電解質Bの相転移温度を示
す。 昇温過程 Cry(4℃)Dh(20℃)Iso 冷却過程 Iso(16℃)Dh(0℃)Cry Cry:結晶相、Dh:ディスコチックカラムナー相、
Iso:等方相
The phase transition temperature of the obtained liquid crystal electrolyte B is shown. Temperature rising process Cry (4 ° C.) Dh (20 ° C.) Iso Cooling process Iso (16 ° C.) Dh (0 ° C.) Cry Cry: crystalline phase, Dh: discotic columnar phase,
Iso: Isotropic phase

【0039】実施例4 液晶電解質Aの代わりに液晶電解質Bを用いる以外は実
施例2と同様の手法により2種類のセルを作製、注入
し、偏光顕微鏡でテクスチャーを観察した所、平均粒径
2.4μmのシリカビーズで作成したセルは暗視野が得
られ、ディスコチックカラムナー相がホメオトロピック
配向をしていることがわかった。一方、平均粒径40μ
mのシリカビーズで作成したセルはマルチドメイン配向
であり、ディスコチックカラムナー相がランダム配向し
ていることがわかった。
Example 4 Two kinds of cells were prepared and injected by the same method as in Example 2 except that the liquid crystal electrolyte B was used instead of the liquid crystal electrolyte A, and the texture was observed with a polarizing microscope. The cell made of 0.4 μm silica beads provided a dark field, indicating that the discotic columnar phase had homeotropic orientation. On the other hand, average particle size 40μ
It was found that the cell made of m silica beads had a multi-domain orientation, and the discotic columnar phase had a random orientation.

【0040】実施例2と同様の手法で複素インピーダン
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。 平均粒径2.4μmシリカビーズセル 測定温度 イオン伝導率 10℃ 8.7×10-8S/cm 平均粒径40μmシリカビーズセル 測定温度 イオン伝導率 10℃ 7.6×10-9S/cm
The complex impedance was measured in the same manner as in Example 2, and the ionic conductivity was calculated. The results are shown below. Average particle size 2.4 μm silica bead cell Measurement temperature Ion conductivity 10 ° C. 8.7 × 10 −8 S / cm Average particle size 40 μm silica bead cell Measurement temperature Ion conductivity 10 ° C. 7.6 × 10 −9 S / cm

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
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異方性がある液晶電解質、
およびその液晶電解質を用いた二次電池を提供する事が
出来る。
As described above, according to the present invention, a liquid crystal electrolyte having anisotropic ionic conductivity in an electrolyte used in the field of electronics such as batteries and sensor devices,
And a secondary battery using the liquid crystal electrolyte.

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

【図1】二次電池の模式的な構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a secondary battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 負電極 42 正電極 43 電解質層 411、421 電子伝導性支持体 412 負極活物質 422 正極活物質 41 Negative electrode 42 Positive electrode 43 Electrolyte layer 411, 421 Electron conductive support 412 Negative active material 422 Positive active material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 BQ001 DE186 DK006 5G301 CA30 CD01 5H029 AJ01 AK02 AK03 AK04 AL06 AL07 AL08 AL12 AL16 AM16 DJ09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4J002 BQ001 DE186 DK006 5G301 CA30 CD01 5H029 AJ01 AK02 AK03 AK04 AL06 AL07 AL08 AL12 AL16 AM16 DJ09

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リオトロピック液晶性を有するディスコ
チック液晶化合物と金属塩を含有することを特徴とする
液晶電解質。
1. A liquid crystal electrolyte comprising a discotic liquid crystal compound having lyotropic liquid crystal properties and a metal salt.
【請求項2】 前記ディスコチック液晶化合物が重合反
応により高分子化されている請求項1記載の液晶電解
質。
2. The liquid crystal electrolyte according to claim 1, wherein the discotic liquid crystal compound is polymerized by a polymerization reaction.
【請求項3】 前記金属塩がアルカリ金属塩である請求
項1または2記載の液晶電解質。
3. The liquid crystal electrolyte according to claim 1, wherein the metal salt is an alkali metal salt.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の液晶
電解質を用いた二次電池。
4. A secondary battery using the liquid crystal electrolyte according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8163204B2 (en) 2006-03-14 2012-04-24 Tda Research Nanoporous polymer electrolyte
WO2013089174A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 国立大学法人東京大学 Liquid crystalline compound and electrolyte material

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WO2013089174A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 国立大学法人東京大学 Liquid crystalline compound and electrolyte material
JP2013126955A (en) * 2011-12-16 2013-06-27 Univ Of Tokyo Liquid crystalline compound, and electrolyte material
US8946480B2 (en) 2011-12-16 2015-02-03 Japan Science And Technology Agency Liquid crystalline compound and electrolyte material

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