JP2002184463A - Polymer structure, ionic conductor and method of manufacturing polymer structure - Google Patents

Polymer structure, ionic conductor and method of manufacturing polymer structure

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JP2002184463A
JP2002184463A JP2000376480A JP2000376480A JP2002184463A JP 2002184463 A JP2002184463 A JP 2002184463A JP 2000376480 A JP2000376480 A JP 2000376480A JP 2000376480 A JP2000376480 A JP 2000376480A JP 2002184463 A JP2002184463 A JP 2002184463A
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group
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Tomoaki Arimura
智朗 有村
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer structure and an ionic conductor with low electric resistance and an improved electrode efficiency. SOLUTION: The polymer structure contains a polar functional group and an ion-interactive functional group and forms a spiral shape through intramolecular interaction. The ionic conductor is obtained by dispersing an electrolyte compound in the polymer structure. Preferably, the polymer structure has not less than one or two monomer units represented by the general formula 1: wherein R1 is a polar functional group; R2 is an asymmetric atom; R3 is an ion-interactive functional group; R4 is hydrogen atom or a group of a compound; and R5 is either nonexistent or a group of a compound, with R4 being preferably a flame-retardant functional group or a cationic functional group.

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】本発明はイオン伝導体に関
し、より詳しくは電気抵抗および電極効率が改善された
イオン伝導体に関する。
The present invention relates to an ionic conductor, and more particularly, to an ionic conductor having improved electrical resistance and electrode efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯電話、携帯情報端末など携帯電子機
器用の電池として、ニッケル・カドミウム蓄電池の約2
倍のエネルギー密度を有するニッケル・水素蓄電池が開
発され、また、ニッケル・水素蓄電池のエネルギー密度
をさらに上回るリチウムイオン二次電池が開発されてい
る。
2. Description of the Related Art As batteries for portable electronic devices such as portable telephones and portable information terminals, approximately 2% of nickel-cadmium storage batteries are used.
A nickel-metal hydride storage battery having twice the energy density has been developed, and a lithium-ion secondary battery has been developed which further exceeds the energy density of the nickel-metal hydride storage battery.

【0003】しかしながら、これらの電池はいずれも液
体電解質を使用しており、液漏れを防ぐために金属缶な
どに密閉して充填しなければならず、電池の軽量化や薄
型化に関する問題点があった。特に、リチウムイオン二
次電池においては、リチウムと水との反応性が高いため
有機系電解質が使用され、安全性の点で問題がある。ま
た、過充放電対策として種々の機構を電池に設ける必要
があり、電池の薄型化の障害となっていた。
However, all of these batteries use a liquid electrolyte, and must be hermetically sealed in a metal can or the like in order to prevent liquid leakage. Was. Particularly, in a lithium ion secondary battery, an organic electrolyte is used because of high reactivity between lithium and water, and there is a problem in safety. In addition, various mechanisms must be provided in the battery as a countermeasure for overcharging and discharging, which has been an obstacle to thinning the battery.

【0004】この問題点を解決しうる二次電池として、
電解質として固体の高分子を用いた高分子電解質電池が
注目されている。高分子電解質電池は、液漏れや電解液
の燃焼等の心配がない高い安全性を有する。また、電装
缶を使用しないため、形状設計の自由性が高い。さら
に、電池をアルミラミネートパックで包装するだけでよ
いので、薄型化や軽量化が可能である。これらの理由か
ら電子機器等の電池には電解液が固体状の高分子電解質
電池が好適であり、各種研究開発が活発に行われてい
る。
As a secondary battery capable of solving this problem,
Attention has been focused on a polymer electrolyte battery using a solid polymer as an electrolyte. The polymer electrolyte battery has high safety without fear of liquid leakage, electrolyte solution combustion, and the like. In addition, since an electric can is not used, the degree of freedom in shape design is high. Furthermore, since the batteries need only be packaged in an aluminum laminate pack, the thickness and weight can be reduced. For these reasons, a polymer electrolyte battery having a solid electrolyte is suitable for batteries of electronic devices and the like, and various research and development are being actively conducted.

【0005】しかしながら、全固体型の高分子電解質電
池には未解決の問題点がある。その1つは、電気抵抗が
大きいため目的とするシステム中に組み込んだ場合の電
気エネルギーの損失が大きい点である。電気抵抗を低下
させる技術として、特開平10−60210号公報、特
開平10−67849号公報には、5員環カーボネート
を官能基として有する高分子電解質が開示されている。
However, the all-solid-state polymer electrolyte battery has an unsolved problem. One of them is that the electric resistance is large, so that the electric energy is largely lost when incorporated into a target system. As a technique for reducing electric resistance, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-60210 and 10-67849 disclose a polymer electrolyte having a 5-membered ring carbonate as a functional group.

【0006】しかしながら、高分子鎖の運動はランダム
であり、イオン伝導経路が予め決定されているわけでは
ないため、イオン伝導性はランダムに揺れ動く分子鎖の
中を酸素の非共有電子対と相互作用する事により安定化
される確率に依存しており、さらなる電気抵抗低減のた
めの技術が所望されている。
However, since the motion of the polymer chain is random and the ionic conduction path is not predetermined, the ionic conductivity interacts with the lone pair of oxygen in the randomly oscillating molecular chain. Therefore, a technique for further reducing electric resistance is desired.

【0007】また、高分子電解質が負極と親和性をもた
ないため、負極界面で高分子電解質が結晶化を引き起こ
し、高分子電解質と負極材料との間での電極反応効率が
低下してしまう点が問題となっている。
Further, since the polymer electrolyte has no affinity for the negative electrode, the polymer electrolyte causes crystallization at the negative electrode interface, and the electrode reaction efficiency between the polymer electrolyte and the negative electrode material decreases. The point is a problem.

【0008】さらに、従来のポリエチレンオキサイド構
造を使用した高分子電解質膜を用いて電池を製造した場
合、電池が何らかの異常に見舞われても、伝導されるイ
オン量を低減させることによって異常電流や異常電圧を
遮断する機能は電池の構成材料には見られなかった。
Further, when a battery is manufactured using a conventional polymer electrolyte membrane using a polyethylene oxide structure, even if the battery experiences any abnormality, an abnormal current or an abnormality can be obtained by reducing the amount of ions transmitted. The function of cutting off the voltage was not found in the constituent materials of the battery.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み完成されたものであり、電気抵抗が低く、電極効
率が良好で、さらに安全性に優れた高分子構造体および
イオン伝導体を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been completed in view of the above problems, and has a low electric resistance, a good electrode efficiency, and a high safety and a polymer structure and an ionic conductor. The purpose is to provide.

【0010】また、前記イオン伝導体の製造方法を提供
することを目的とする。
[0010] It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the ionic conductor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子電解質
を構成する高分子が螺旋形状をとることにより、イオン
伝導のための経路が確立される点、このような螺旋形状
は温度が上昇すると高分子がランダムコイル形状をとる
ことによって崩れる点、に着目し完成されたものであ
り、請求項毎に次のように構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that the polymer constituting the polymer electrolyte takes a helical shape, thereby establishing a path for ionic conduction. Then, the polymer is completed by paying attention to a point that the polymer collapses by taking a random coil shape, and is configured as follows in each claim.

【0012】請求項1に記載の発明は、極性官能基およ
びイオン相互作用官能基を含み、分子内相互作用によっ
て螺旋形状を形成してなることを特徴とする高分子構造
体である。
The invention described in claim 1 is a polymer structure comprising a polar functional group and an ionic interaction functional group, and formed in a helical shape by intramolecular interaction.

【0013】請求項2に記載の発明は、難燃性官能基を
さらに含んでなることを特徴とする請求項1に記載の高
分子構造体である。
The invention according to claim 2 is the polymer structure according to claim 1, further comprising a flame-retardant functional group.

【0014】請求項3に記載の発明は、陽イオン性官能
基をさらに含んでなることを特徴とする請求項1または
2に記載の高分子構造体である。
The invention according to claim 3 is the polymer structure according to claim 1 or 2, further comprising a cationic functional group.

【0015】請求項4に記載の発明は、高分子中におい
て、下記式(1):
According to a fourth aspect of the present invention, in the polymer, the following formula (1):

【0016】[0016]

【化3】 Embedded image

【0017】(式中、R1は極性官能基であり、R2は不
斉原子であり、R3はイオン相互作用官能基であり、R4
は水素原子または化合物の基であり、R5は存在しない
または化合物の基である)で表される1または2以上の
モノマーユニットを有する螺旋形状の高分子構造体であ
る。
Wherein R 1 is a polar functional group, R 2 is an asymmetric atom, R 3 is an ionic interaction functional group, and R 4
Is a hydrogen atom or a group of a compound, and R 5 is absent or a group of a compound.) Is a helical polymer structure having one or more monomer units.

【0018】請求項5に記載の発明は、前記モノマーユ
ニットの少なくとも1つは、R4が難燃性官能基である
ことを特徴とする請求項4に記載の高分子構造体であ
る。
The invention according to claim 5 is the polymer structure according to claim 4, wherein in at least one of the monomer units, R 4 is a flame-retardant functional group.

【0019】請求項6に記載の発明は、前記モノマーユ
ニットの少なくとも1つは、R4が陽イオン性官能基で
あることを特徴とする請求項4または5に記載の高分子
構造体である。
The invention according to claim 6 is the polymer structure according to claim 4 or 5, wherein in at least one of the monomer units, R 4 is a cationic functional group. .

【0020】請求項7に記載の発明は、下記式(2):According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the following formula (2):

【0021】[0021]

【化4】 Embedded image

【0022】(式中、R1、R2、R3、R5は前記定義通
りであり、R6は難燃性官能基であり、R7は陽イオン性
官能基であり、mは5〜4000、nは2〜1000、
Xは10〜3000である)で表されることを特徴とす
る請求項4に記載の高分子構造体。
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are as defined above, R 6 is a flame-retardant functional group, R 7 is a cationic functional group, and m is 5 ~ 4000, n is 2-1000,
X is 10-3000), The polymer structure of Claim 4 characterized by the above-mentioned.

【0023】請求項8に記載の発明は、R1は−C(=
O)NH−であり、R2は炭素原子であり、R3はオクセ
タン基であり、R5は存在せず、R6はホスファゼン基で
あり、R7は5−トリメチルアンモニウムナフチル基で
あり、mは60〜2600であり、nは15〜630で
あり、Xは230〜2100であることを特徴とする請
求項7に記載の高分子構造体である。
According to an eighth aspect of the present invention, R 1 is -C (=
O) NH—, R 2 is a carbon atom, R 3 is an oxetane group, R 5 is absent, R 6 is a phosphazene group, R 7 is a 5-trimethylammonium naphthyl group, The polymer structure according to claim 7, wherein m is 60 to 2600, n is 15 to 630, and X is 230 to 2100.

【0024】請求項9に記載の発明は、120〜200
℃の範囲に相転移温度を有し、相転移温度以上の温度で
はランダムコイル形状になることを特徴とする請求項1
〜8のいずれか1項に記載の高分子構造体である。
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising:
2. A coil having a phase transition temperature in the range of ° C., and having a random coil shape at a temperature higher than the phase transition temperature.
9. The polymer structure according to any one of items 1 to 8.

【0025】請求項10に記載の発明は、螺旋のピッチ
が0.01〜6nmであることを特徴とする請求項1〜
9のいずれか1項に記載の高分子構造体である。
According to a tenth aspect of the present invention, the spiral pitch is 0.01 to 6 nm.
10. The polymer structure according to any one of 9.

【0026】請求項11に記載の発明は、螺旋1ピッチ
あたり3〜80個の原子が主鎖に含まれることを特徴と
する請求項1〜10のいずれか1項に記載の高分子構造
体である。
The polymer structure according to any one of claims 1 to 10, wherein the main chain contains 3 to 80 atoms per pitch of the spiral. It is.

【0027】請求項12に記載の発明は、請求項1〜1
1項のいずれか1項に記載の高分子構造体および電解質
化合物からなるイオン伝導体である。
The twelfth aspect of the present invention relates to the first to first aspects.
An ionic conductor comprising the polymer structure according to any one of the above items 1 and an electrolyte compound.

【0028】請求項13に記載の発明は、反応温度を−
70〜40℃の温度範囲に設定し、有機金属を重合系の
全質量に対して0.2〜12質量%、脱水縮合剤を0.
5〜20質量%存在させて重合する過程を含むことを特
徴とする請求項7または8に記載の高分子構造体の製造
方法である。
The invention according to claim 13 is characterized in that the reaction temperature is-
The temperature is set in the range of 70 to 40 ° C., the organic metal is 0.2 to 12% by mass relative to the total mass of the polymerization system, and the dehydrating condensing agent is 0.1 to 0.1% by mass.
The method for producing a polymer structure according to claim 7 or 8, further comprising a step of performing polymerization in the presence of 5 to 20% by mass.

【0029】請求項14に記載の発明は、高分子を極性
溶剤に溶解または分散させ、60〜120℃に10〜3
00秒間保持し、−3〜−20℃/minの冷却速度で
高分子を急冷させ、−50〜−10℃の範囲で10〜3
00秒間保持することにより螺旋形状とする過程を含む
ことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載
の高分子構造体の製造方法である。
The invention according to claim 14 is to dissolve or disperse the polymer in a polar solvent, and to dissolve the polymer at 60 to 120 ° C.
Hold for 00 seconds, quench the polymer at a cooling rate of -3 to -20 ° C / min, and
The method for producing a polymer structure according to any one of claims 1 to 11, comprising a step of forming a spiral shape by holding the structure for 00 seconds.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように構成された本発明によれ
ば、請求項毎に次のような効果を奏する。
According to the present invention configured as described above, the following effects can be obtained for each claim.

【0031】請求項1および4に記載の発明にあって
は、高分子電解質を形成する高分子主鎖中の極性官能基
の作用により、高分子構造体の分子鎖内部で相互作用が
発現し、高分子構造体が螺旋形状を呈し、イオン相互作
用官能基の作用により螺旋内部にイオン伝導の経路が明
確に形成されるため、イオン輸送量を増大する、即ちイ
オン伝導体を形成した際の電気抵抗が減少する。また、
高分子構造体の螺旋形状は、高温下ではランダム形状に
変化するため、イオン輸送量が非常に大きく成り過ぎた
場合にイオン伝導を抑制することができる。即ち高い安
全性を有する。その他、膜強度、耐熱性、製膜性、柔軟
性、充放電効率、放電レートにおいても優れた特性を示
す。
According to the first and fourth aspects of the present invention, an interaction develops inside the molecular chain of the polymer structure due to the action of the polar functional group in the polymer main chain forming the polymer electrolyte. The polymer structure has a helical shape, and the ion conduction path is clearly formed inside the helix by the action of the ionic interaction functional group, so that the ion transport amount is increased, that is, when the ionic conductor is formed. The electric resistance decreases. Also,
The helical shape of the polymer structure changes to a random shape at a high temperature, so that ionic conduction can be suppressed when the amount of ion transport becomes too large. That is, it has high security. In addition, it shows excellent characteristics in film strength, heat resistance, film forming property, flexibility, charge / discharge efficiency, and discharge rate.

【0032】請求項2および5に記載の発明にあって
は、難燃性官能基を高分子構造体に導入することによ
り、難燃性を向上させることができる。
According to the second and fifth aspects of the present invention, flame retardancy can be improved by introducing a flame retardant functional group into the polymer structure.

【0033】請求項3および6に記載の発明にあって
は、高分子構造体が高温下において、螺旋構造からラン
ダム構造に変化した場合に、陽イオン性官能基の作用に
より、イオン伝導を抑制する効果がさらに向上するた
め、より高い安全性を付与することができる。また、高
分子電解質として用いたとき、負極での結晶化を抑制す
る作用を果たすためサイクル性能が良好となる。
According to the third and sixth aspects of the present invention, when the polymer structure changes from a helical structure to a random structure at a high temperature, the ionic conduction is suppressed by the action of the cationic functional group. Therefore, higher safety can be provided. Further, when used as a polymer electrolyte, it has an effect of suppressing crystallization at the negative electrode, so that cycle performance is improved.

【0034】請求項7に記載の発明にあっては、難燃性
官能基を有するユニットおよび陽イオン性官能基を有す
るユニットの重合状態を規定することにより、難燃性お
よび安全性の効果をより効果的に付与することができ
る。
According to the present invention, the effect of flame retardancy and safety can be improved by defining the polymerization state of the unit having a flame-retardant functional group and the unit having a cationic functional group. It can be more effectively applied.

【0035】請求項8に記載の発明にあっては、請求項
1〜6の効果をより顕著に得ることができる。
According to the eighth aspect of the invention, the effects of the first to sixth aspects can be more remarkably obtained.

【0036】請求項9に記載の発明にあっては、好適な
相転移温度を規定することにより、請求項1〜8の効果
に加えて、さらなる安全性を付与することができる。
According to the ninth aspect of the present invention, by defining a suitable phase transition temperature, further safety can be provided in addition to the effects of the first to eighth aspects.

【0037】請求項10に記載の発明にあっては、螺旋
のピッチを規定することにより、製膜性および力学的強
度をさらに向上させることができる。
According to the tenth aspect of the present invention, by defining the pitch of the spiral, the film formability and the mechanical strength can be further improved.

【0038】請求項11に記載の発明にあっては、螺旋
1ピッチあたりの原子数を規定することにより、耐熱度
をさらに向上させることができる。
According to the eleventh aspect, the heat resistance can be further improved by defining the number of atoms per spiral pitch.

【0039】請求項12に記載の発明にあっては、請求
項1〜11の効果を有するイオン伝導体を得ることがで
きる。
According to the twelfth aspect of the invention, an ionic conductor having the effects of the first to eleventh aspects can be obtained.

【0040】請求項13に記載の発明にあっては、難燃
性官能基を含むモノマーおよび陽イオン性官能基を含む
モノマーを用いて共重合する際の、反応温度、加える有
機金属量、脱水縮合剤量を規定することにより、イオン
伝導度、力学的強度、耐熱性等の性質に優れた高分子構
造体を得ることができる。
In the invention according to the thirteenth aspect, the reaction temperature, the amount of the added organic metal, the amount of dehydration, and the amount of the copolymer when using a monomer containing a flame retardant functional group and a monomer containing a cationic functional group are copolymerized. By defining the amount of the condensing agent, a polymer structure excellent in properties such as ionic conductivity, mechanical strength, and heat resistance can be obtained.

【0041】請求項14に記載の発明にあっては、保持
温度、保持時間、冷却速度を規定することにより、イオ
ン伝導度、負極との密着性、負極効率、耐熱性、柔軟性
等に優れた高分子構造体を得ることができる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, by defining the holding temperature, the holding time, and the cooling rate, the ion conductivity, the adhesion to the negative electrode, the negative electrode efficiency, the heat resistance, the flexibility and the like are excellent. Polymer structure can be obtained.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】本願第1の発明は、極性官能基お
よびイオン相互作用官能基を含む高分子であって、分子
内相互作用によって螺旋形状を形成してなることを特徴
とする高分子である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The first invention of the present application is a polymer containing a polar functional group and an ionic interacting functional group, wherein the polymer has a helical shape formed by intramolecular interaction. It is.

【0043】本発明における高分子主鎖は、主鎖上に多
数の極性基を有している。この極性基間で働く相互作用
によって高分子主鎖は螺旋形状を呈する。相互作用の種
類としては水素結合、イオン性相互作用、ファンデルワ
ールス相互作用などが挙げられるが、これらに限定され
るものではない。具体的には、高分子中において、下記
式(2):
The polymer main chain in the present invention has many polar groups on the main chain. The polymer main chain exhibits a helical shape due to the interaction acting between the polar groups. Examples of the type of interaction include, but are not limited to, hydrogen bonding, ionic interaction, van der Waals interaction, and the like. Specifically, in a polymer, the following formula (2):

【0044】[0044]

【化5】 Embedded image

【0045】(式中、R1は極性官能基であり、R2は不
斉原子であり、R3はイオン相互作用官能基であり、R4
は水素原子または化合物の基であり、R5は存在しない
または化合物の基である)で表される1または2以上の
モノマーユニットを有する螺旋形状の高分子構造体が挙
げられる。本発明の高分子構造体は、単一のモノマーユ
ニットからなるホモポリマーであっても、2以上のモノ
マーユニットからなる共重合体であってもよい。
Wherein R 1 is a polar functional group, R 2 is an asymmetric atom, R 3 is an ionic interaction functional group, and R 4
Is a hydrogen atom or a group of a compound, and R 5 is absent or a group of a compound), and a helical polymer structure having one or more monomer units represented by the following formula: The polymer structure of the present invention may be a homopolymer composed of a single monomer unit or a copolymer composed of two or more monomer units.

【0046】本発明において極性官能基とは、双極子モ
ーメントが大きい極性官能基をいう。具体的には−C
(=O)NH−、−NH−、−C(=O)NHC(=
O)−、−SO2−、−NHC(=O)O−、−C64
−、−C(=O)O−、−C(=O)S−、−SO
3−、−C64C(=O)O−、−NHC(=O)NH
−、−HPO4−、
In the present invention, the polar functional group means a polar functional group having a large dipole moment. Specifically, -C
(= O) NH-, -NH-, -C (= O) NHC (=
O) -, - SO 2 - , - NHC (= O) O -, - C 6 H 4
-, -C (= O) O-, -C (= O) S-, -SO
3 -, - C 6 H 4 C (= O) O -, - NHC (= O) NH
-, - HPO 4 -,

【0047】[0047]

【化6】 Embedded image

【0048】などが挙げられ、−C(=O)NH−が特
に好ましいがこれらに限定されるものではない。また、
これらの官能基を有するアルキル基であってもよい。
And -C (= O) NH- is particularly preferred, but is not limited thereto. Also,
An alkyl group having these functional groups may be used.

【0049】極性官能基を有することにより、高分子鎖
内部でこれら極性官能基間に相互作用が働く。その結
果、高分子鎖の形状が螺旋状となる。本発明の高分子を
用いた高分子電解質においては、螺旋形状の高分子鎖内
部が金属イオンの伝導経路となる。このようにイオン伝
導経路が確立されているので、従来ポリマー電池用とし
て用いられてきた固体高分子電解質膜の材料であるポリ
エチレンオキサイド構造に比べて、イオン伝導性を増大
させる事が可能である。
By having a polar functional group, an interaction acts between these polar functional groups inside the polymer chain. As a result, the shape of the polymer chain becomes spiral. In the polymer electrolyte using the polymer of the present invention, the inside of the helical polymer chain serves as a metal ion conduction path. Since the ion conduction path is established in this way, it is possible to increase the ion conductivity as compared with the polyethylene oxide structure which is the material of the solid polymer electrolyte membrane conventionally used for polymer batteries.

【0050】本発明において不斉原子とは、結合した官
能基の種類が4つとも全て異なるキラル(不斉)の原子
をいい、炭素原子、ケイ素原子、ホウ素原子などが挙げ
られ、炭素原子が特に好ましい。このようなキラル原子
を構造中に含むことによって螺旋形状になり易くなる。
In the present invention, the asymmetric atom means a chiral (asymmetric) atom in which all four types of the functional groups are different from each other, and examples thereof include a carbon atom, a silicon atom, and a boron atom. Particularly preferred. By including such a chiral atom in the structure, a helical shape is easily formed.

【0051】本発明においてイオン相互作用官能基と
は、イオン伝導に寄与する官能基であり、イオン相互作
用官能基に含まれる非共有電子対またはπ電子対の作用
によって金属イオンが伝達される。具体的には、オクセ
タン基、エポキシ基、アセトアミド基、カルボキシル
基、アミノ基、アミド基、フェニル基、ニトリル基、ス
ルホン酸基、リン酸基などが挙げられ、オクセタン基が
好ましいがこれらに限定されるものではない。
In the present invention, the ionic interaction functional group is a functional group that contributes to ion conduction, and a metal ion is transmitted by the action of a lone pair or a π electron pair contained in the ionic interaction functional group. Specific examples include an oxetane group, an epoxy group, an acetamido group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, a phenyl group, a nitrile group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. Not something.

【0052】不斉原子には、各種化合物の基が結合して
いてもよく特に限定されるものではなく、螺旋形状を有
し、イオン伝導のための好適な経路を形成するなどの効
果を考慮すると、化合物の基の大きさは0.2〜3Åで
あることが好適である。
The asymmetric atom may be bonded to a group of various compounds, and is not particularly limited. The asymmetric atom has a helical shape and takes into consideration effects such as forming a suitable path for ion conduction. Then, the size of the group of the compound is preferably from 0.2 to 3 °.

【0053】不斉原子と隣接するモノマーユニットとは
直接結合していてもよく、化合物の基を介して結合して
いてもよい。化合物の基としては、−(C=O)−、−
CH 2NH−、−CH2CH2O−、−CH2CH2CH2
−、−CH2SO2−、−CH 2CH(CH3)O−などが
挙げられるがこれらに限定されるものではない。化合物
の基を介して結合する時は、該化合物において高分子構
造体の主鎖を形成する原子数は10個以下であることが
好ましく、4個以下であることがより好ましく、3個以
下であることが特に好ましい。
The asymmetric atom and the adjacent monomer unit are
May be directly bonded, or may be bonded through a group of the compound.
It may be. Compound groups include-(C = O)-,-
CH TwoNH-, -CHTwoCHTwoO-, -CHTwoCHTwoCHTwoO
-, -CHTwoSOTwo-, -CH TwoCH (CHThree) O- etc.
Examples include, but are not limited to: Compound
When bonded through a group of
The number of atoms forming the main chain of the structure should be 10 or less
Preferably, the number is 4 or less, more preferably 3 or less.
Particularly preferred is below.

【0054】本発明の高分子構造体には、難燃性官能基
をさらに含ませることが好ましい。具体的には式(1)
において、R4が難燃性官能基であることが好ましい。
本発明において難燃性官能基とは、ハロゲン、リンなど
を含み高分子電解質材料が万が一火中に遭遇した場合の
ために高分子構造体に難燃性を付与する官能基である。
難燃性官能基の具体例としては、ホスファゼン基、クロ
ロ基、ブロモ基、フルオロ基、ヨード基などが挙げら
れ、ホスファゼン基が特に好ましいがこれらに限定され
るものではない。このような難燃性官能基を結合させる
ことにより、材料自体の着火を抑制することができ、従
来の高分子電解質に比して耐火性を向上させることがで
きる。この場合、高分子を構成する全モノマーユニット
に難燃性官能基を含ませることは必ずしも必要ではな
い。
It is preferable that the polymer structure of the present invention further contains a flame-retardant functional group. Specifically, equation (1)
In the formula, R 4 is preferably a flame-retardant functional group.
In the present invention, the flame-retardant functional group is a functional group containing halogen, phosphorus, etc., which imparts flame retardancy to the polymer structure in the event that the polymer electrolyte material is encountered in a fire.
Specific examples of the flame-retardant functional group include a phosphazene group, a chloro group, a bromo group, a fluoro group, and an iodo group. A phosphazene group is particularly preferred, but is not limited thereto. By bonding such a flame-retardant functional group, ignition of the material itself can be suppressed, and fire resistance can be improved as compared with a conventional polymer electrolyte. In this case, it is not always necessary to include a flame-retardant functional group in all the monomer units constituting the polymer.

【0055】本発明の高分子構造体には、陽イオン性官
能基をさらに含ませることが好ましい。具体的には式
(1)において、R4が陽イオン性官能基であることが
好ましい。なお、本発明において陽イオン性官能基と
は、正に帯電し、陽イオンになり易い官能基をいう。こ
の場合も高分子を構成する全モノマーユニットに陽イオ
ン性官能基を含ませることは必ずしも必要ではない。
It is preferable that the polymer structure of the present invention further contains a cationic functional group. Specifically, in the formula (1), R 4 is preferably a cationic functional group. In the present invention, the cationic functional group refers to a functional group that is positively charged and easily becomes a cation. Also in this case, it is not always necessary to include a cationic functional group in all the monomer units constituting the polymer.

【0056】本発明の螺旋構造を有する高分子は、水素
結合などの相互作用のバランスを調節することにより、
所定温度で後述するような相転移現象が発生するように
仕向ける事ができる。陽イオン性官能基が高分子構造体
に結合していると、螺旋構造においてはヘリックス構造
の外側に向いており、イオン伝導には何ら支障をきたさ
なかった陽イオン性官能基が、ランダム構造となった高
分子鎖中では伝導して来る正電荷イオンに対して排斥効
果(シャットダウン効果)を示す。このような陽イオン
性官能基によって、電池に異常電流が生じた場合、電池
内部で電流を抑制させる機能がさらに高いものとなる。
陽イオン性官能基は嵩高いほど、シャットダウン効果が
強くなるため、嵩高いことが好ましい。この場合、高分
子を構成する全モノマーユニットに陽イオン性官能基を
含ませることは必ずしも必要ではない。
The polymer having a helical structure of the present invention can control the balance of interactions such as hydrogen bonding,
At a predetermined temperature, a phase transition phenomenon as described later can be caused to occur. When the cationic functional group is bonded to the polymer structure, the helical structure faces the outside of the helical structure, and the cationic functional group that did not hinder ion conduction at all has a random structure. In the converted polymer chain, it exhibits an exclusion effect (shutdown effect) for conducting positively charged ions. When an abnormal current occurs in the battery due to such a cationic functional group, the function of suppressing the current inside the battery is further enhanced.
It is preferable that the cationic functional group be bulky because the bulkier the cationic functional group, the stronger the shutdown effect. In this case, it is not always necessary to include a cationic functional group in all monomer units constituting the polymer.

【0057】陽イオン性官能基の具体例としては、5―
トリメチルアンモニウムナフチル基、2−トリメチルア
ンモニウムアダマンチル基、5−トリメチルアンモニウ
ムノルボルニル基、2−トリメチルアンモニウムカルバ
ゾリル基、トリフェニルアンモニウム基、2−トリメチ
ルアンモニウム−N−カルバゾリル基、6−トリメチル
アンモニウム−3−カルボン酸エステル−アダマンチル
基、6−トリメチルアンモニウム−3−アミド−アダマ
ンチル基、o−(5−ノルボルネン−2,3−ジカルボ
キシイミド)−N,N,N´,N´−テトラメチル尿素
基、2−メチル−3−プロピルベンゾチアゾリウム基、
4−メチル−2−フェニル−1−ベンゾピリリウム基、
1−エチル−4−フェニルピリジニウム基、3−エチル
−2−メチルベンゾチアゾリウム、エチジウム基、3、
3´−ジエチルオキサジカルボシアニン基、トリフェニ
ル(2−ピリジルメチル)ホスホニウム基、2,4,6
−トリフェニルピリリウム基、トリプロパルギルアミン
基などが挙げられ、5−トリメチルアンモニウムナフチ
ル基が好ましいが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
Specific examples of the cationic functional group include 5-
Trimethylammonium naphthyl group, 2-trimethylammonium adamantyl group, 5-trimethylammonium norbornyl group, 2-trimethylammonium carbazolyl group, triphenylammonium group, 2-trimethylammonium-N-carbazolyl group, 6-trimethylammonium- 3-carboxylic acid ester-adamantyl group, 6-trimethylammonium-3-amide-adamantyl group, o- (5-norbornene-2,3-dicarboximide) -N, N, N ', N'-tetramethylurea Group, 2-methyl-3-propylbenzothiazolium group,
4-methyl-2-phenyl-1-benzopyrylium group,
1-ethyl-4-phenylpyridinium group, 3-ethyl-2-methylbenzothiazolium, ethidium group, 3,
3′-diethyloxadicarbocyanine group, triphenyl (2-pyridylmethyl) phosphonium group, 2,4,6
-Triphenylpyrylium group, tripropargylamine group and the like, and a 5-trimethylammonium naphthyl group is preferable, but the present invention is not limited to these.

【0058】難燃性官能基および陽イオン性官能基を双
方含む高分子構造体を構成する場合には、下記式
(2):
When constructing a polymer structure containing both a flame-retardant functional group and a cationic functional group, the following formula (2):

【0059】[0059]

【化7】 Embedded image

【0060】(式中、R1、R2、R3、R5は前記定義通
りであり、R6は難燃性官能基であり、R7は陽イオン性
官能基であり、mは5〜4000、nは2〜1000、
Xは10〜3000である)で表される高分子構造体と
することが好ましい。なお、m、n、Xは平均値であ
り、NMRおよび元素分析を併用することによって測定
することができる。
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are as defined above, R 6 is a flame-retardant functional group, R 7 is a cationic functional group, and m is 5 ~ 4000, n is 2-1000,
X is 10 to 3000). In addition, m, n, and X are average values, and can be measured by using NMR and elemental analysis together.

【0061】難燃性基が不足していると難燃性を効果的
に付与できないため、この観点からmは5以上が好まし
く、60以上であることがより好ましく、360以上で
あることが特に好ましい。また、難燃性基が過剰に存在
すると陽イオン性官能基の密度が小さくなるため、mは
4000以下が好ましく、2600以下であることがよ
り好ましく、1800以下であることが特に好ましい。
If the flame-retardant group is insufficient, flame retardancy cannot be effectively imparted. Therefore, from this viewpoint, m is preferably 5 or more, more preferably 60 or more, and particularly preferably 360 or more. preferable. Further, since the density of the cationic functional group decreases when the flame retardant group is present in excess, m is preferably 4000 or less, more preferably 2600 or less, and particularly preferably 1800 or less.

【0062】異常時に高分子構造体がランダム形状を呈
した際のシャットダウン効果を充分持たせるためには、
nは2以上が好ましく、15以上であることがより好ま
しく、80以上であることが特に好ましい。また、高分
子構造体中の陽イオン性官能基の密度が高すぎると、疎
水−疎水相互作用が主鎖上のヘリックス構造を作る相互
作用より強くなり、結果的に主鎖がヘリックス構造を形
成しなくなる恐れがあるため、1000以下が好まし
く、630以下であることがより好ましく、470以下
であることが特に好ましい。
In order to provide a sufficient shutdown effect when the polymer structure assumes a random shape at the time of an abnormality,
n is preferably 2 or more, more preferably 15 or more, and particularly preferably 80 or more. Also, if the density of the cationic functional groups in the polymer structure is too high, the hydrophobic-hydrophobic interaction becomes stronger than the interaction that forms the helical structure on the main chain, and as a result, the main chain forms a helical structure Since there is a possibility that it will not occur, it is preferably 1,000 or less, more preferably 630 or less, and particularly preferably 470 or less.

【0063】高分子構造体の分子量を充分大きくし、製
膜性を高めるために、Xは10以上が好ましく、230
以上であることがより好ましく、450以上であること
が特に好ましい。また、分子量があまりに大きくなると
高分子構造体の柔軟性が低下する恐れがあるため、30
00以下が好ましく、2100以下であることがより好
ましく、1680以下であることが特に好ましい。
X is preferably 10 or more in order to sufficiently increase the molecular weight of the polymer structure and enhance the film forming property.
It is more preferably at least 450, and particularly preferably at least 450. If the molecular weight is too large, the flexibility of the polymer structure may be reduced.
00 or less, more preferably 2100 or less, and particularly preferably 1680 or less.

【0064】本発明の高分子構造体は、螺旋形状が所定
温度以上になるとコンホメーション転移を起こし、ラン
ダム形状となることが好ましい。ランダム転移すること
により、上記説明したように、陽イオン性官能基の作用
によって伝導性を減少させることができ、異常電圧、異
常電流による電池温度が上昇を抑制することができ、安
全性が向上する。
The polymer structure of the present invention preferably undergoes a conformational transition when the helical shape exceeds a predetermined temperature and becomes a random shape. By random transition, as described above, the conductivity can be reduced by the action of the cationic functional group, the battery temperature can be suppressed from rising due to the abnormal voltage and the abnormal current, and the safety can be improved. I do.

【0065】ランダム形状となる温度(相転移温度)を
下げるためには高分子構造体中の相互作用を弱める必要
があるため、螺旋構造が部分的に破壊されてしまい、そ
の結果イオン伝導度が低下する恐れがある。このため、
相転移温度は120℃以上が好ましく、150℃以上で
あることがより好ましい。また、相転移温度が必要以上
に高いと、螺旋構造を構築する官能基間の相互作用が強
くなりすぎ、結果として膜の脆性が増大してしまうた
め、200℃以下が好ましく、180℃以下であること
がより好ましい。
In order to lower the temperature at which a random shape is formed (phase transition temperature), it is necessary to weaken the interaction in the polymer structure, so that the helical structure is partially broken, and as a result, the ionic conductivity is reduced. May drop. For this reason,
The phase transition temperature is preferably 120 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher. Further, if the phase transition temperature is higher than necessary, the interaction between the functional groups constituting the helical structure becomes too strong, resulting in an increase in the brittleness of the film. More preferably, there is.

【0066】また、螺旋のピッチを規定することが好ま
しい。なお、本発明において螺旋のピッチとは、螺旋構
造の並進規則性の単位であり、螺旋高分子の主鎖上の一
点を始点元素として高分子構造体の伸張方向に直線を引
くとき、始点元素から高分子主鎖上を辿って初めて出会
う元素を終点元素とした場合の始点元素から終点元素ま
での距離として定義される。ピッチが小さすぎると、溶
剤との親和性が低下し、その結果製膜性が低下する恐れ
がある。また、高分子主鎖の結晶化度が大きくなり過
ぎ、固体高分子電解質膜の力学的強度が小さくなってし
まう恐れがある。このため、螺旋のピッチは0.01n
m以上が好ましく、0.08nm以上であることがより
好ましい。逆にピッチが大きすぎると、伝導するイオン
が螺旋構造の中から外へ出てしまい、イオン伝導度が低
下する恐れがある。また、結晶化度が減少しすぎ、イオ
ン伝導膜を調製したときに膜の力学的強度が低下する恐
れがある。このため、6nm以下が好ましく、2.5n
m以下であることがより好ましい。
It is preferable to define the spiral pitch. In the present invention, the helical pitch is a unit of translation regularity of the helical structure, and when a point on the main chain of the helical polymer is drawn as a starting element, a straight line is drawn in the direction of extension of the polymer structure. Is defined as the distance from the starting element to the ending element when the element encountered for the first time on the polymer main chain is the ending element. If the pitch is too small, the affinity for the solvent may decrease, and as a result, the film-forming property may decrease. Further, the crystallinity of the polymer main chain becomes too large, and the mechanical strength of the solid polymer electrolyte membrane may be reduced. For this reason, the spiral pitch is 0.01 n
m or more, more preferably 0.08 nm or more. Conversely, if the pitch is too large, the conducting ions may go out of the helical structure and the ionic conductivity may be reduced. In addition, the crystallinity may be excessively reduced, and the mechanical strength of the ion conductive membrane may be reduced when the membrane is prepared. For this reason, 6 nm or less is preferable, and 2.5 n
m is more preferable.

【0067】また、螺旋1ピッチあたりに高分子の主鎖
に含まれる原子数を規定することが好ましい。原子数が
少なすぎると螺旋を構築する官能基間の相互作用が小さ
くなり、螺旋構造の径などが温度によって変化しやすく
なるため、原子数は3個以上が好ましく、12個以上で
あることがより好ましい。また、原子数が多すぎると螺
旋を構築する官能基間の相互作用が大きくなり、螺旋構
造の径が小さくなりすぎる結果、イオン伝導が生じるた
めの径が確保できなくなるため、80個以下が好まし
く、45個以下であることがより好ましい。
It is preferable to define the number of atoms contained in the main chain of the polymer per one pitch of the spiral. When the number of atoms is too small, the interaction between the functional groups that form the helix becomes small, and the diameter of the helix structure easily changes with temperature. Therefore, the number of atoms is preferably 3 or more, and more preferably 12 or more. More preferred. Further, if the number of atoms is too large, the interaction between the functional groups forming the helix becomes large, and the diameter of the helix structure becomes too small. As a result, it becomes impossible to secure a diameter for generating ionic conduction. , 45 or less.

【0068】なお、螺旋1ピッチあたりに高分子に含ま
れる官能基数は、少なすぎると高分子鎖の揺らぎが小さ
くなり、柔軟性が低下する恐れがあるため、3個以上が
好ましく、6個以上であることがより好ましい。また、
多すぎるとイオンが螺旋状高分子構造体の内部に過度に
入りすぎ、イオン同士で反発が発生する結果、高分子電
解質のイオン伝導度が低下する恐れがある。このため、
30個以下が好ましく、18個以下であることがより好
ましい。
If the number of functional groups contained in the polymer per one pitch of the spiral is too small, the fluctuation of the polymer chain becomes small and the flexibility may be reduced. Is more preferable. Also,
If the amount is too large, the ions excessively enter the inside of the helical polymer structure, and repulsion occurs between the ions. As a result, the ion conductivity of the polymer electrolyte may be reduced. For this reason,
The number is preferably 30 or less, more preferably 18 or less.

【0069】本願第2の発明は、前記記載の高分子構造
体および電解質化合物からなるイオン伝導体である。本
発明のイオン伝導体は、リチウムポリマー二次電池等の
電池の電解質などに適用できる。本発明にかかる高分子
構造体をイオン伝導体に用いる際には、高分子構造体中
に電解質化合物を分散させる必要がある。電解質化合物
は、高分子電解質中において電気伝導性を持つ化合物を
いい、具体的には、LiN(CF3SO22、LiN
(C25SO22、LiN(CF2SO32、LiP
6、LiCF3SO3、LiBF4、LiPF6、LiN
2、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiC
N、LiClO4、LiNO3、C65COOLi、Na
Cl、NaBr、NaF、NaI、NaClO4、Na
CN、などが挙げられるが本発明はこれらに限定される
ものではない。電解質化合物は高分子電解質中に均一に
分散されることが好ましく、分散する方法としてはイオ
ン伝導体中に固形状のまま直接混合しても溶剤に溶解さ
せた後に混合してもよい。
The second invention of the present application is an ionic conductor comprising the above-described polymer structure and an electrolyte compound. The ionic conductor of the present invention can be applied to an electrolyte of a battery such as a lithium polymer secondary battery. When using the polymer structure according to the present invention as an ion conductor, it is necessary to disperse an electrolyte compound in the polymer structure. The electrolyte compound refers to a compound having electric conductivity in a polymer electrolyte, and specifically, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN
(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 2 SO 3 ) 2 , LiP
F 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN
H 2 , LiF, LiCl, LiBr, LiI, LiC
N, LiClO 4 , LiNO 3 , C 6 H 5 COOLi, Na
Cl, NaBr, NaF, NaI, NaClO 4 , Na
CN, and the like, but the present invention is not limited to these. The electrolyte compound is preferably dispersed uniformly in the polymer electrolyte, and may be dispersed directly in the ionic conductor in a solid state or may be mixed after being dissolved in a solvent.

【0070】電解質化合物の混合濃度が小さくなると高
分子電解質中のイオン濃度が低下し、イオン伝導度が低
下する恐れがある。また大きすぎるとイオン性化合物の
分散が不均一になってしまい、固体高分子膜の力学的強
度が低下する恐れがある。このため高分子電解質の混合
濃度はイオン伝導体の質量に対して0.1〜80質量%
が好ましく、20〜60質量%であることがより好まし
い。
When the mixture concentration of the electrolyte compound is reduced, the ion concentration in the polymer electrolyte is reduced, and the ion conductivity may be reduced. On the other hand, if it is too large, the dispersion of the ionic compound becomes uneven, and the mechanical strength of the solid polymer membrane may be reduced. Therefore, the mixing concentration of the polymer electrolyte is 0.1 to 80% by mass based on the mass of the ion conductor.
, Preferably 20 to 60% by mass.

【0071】図18に本発明にかかる高分子電解質電池
の一実施形態の概略断面図を示す。高分子電解質電池
は、正極2、イオン伝導体(高分子電解質膜)3、およ
び負極4が順に積層し、この積層体の両面にそれぞれ正
極集電体1と負極集電体5が配置され、さらに、正極集
電体と負極集電体の外側に外装材6が設けられた構造を
有する。電池の構成としては、電解質材料として本発明
にかかる高分子を用いる以外は各種公知技術を適宜用い
ることができる。
FIG. 18 is a schematic sectional view of one embodiment of the polymer electrolyte battery according to the present invention. In the polymer electrolyte battery, a positive electrode 2, an ion conductor (polymer electrolyte membrane) 3, and a negative electrode 4 are sequentially stacked, and a positive electrode current collector 1 and a negative electrode current collector 5 are disposed on both surfaces of the stacked body, respectively. Further, it has a structure in which an exterior material 6 is provided outside the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. As the configuration of the battery, various known techniques can be appropriately used except that the polymer according to the present invention is used as an electrolyte material.

【0072】正極材料としてはLiMn24、LiCo
2、Li2Cr27、Li2CrO4、などが挙げられ、
負極材料としては炭素、リチウム金属、などが挙げら
れ、負極材料の形状は平板状、波板状、棒状、粉末状な
どが挙げられ、負極材料のミクロ構造は積層状、球状、
繊維状、螺旋状、フィブリル状が挙げられるがいずれも
例示したものに限定される訳ではない。
As the positive electrode material, LiMn 2 O 4 , LiCo
O 2 , Li 2 Cr 2 O 7 , Li 2 CrO 4 , and the like,
Examples of the negative electrode material include carbon, lithium metal, and the like, and the shape of the negative electrode material includes a flat plate, a corrugated plate, a rod, and a powder.
Fibrous, helical, and fibril shapes can be mentioned, but are not limited to those exemplified.

【0073】本発明におけるポリマー電池は外装材で包
装することができる。このときの外装材の種類としては
アルミ箔、アルミ蒸着した有機フィルムなどを使用する
ことができる。有機フィルムの材質はポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、ナイロン、ポリエチレンテトラフ
ルオレートなどが挙げられるがこれらに限定される訳で
はない。
The polymer battery of the present invention can be packaged with an outer package. At this time, as the type of the exterior material, an aluminum foil, an aluminum-deposited organic film or the like can be used. Examples of the material of the organic film include, but are not limited to, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, nylon, and polyethylene tetrafluorate.

【0074】本発明によるポリマー電池は正負極及びイ
オン伝導体から成る単体セルとして用いることも、セル
を積層したスタックセルまたは組み電池として用いる事
もできる。このとき、単体セルと単体セルとの間には樹
脂フィルムや金属箔を挟むことが可能である。
The polymer battery according to the present invention can be used as a single cell composed of positive and negative electrodes and an ionic conductor, or can be used as a stacked cell in which cells are stacked or an assembled battery. At this time, a resin film or a metal foil can be interposed between the unit cells.

【0075】樹脂フィルムの材質としては高密度ポリエ
チレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテトラフルオレート、ポリブチレンテトラフルオ
レート、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、6,6
−ナイロン、6、12−ナイロン、ポリテトラフルオロ
エチレン、パーフルオロアルキルスルホン酸、ポリピロ
ール、ポリスチレン、ポリスチレン−ブタジエン共重合
体などであるが、これらに限定される訳ではない。
The resin film may be made of high-density polyethylene, low-density polyethylene, polypropylene, polyethylene tetrafluorate, polybutylene tetrafluorate, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride,
-Nylon, 6,12-nylon, polytetrafluoroethylene, perfluoroalkylsulfonic acid, polypyrrole, polystyrene, polystyrene-butadiene copolymer, and the like, but are not limited thereto.

【0076】金属箔の種類としては、銅、アルミ、鉄、
ニッケル、マグネシウム、亜鉛、けい素、酸化鉄、酸化
銅、などであり、これらのうち単独の材料を用いてもよ
く、蒸着や張り合わせによる複合化を行う事もできる。
しかしながら、本発明はこれらの材料に限定される訳で
はない。
The types of metal foil include copper, aluminum, iron,
Nickel, magnesium, zinc, silicon, iron oxide, copper oxide, and the like. Of these, a single material may be used, or composite formation by vapor deposition or lamination may be performed.
However, the invention is not limited to these materials.

【0077】電池の形状は、平面、円筒、螺旋、リボ
ン、テープ、直方体、立方体、円錐、球、棒などの形状
が挙げられるが、本発明はこれらの形状に限定される訳
ではない以下、本発明にかかる高分子構造体の製造方法
について詳細に説明する。
The shape of the battery may be a flat surface, a cylinder, a spiral, a ribbon, a tape, a rectangular parallelepiped, a cube, a cone, a sphere, a rod, or the like, but the present invention is not limited to these shapes. The method for producing a polymer structure according to the present invention will be described in detail.

【0078】上記式(2)に示す共重合体を得るために
は脱水縮合反応を利用することができる。脱水縮合反応
は、反応温度を−70〜40℃の温度範囲に設定し、重
合系の全質量に対して有機金属を0.2〜12質量%、
脱水縮合剤を0.5〜20質量%存在させることが好ま
しい。なお本発明において重合系の全質量とは、重合に
際して用いられる溶媒、有機金属、脱水縮合剤等の質量
の合計をいう。
In order to obtain the copolymer represented by the above formula (2), a dehydration condensation reaction can be used. In the dehydration condensation reaction, the reaction temperature is set in a temperature range of -70 to 40 ° C, and the organic metal is contained in an amount of 0.2 to 12% by mass based on the total mass of the polymerization system.
It is preferable that the dehydrating condensing agent is present in an amount of 0.5 to 20% by mass. In the present invention, the total mass of the polymerization system refers to the total mass of the solvent, organic metal, dehydrating condensing agent and the like used in the polymerization.

【0079】反応温度は、イオン伝導体の引張強度を優
れたものとするためには−70〜40℃が好ましく、−
50〜30℃がより好ましい。
The reaction temperature is preferably -70 to 40 ° C. in order to improve the tensile strength of the ionic conductor.
50 to 30C is more preferable.

【0080】重合においてR1とR2を化学結合させるた
めに加えられる有機金属は、極性官能基の生成を促進し
て螺旋を好適に形成させるために、ポリマー重合系の全
質量に対して0.2質量%以上加えることが好ましく、
3質量%以上加えることがより好ましい。また、添加量
が多すぎると、撹拌効率が低下してしまい、重合分子量
が上昇しない。その結果、イオン伝導体を形成した場合
の耐熱性が低下する恐れがあるため、ポリマー重合系の
全質量に対して12質量%以下が好ましく、8質量%以
下であることがより好ましい。
In the polymerization, the organic metal added for chemically bonding R 1 and R 2 is used in an amount of 0% with respect to the total mass of the polymer polymerization system in order to promote the formation of a polar functional group and to favorably form a helix. .2% by mass or more,
It is more preferable to add 3% by mass or more. On the other hand, if the addition amount is too large, the stirring efficiency decreases, and the polymerization molecular weight does not increase. As a result, the heat resistance when the ionic conductor is formed may be reduced. Therefore, the amount is preferably 12% by mass or less, more preferably 8% by mass or less based on the total mass of the polymer polymerization system.

【0081】混合できる有機金属の具体的な例として
は、ジ酢酸すず(II)、テトラ酢酸すず(IV)、2
−エチルヘキサン酸すず(II)、しゅう酸すず(I
I)、トリフルオロメタンスルホン酸すず(II)、ビ
ス(2,4−ペンタンジオナト)すずジクロライド、ビ
ス(2,4−ペンタンジオナト)ニッケル、ビス(2,
4−ペンタンジオナト)モリブデンジオキサイド、ビス
(2,4−ペンタンジオナト)マンガン、ビス(8−キ
ノリノラト)亜鉛(II)、ビス(8−キノリノラト)
銅(II)、ビス(トリ−n−ブチルチン)、ビス(ト
リフルオロ−2,4−ペンンタンジオナト)銅、ビス
(トリフルオロ−2,4−ペンンタンジオナト)コバル
ト、ビス(トリフルオロ−2,4−ペンンタンジオナ
ト)マンガン、ビス(トリフルオロ−2,4−ペンンタ
ンジオナト)ニッケル、が挙げられるが、本発明はこれ
らに限定される訳ではない。
Specific examples of the organometallics that can be mixed include tin (II) diacetate, tin (IV) tetraacetate,
Tin (II) ethylhexanoate, tin oxalate (I
I), tin (II) trifluoromethanesulfonate, bis (2,4-pentanedionato) tin dichloride, bis (2,4-pentanedionato) nickel, bis (2
4-pentanedionato) molybdenum dioxide, bis (2,4-pentanedionato) manganese, bis (8-quinolinolato) zinc (II), bis (8-quinolinolato)
Copper (II), bis (tri-n-butyltin), bis (trifluoro-2,4-pentanedionato) copper, bis (trifluoro-2,4-pentanedionato) cobalt, bis (trifluoro) -2,4-pentanedionato) manganese and bis (trifluoro-2,4-pentanedionato) nickel, but the present invention is not limited thereto.

【0082】加えられる脱水縮合剤が少なすぎると重合
度が上昇しないため、螺旋形状部分の密度も上昇しな
い。従ってイオン伝導性が低下するおそれがある。この
ため、ポリマー重合系の全質量に対して0.5質量%以
上が好ましく、2質量%以上であることがより好まし
い。また、多すぎると分子鎖中に結晶性が高い領域の密
度が上昇するため、イオン伝導体の力学的強度が低下す
る恐れがある。このため、ポリマー重合系の全質量に対
して、20質量%以下が好ましく、14質量%以下であ
ることがより好ましい。
If the amount of the added dehydrating condensing agent is too small, the degree of polymerization does not increase, so that the density of the helical portion does not increase. Accordingly, ion conductivity may be reduced. For this reason, it is preferably at least 0.5% by mass, more preferably at least 2% by mass, based on the total mass of the polymer polymerization system. On the other hand, if the content is too large, the density of the region having high crystallinity in the molecular chain increases, and the mechanical strength of the ion conductor may decrease. For this reason, it is preferably 20% by mass or less, more preferably 14% by mass or less, based on the total mass of the polymer polymerization system.

【0083】脱水縮合剤の具体的な例としては、ジシク
ロヘキシルカルボジイミド、1,1´−カルボニルジイ
ミダゾール、ジエチルホスホロシアニデイト、N,N´
−ジイソプロピルカルボジイミド、N−エトキシカルボ
ニル−2−エトキシ1,2−ジヒドロキノリン、1−エ
チル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイ
ミド塩酸塩、N−エチル−N´−3−ジメチルアミノプ
ロピルカルボジイミドなどであるが、これらに限定され
るわけではない。
Specific examples of the dehydrating condensing agent include dicyclohexylcarbodiimide, 1,1'-carbonyldiimidazole, diethylphosphorocyanide, N, N '
-Diisopropylcarbodiimide, N-ethoxycarbonyl-2-ethoxy-1,2-dihydroquinoline, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, N-ethyl-N'-3-dimethylaminopropylcarbodiimide and the like However, it is not limited to these.

【0084】重合反応は撹拌させることによって進行さ
せることができる。撹拌が遅すぎるとイオン伝導性官能
基が不規則に配列するので、イオン伝導性が低下する恐
れがある。このため、1000回/min以上が好まし
く、2500回/minがより好ましい。また、早すぎ
ると高分子鎖が切断され、分子量が低下し膜強度も低下
してしまう恐れがある。このため、6000回/min
以下が好ましく、3200回/minがより好ましい。
The polymerization reaction can be advanced by stirring. If the stirring is too slow, the ion conductive functional groups may be irregularly arranged, and the ion conductivity may be reduced. For this reason, 1000 times / min or more is preferable, and 2500 times / min is more preferable. On the other hand, if it is too early, the polymer chains may be cut, the molecular weight may be reduced, and the film strength may be reduced. Therefore, 6000 operations / min
The following is preferable, and 3200 times / min is more preferable.

【0085】重合反応は、撹拌せずに超音波照射を使用
する事もできる。このとき用いる超音波の周波数は、低
すぎると分子の衝突回数が低下するので重合反応が起こ
らず、分子量が上昇しない。従って高分子電解質膜の膜
強度が低下する。このため、10000Hz以上が好ま
しく、20000Hz以上がより好ましい。また、高す
ぎると高分子鎖の結晶性を破壊していまい、製膜時に製
膜性が低下する恐れがあるため、150000Hz以下
が好ましく、120000Hz以下がより好ましい。
In the polymerization reaction, ultrasonic irradiation can be used without stirring. If the frequency of the ultrasonic wave used at this time is too low, the number of collisions of molecules decreases, so that no polymerization reaction occurs and the molecular weight does not increase. Therefore, the membrane strength of the polymer electrolyte membrane decreases. For this reason, 10,000 Hz or more is preferable, and 20,000 Hz or more is more preferable. On the other hand, if it is too high, the crystallinity of the polymer chain may be destroyed, and the film-forming property may be reduced during film formation. Therefore, the frequency is preferably 150,000 Hz or less, more preferably 120,000 Hz or less.

【0086】超音波の照射時間は、短すぎると重合が促
進されず、高分子鎖中に螺旋形状を欠いた部分が発生
し、ヘリックスからランダム構造への相転移現象を発現
しなくなる恐れがあり、異常時のシャットダウン機構が
失われるため、0.5分以上が好ましく、5分以上がよ
り好ましい。また、長すぎると耐熱性官能基が解離する
部分が発性し、膜の耐熱性が低下する恐れがあるため、
120分以下が好ましく、40分以下がより好ましい。
If the irradiation time of the ultrasonic wave is too short, polymerization is not promoted, a portion lacking a helical shape is generated in the polymer chain, and there is a possibility that a phase transition phenomenon from a helix to a random structure may not be exhibited. The time is preferably 0.5 minutes or more, more preferably 5 minutes or more, because the shutdown mechanism at the time of abnormality is lost. In addition, if the length is too long, the portion where the heat-resistant functional group is dissociated is emitted, and the heat resistance of the film may be reduced.
120 minutes or less are preferable, and 40 minutes or less are more preferable.

【0087】上記重合反応の溶剤としては、極性溶剤を
用いる事ができる。このときのモノマーの溶解濃度また
は分散濃度が少なすぎると重合度が上昇しないので、イ
オン伝導体を製造した際に、強度が低下してしまう恐れ
がある。このため、使用される重合系の全質量に対して
モノマー添加量は0.01質量%以上が好ましく、2.
8質量%以上がより好ましい。また、多すぎると溶液ま
たは分散液の粘度が上昇し、撹拌が非効率化する結果、
分子量が不適切な範囲となり、膜の製膜性が低下する恐
れがある。このため、使用される重合系の全質量に対し
て25質量%以下が好ましく、13質量%以下がより好
ましい。極性溶媒の具体例としては、テトラヒドロフラ
ンなどが挙げられるがこれらに限定されるものではな
く、用いる反応条件によって適宜選択することが好まし
い。
As the solvent for the polymerization reaction, a polar solvent can be used. At this time, if the concentration of the monomer dissolved or dispersed is too small, the degree of polymerization does not increase, so that the strength may decrease when the ionic conductor is manufactured. For this reason, the amount of the monomer added is preferably 0.01% by mass or more based on the total mass of the polymerization system used.
8% by mass or more is more preferable. Also, if too much, the viscosity of the solution or dispersion increases, resulting in inefficient stirring,
The molecular weight may be in an inappropriate range, and the film-forming property of the film may be reduced. For this reason, it is preferably 25% by mass or less, more preferably 13% by mass or less, based on the total mass of the polymerization system used. Specific examples of the polar solvent include, but are not limited to, tetrahydrofuran, and it is preferable to appropriately select the polar solvent depending on the reaction conditions used.

【0088】以上には、式(2)に示す共重合体を合成
するために好適な方法について説明したが、ホモポリマ
ーを合成するなど、他のポリマーを合成する際には、各
種公知技術を用いることができる。
Although the preferred method for synthesizing the copolymer represented by the formula (2) has been described above, when synthesizing another polymer such as synthesizing a homopolymer, various known techniques are used. Can be used.

【0089】以下、高分子高分子重合体を螺旋形状に成
形する方法について記載する。即ち、高分子を極性溶剤
に溶解または分散させ、60〜120℃に10〜300
秒間保持し、−3〜−20℃/minの冷却速度で高分
子を急冷させ、−50〜−10℃の範囲で10〜300
秒間保持することにより、好適に螺旋形状へ成形するこ
とができる。
Hereinafter, a method for forming a high-molecular polymer into a spiral shape will be described. That is, the polymer is dissolved or dispersed in a polar solvent,
Hold for 2 seconds, quench the polymer at a cooling rate of -3 to -20C / min, and 10 to 300 in the range of -50 to -10C.
By holding for 2 seconds, it is possible to suitably form a spiral shape.

【0090】予備加熱の温度は、低すぎると高分子鎖が
ランダムなまま急冷処理されるので、螺旋構造が生成せ
ず、イオン伝導体のイオン伝導度が小さくなる恐れがあ
る。このため、60℃以上が好ましく、80℃以上であ
ることがより好ましい。また、高すぎると高分子主鎖の
拡散運動が大きくなるため、螺旋の直径が大きくなり過
ぎる。その結果、イオン伝導体のイオン伝導度が低下す
る恐れがある。このため、120℃以下が好ましく、1
00℃以下であることがより好ましい。
If the temperature of the preheating is too low, the polymer chains are rapidly cooled in a random state, so that no helical structure is formed and the ionic conductivity of the ionic conductor may be reduced. Therefore, the temperature is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. On the other hand, if the height is too high, the diffusion motion of the polymer main chain becomes large, so that the diameter of the helix becomes too large. As a result, the ionic conductivity of the ionic conductor may be reduced. For this reason, the temperature is preferably 120 ° C. or lower.
It is more preferable that the temperature is not higher than 00 ° C.

【0091】予備加熱の保持時間は、長すぎると高分子
鎖の運動に自由度を与えないまま急冷されるので螺旋が
一部乱れ、負極との密着性が低下する恐れがある。この
ため、10秒以上が好ましく、60秒以上がより好まし
い。また、長すぎると高分子主鎖が酸化分解されて低分
子化を引き起こし、負極効率が低下する恐れがある。こ
のため、300秒以下が好ましく、220秒以下である
ことがより好ましい。
If the holding time of the preheating is too long, the polymer chains are rapidly cooled without giving any degree of freedom to the movement of the polymer chains. For this reason, 10 seconds or more are preferable, and 60 seconds or more are more preferable. On the other hand, if the length is too long, the polymer main chain is oxidized and decomposed to cause a reduction in molecular weight, which may lower the efficiency of the negative electrode. Therefore, the time is preferably 300 seconds or less, and more preferably 220 seconds or less.

【0092】予備加熱の後は急冷することが好ましい。
急冷時の冷却速度は、遅すぎると極性基間の相互作用が
発生せずに、高分子形状保持力が低下する。その結果、
固体高分子膜を製造した場合の耐熱性が低下する恐れが
ある。この観点から、−3℃/min以上の急冷を実施
することが好ましく、−6℃/minがより好ましい。
また、急速すぎると極性基間の相互作用が大きくなり過
ぎ、コンホメーション形成力が増大して、高分子主鎖が
剛直になる。このため、固体高分子膜を製造した場合に
柔軟性が低下する恐れがある。この観点から−20℃/
min以下の急冷が好ましく、−12℃/minがより
好ましい。
After preheating, rapid cooling is preferred.
If the cooling rate during quenching is too slow, the interaction between polar groups does not occur, and the polymer shape retention force decreases. as a result,
When a solid polymer film is manufactured, the heat resistance may be reduced. From this viewpoint, it is preferable to perform rapid cooling at -3 ° C / min or more, more preferably -6 ° C / min.
On the other hand, if it is too rapid, the interaction between the polar groups becomes too large, the conformational force increases, and the polymer main chain becomes rigid. For this reason, when manufacturing a solid polymer film, flexibility may be reduced. From this viewpoint, -20 ° C /
A rapid cooling of not more than min is preferable, and -12 ° C / min is more preferable.

【0093】急冷後の到達温度は、低すぎると難燃性官
能基が凝集してしまい、高分子電解質膜としては脆性が
増大する恐れがある。このため、−50℃以上が好まし
く、−30℃以上がより好ましい。また、高すぎると極
性基間の相互作用が発生しないので螺旋形状が形成され
ず、イオン伝導度が低下してしまう恐れがある。このた
め、−10℃以下が好ましく、−20℃以下がより好ま
しい。
If the temperature reached after quenching is too low, the flame-retardant functional groups will aggregate, and the brittleness of the polymer electrolyte membrane may increase. For this reason, the temperature is preferably −50 ° C. or higher, more preferably −30 ° C. or higher. On the other hand, if it is too high, no interaction between the polar groups occurs, so that no helical shape is formed, and the ionic conductivity may be reduced. For this reason, the temperature is preferably −10 ° C. or lower, more preferably −20 ° C. or lower.

【0094】急冷後の保持時間は、短すぎると高分子構
造体のピッチが長くなり、イオン伝導性が低下する恐れ
がある。このため、10秒以上が好ましく、90秒以上
がより好ましい。また、長すぎると極性基相互の相互作
用が大きくなり過ぎ、相転移機能が失われる恐れがあ
る。このため、300秒以下が好ましく、240秒以下
がより好ましい。
If the holding time after quenching is too short, the pitch of the polymer structure becomes long, and the ion conductivity may be reduced. For this reason, 10 seconds or more are preferable, and 90 seconds or more are more preferable. On the other hand, if the length is too long, the interaction between polar groups becomes too large, and the phase transition function may be lost. Therefore, the time is preferably 300 seconds or less, and more preferably 240 seconds or less.

【0095】なお、高分子重合後、急冷操作を行う前に
重合物に対して遠赤外線を照射した後、急冷操作を行っ
てもよい。このとき照射する遠赤外線の波長は、短すぎ
ると高分子体が加熱されすぎて分解沈殿され、支持電解
質と混合しても相分離を引き起こし、従来のエチレンオ
キサイド構造を主体とした高分子電解質と比較して、負
極との密着度が低下する恐れがある。このため、300
cm-1以下が好ましく、200cm-1以下がより好まし
い。また、長すぎると高分子体が十分加熱されず、高分
子鎖が伸びない。従って急冷効果がなくなり、ヘリック
ス構造を呈さなくなため、イオン伝導度が低下する恐れ
がある。このため、20cm-1以上が好ましく、60c
-1以上がより好ましい。
After the polymer polymerization, the polymer may be irradiated with far-infrared rays before the quenching operation, and then the quenching operation may be performed. If the wavelength of the far-infrared ray irradiated at this time is too short, the polymer is excessively heated and is decomposed and precipitated, causing phase separation even when mixed with the supporting electrolyte. In comparison, the degree of adhesion to the negative electrode may be reduced. Therefore, 300
cm -1 or less, more preferably 200 cm -1 or less. On the other hand, if the length is too long, the polymer is not sufficiently heated, and the polymer chain does not extend. Therefore, the quenching effect is lost and the helical structure is not exhibited, so that the ion conductivity may be reduced. For this reason, it is preferably at least 20 cm −1 ,
m- 1 or more is more preferable.

【0096】[0096]

【実施例】<実施例1>冷却管、窒素導入管、回転式マ
グネチックスターラーを装着した300mlのセパラブ
ル型丸底硝子反応容器中、2−アミノ−2−ホスホニト
リッククロライドトリマー−2−オクセタン酢酸(分子
量:430)を8.6g(0.02mol)とり、次に
2−アミノ−2−トリフェニル(2−ピリジルメチル)
ホスホニウムクロライド−2−オクセタン酢酸(分子
量:484)を9.68g(0.02mol)入れ、溶
剤としてテトラヒドロフラン130mlを加えた。支持
電解質としてLiN(CF3SO2)を5.1g加えたの
ち、反応溶液を2000回/minで撹拌しながらN−
エチル−N´−3−ジメチルアミノプロピルカルボジイ
ミド(分子量:155)3.10gを加えた。さらに、
2−エチルヘキサン酸すず(II)0.5gを添加した
後、反応容器を−20℃に冷却し、4時間反応させた。
反応後、反応容器を90℃まで加熱し、120秒静置し
た後、冷却速度−10℃/minで−30℃まで急冷し
た。その後、240秒間静置した後、真空乾燥を6時間
行った。乾燥後、得られたイオン伝導体をN,N−ジメ
チルホルムアミド120mlに溶解させ、高分子電解質
(イオン伝導体)溶液とした。高分子電解質溶液を硝子
板上に流延した後、ホットプレート上100℃で2時間
加熱した後、真空乾燥器中90℃で8時間乾燥させる事
によって固体電解質高分子膜(イオン伝導体膜)を製膜
した。得られた高分子電解質膜を直径18mmの円形に
カットし、直径18mm、厚み5mmの円筒形ステンレ
ス電極2枚に挟み込んだ後、ねじ切り部内直20mm、
長さ50mmのテフロン(登録商標)製円筒内部で両側
から外径ステンレス製20.5mmのねじをねじ込んで
上述の高分子膜を挟み込んだ2個の円筒体に接触させた
(ブロック型電極)。ソーラトロン社インピーダンスア
ナライザS−1260にブロック電極を接続して高周波
側から低周波側へ交流を流した時のインピーダンス測定
結果からイオン伝導度E2を算出した。同様に比較例と
してポリエチレンオキサイド(分子量20000)を用
いて高分子電解質膜を製造してイオン伝導度E1を測定
した。これらにより、イオン伝導度相対値を次の様に定
義した。結果を図1に示す。
<Example 1> 2-Amino-2-phosphonic chloride trimer-2-oxetane in a 300 ml separable round bottom glass reaction vessel equipped with a cooling pipe, a nitrogen introducing pipe, and a rotary magnetic stirrer. Take 8.6 g (0.02 mol) of acetic acid (molecular weight: 430), and then add 2-amino-2-triphenyl (2-pyridylmethyl)
9.68 g (0.02 mol) of phosphonium chloride-2-oxetaneacetic acid (molecular weight: 484) was added, and 130 ml of tetrahydrofuran was added as a solvent. After adding 5.1 g of LiN (CF 3 SO 2 ) as a supporting electrolyte, the reaction solution was stirred at 2,000 times / min.
3.10 g of ethyl-N'-3-dimethylaminopropylcarbodiimide (molecular weight: 155) were added. further,
After addition of 0.5 g of tin (II) 2-ethylhexanoate, the reaction vessel was cooled to -20 ° C and reacted for 4 hours.
After the reaction, the reaction vessel was heated to 90 ° C., allowed to stand for 120 seconds, and then rapidly cooled to −30 ° C. at a cooling rate of −10 ° C./min. Then, after leaving still for 240 seconds, vacuum drying was performed for 6 hours. After drying, the obtained ion conductor was dissolved in 120 ml of N, N-dimethylformamide to obtain a polymer electrolyte (ion conductor) solution. The polymer electrolyte solution is cast on a glass plate, heated on a hot plate at 100 ° C. for 2 hours, and then dried in a vacuum drier at 90 ° C. for 8 hours to obtain a solid electrolyte polymer film (ion conductor film). Was formed. The obtained polymer electrolyte membrane was cut into a circular shape having a diameter of 18 mm, and sandwiched between two cylindrical stainless steel electrodes having a diameter of 18 mm and a thickness of 5 mm.
Inside a 50 mm long Teflon (registered trademark) cylinder, a 20.5 mm outside diameter stainless steel screw was screwed in from both sides to make contact with the two cylinders sandwiching the above-mentioned polymer film (block type electrode). The ion conductivity E2 was calculated from the impedance measurement result when a block electrode was connected to the Solartron Impedance Analyzer S-1260 and an alternating current was passed from the high frequency side to the low frequency side. Similarly, as a comparative example, a polymer electrolyte membrane was manufactured using polyethylene oxide (molecular weight: 20,000), and the ionic conductivity E1 was measured. Based on these, the relative values of the ionic conductivity were defined as follows. The results are shown in FIG.

【0097】[0097]

【数1】 (Equation 1)

【0098】<実施例2>高分子電解質膜と負極との親
和性を次の様な方法で評価した。実施例1で製造した高
分子電解質溶液を流延する際に硝子板の代わりに幅20
mm、長さ200mm、厚み5mmのカーボン板上に流
延後製膜させた。引っ張り試験装置の上下チャック間に
カーボン板と高分子膜の端を50mm剥離した後、その
うち20mmを挟ませて引っ張った時の高分子膜の最大
剥離強度S2(Mpa)を測定した。同様にポリエチレ
ンオキサイド(分子量20000)を用いて剥離強度S
1を評価した。これらの値を用いて負極親和度を次の様
に定義した。結果を図1に示す。
Example 2 The affinity between the polymer electrolyte membrane and the negative electrode was evaluated by the following method. When casting the polyelectrolyte solution produced in Example 1, a width of 20 was used instead of a glass plate.
After casting on a carbon plate having a thickness of 200 mm, a length of 200 mm and a thickness of 5 mm, a film was formed. After peeling off the end of the carbon plate and the polymer film by 50 mm between the upper and lower chucks of the tensile tester, the maximum peel strength S2 (Mpa) of the polymer film when 20 mm was sandwiched and pulled. Similarly, peel strength S using polyethylene oxide (molecular weight: 20,000)
1 was rated. Using these values, the affinity for the negative electrode was defined as follows. The results are shown in FIG.

【0099】[0099]

【数2】 (Equation 2)

【0100】<実施例3>実施例1における高分子電解
質膜を幅10mm、長さ150mmにカットし、引っ張
り試験機に掛け、チャック間距離100mmにて引張っ
たときの引張強度F2を求めた。次にポリエチレンオキ
サイド(分子量20000)を用いて製造した高分子電
解質膜の引張り強度をF1(Mpa)とした。これらの
値を用いて引っ張り強度比を次の様に定義した。結果を
図1に示す。
Example 3 The polymer electrolyte membrane of Example 1 was cut to a width of 10 mm and a length of 150 mm, and was set on a tensile tester to determine the tensile strength F2 when pulled at a distance between chucks of 100 mm. Next, the tensile strength of the polymer electrolyte membrane manufactured using polyethylene oxide (molecular weight: 20,000) was defined as F1 (Mpa). Using these values, the tensile strength ratio was defined as follows. The results are shown in FIG.

【0101】[0101]

【数3】 (Equation 3)

【0102】<実施例4>実施例1によって得られた高
分子電解質を5mg採取し、TG−DTAを空気雰囲気
で測定した。その時の熱分解開始温度をT2(℃)と
し、同様にポリエチレンオキサイド(分子量2000
0)を用いて測定した熱分解開始温度をT1(℃)と
し、耐熱度を次の様に定義した。結果を図1に示す。
Example 4 5 mg of the polymer electrolyte obtained in Example 1 was sampled, and TG-DTA was measured in an air atmosphere. The thermal decomposition onset temperature at that time was defined as T2 (° C.), and polyethylene oxide (molecular weight 2000
The thermal decomposition onset temperature measured using (0) was defined as T1 (° C.), and the heat resistance was defined as follows. The results are shown in FIG.

【0103】[0103]

【数4】 (Equation 4)

【0104】<実施例5>実施例1においてホットプレ
ート上、乾燥及び架橋を完結させる操作において加熱時
間を変えながら、経時的に膜を剥離して引っ張り強度を
測定した。加熱時間と膜の引っ張り強度との依存性を測
定するとき、膜の引張強度が1Mpaに到達するまでの
時間をL2、同様にポリエチレンオキサイド(分子量2
0000)を用いて測定した規定強度に到達するまでの
時間をL1とし、製膜度を次の様に定義した。結果を図
1に示す。
<Example 5> In Example 1, the film was peeled off over time while the heating time was changed in the operation of completing drying and crosslinking on a hot plate, and the tensile strength was measured. When measuring the dependency between the heating time and the tensile strength of the film, the time required for the tensile strength of the film to reach 1 Mpa was L2, and polyethylene oxide (molecular weight 2
0000) was defined as L1 and the time required to reach the specified strength was defined as follows. The results are shown in FIG.

【0105】[0105]

【数5】 (Equation 5)

【0106】<実施例6>実施例1により製造した高分
子電解質膜を5cm×5cmの正方形に切り取り、膜上
に平滑金属板を敷き、その上から分銅20gを置いた。
この時の分銅の沈み深さをレーザ変位計を用いて測定し
た。この時の膜の厚み減少距離をD2(mm)とした。
同様にポリエチレンオキサイド(分子量20000)を
用いて測定した厚み減少距離をD1とし、柔軟度を次の
様に定義した。結果を図1に示す。
Example 6 A polymer electrolyte membrane produced in Example 1 was cut into a square of 5 cm × 5 cm, a smooth metal plate was laid on the membrane, and a weight of 20 g was placed on the metal plate.
At this time, the sinking depth of the weight was measured using a laser displacement meter. The thickness reduction distance of the film at this time was defined as D2 (mm).
Similarly, the thickness reduction distance measured using polyethylene oxide (molecular weight: 20,000) was defined as D1, and the flexibility was defined as follows. The results are shown in FIG.

【0107】[0107]

【数6】 (Equation 6)

【0108】<実施例7>実施例1によって得られた高
分子電解質膜を30cm×30cm、厚み100ミクロ
ンにカットした。この膜を固定してバーナー炎を近づけ
て、30秒間接触させて炎を取り去った後消炎させ、そ
の時に燃焼した平面の最大径H1を計測した。同様にポ
リエチレンオキサイドを主原料とした高分子電解質膜に
ついて燃焼した平面の最大径をH2とするとき、難燃度
を次の様に定義した。結果を図1に示す。
Example 7 The polymer electrolyte membrane obtained in Example 1 was cut into a size of 30 cm × 30 cm and a thickness of 100 μm. This film was fixed, and a burner flame was approached, contacted for 30 seconds to remove the flame, extinguished the flame, and measured the maximum diameter H1 of the plane burned at that time. Similarly, assuming that the maximum diameter of the burned plane of the polymer electrolyte membrane containing polyethylene oxide as a main raw material is H2, the flame retardancy is defined as follows. The results are shown in FIG.

【0109】[0109]

【数7】 (Equation 7)

【0110】<実施例8>実施例1において製造した高
分子電解質溶液に炭素微粉末20%を添加した後、銅箔
上に流延した。その上から実施例1により製造した高分
子電解質溶液を流延した。さらにその上からLiMn2
4を30質量%含む正極材料と高分子混合溶液を流延
した。アルミ箔を上からかぶせた後、これら積層体をホ
ットプレート上、100℃にて1時間加熱した。積層体
をアルミラミネートフィルムで包装した後、加熱により
シールした。得られた全固体型リチウムポリマー電池を
充放電試験装置に装着して充放電特性を見た。また、従
来用いられているポリエチレンオキサイドを用いて正負
極は同様な材料を用いて電池を作製して充放電試験を行
った(比較例)。その結果を図2に示す。本発明による
電池の放電レート特性は従来のポリエチレンオキシドを
用いた電池の放電レート特性よりも良好であった。
Example 8 After adding 20% of carbon fine powder to the polymer electrolyte solution produced in Example 1, it was cast on a copper foil. Then, the polymer electrolyte solution produced in Example 1 was cast. Furthermore, LiMn 2
A positive electrode material containing 30% by mass of O 4 and a polymer mixed solution were cast. After the aluminum foil was covered from above, these laminates were heated on a hot plate at 100 ° C. for 1 hour. After packaging the laminate with an aluminum laminate film, it was sealed by heating. The obtained all-solid-state lithium polymer battery was mounted on a charge / discharge test apparatus, and charge / discharge characteristics were observed. In addition, a battery was prepared using the same material for the positive and negative electrodes using conventionally used polyethylene oxide, and a charge / discharge test was performed (Comparative Example). The result is shown in FIG. The discharge rate characteristics of the battery according to the present invention were better than those of the battery using the conventional polyethylene oxide.

【0111】<実施例9>実施例8において製造した本
発明によるポリマー電池及び従来型の電池(比較例)に
ついて、充放電操作を繰り返すサイクル性能を比較し
た。その結果を図3に示す。本発明による電池のサイク
ル性能は、負極での結晶化を防止でき、従来型の電池の
サイクル性能よりも良好であった。
Example 9 The cycle performance of repeating the charge / discharge operation was compared between the polymer battery according to the present invention and the conventional battery (Comparative Example) manufactured in Example 8. The result is shown in FIG. The cycle performance of the battery according to the present invention was able to prevent crystallization at the negative electrode, and was better than the cycle performance of the conventional battery.

【0112】<実施例10>実施例1の方法に準拠し
て、式(2)における繰り返し数mを変化させた時の難
燃度を測定した。結果を図4に示す。繰り返し数mが5
〜4000の高分子電解質膜の難燃度が1.0以上とな
った。
<Example 10> In accordance with the method of Example 1, the flame retardancy when the number of repetitions m in the equation (2) was changed was measured. FIG. 4 shows the results. Number of repetitions m is 5
The flame retardancy of the polymer electrolyte membrane of ~ 4000 was 1.0 or more.

【0113】<実施例11>実施例1の方法に準拠し
て、式(2)における繰り返し数nを変化させた時の柔
軟度を測定した。結果を図5に示す。繰り返し数nが2
〜1000の高分子電解質膜の柔軟度が1.0以上とな
った。
<Example 11> In accordance with the method of Example 1, the degree of flexibility when the number of repetitions n in the equation (2) was changed was measured. FIG. 5 shows the results. Number of repetitions n is 2
The flexibility of the polymer electrolyte membrane of ~ 1000 was 1.0 or more.

【0114】<実施例12>実施例1の方法に準拠し
て、式(2)における重合度Xを変化させた時の製膜度
を測定した。結果を図6に示す。重合度Xが10〜30
00の高分子電解質膜の製膜度が1.0以上となった。
<Example 12> According to the method of Example 1, the film forming degree when the degree of polymerization X in the formula (2) was changed was measured. FIG. 6 shows the results. Polymerization degree X is 10 to 30
The polymer electrolyte membrane of No. 00 became 1.0 or more.

【0115】<実施例13>実施例1の方法に準拠し
て、高分子構造体が螺旋形状からランダム構造に相転移
する時の温度が異なる高分子電解質膜を作製し、イオン
伝導度を測定した。その結果を図7に示す。相転移温度
が120〜200℃の高分子電解質膜のイオン伝導度相
対値が1.0以上となった。
<Example 13> A polymer electrolyte membrane having a different temperature when the polymer structure undergoes a phase transition from a helical shape to a random structure was prepared according to the method of Example 1, and the ionic conductivity was measured. did. FIG. 7 shows the result. The relative value of ion conductivity of the polymer electrolyte membrane having a phase transition temperature of 120 to 200 ° C. was 1.0 or more.

【0116】<実施例14>実施例1の方法に準拠し
て、螺旋状高分子のピッチを変化させた高分子電解質膜
を作製し、力学的強度を測定した。その結果を図8に示
す。ピッチが0.01〜6nmの高分子電解質膜の引張
強度比が1.0以上となった。
Example 14 According to the method of Example 1, a polymer electrolyte membrane was prepared in which the pitch of the helical polymer was changed, and the mechanical strength was measured. FIG. 8 shows the result. The tensile strength ratio of the polymer electrolyte membrane having a pitch of 0.01 to 6 nm was 1.0 or more.

【0117】<実施例15>実施例1の方法に準拠し
て、1ピッチあたりの原子数を変化させた高分子電解質
膜を作製し、耐熱度の変化を調べた。その結果を図9に
示す。1ピッチあたりの原子数が3〜80個の高分子電
解質膜の耐熱度が1.0以上となった。
Example 15 A polymer electrolyte membrane having a different number of atoms per pitch was manufactured in accordance with the method of Example 1, and the change in heat resistance was examined. FIG. 9 shows the result. The heat resistance of the polymer electrolyte membrane having 3 to 80 atoms per pitch became 1.0 or more.

【0118】<実施例16>実施例1のイオン伝導体の
製造において、脱水縮合反応の反応温度を変化させた時
の引張強度比を測定した。結果を図10に示す。反応温
度が−70〜40℃の時、引張強度比が1.0以上とな
った。
<Example 16> In the production of the ionic conductor of Example 1, the tensile strength ratio when the reaction temperature of the dehydration condensation reaction was changed was measured. The results are shown in FIG. When the reaction temperature was -70 to 40 ° C, the tensile strength ratio became 1.0 or more.

【0119】<実施例17>実施例1のイオン伝導体の
製造において、有機金属の添加濃度を変化させた時の耐
熱度を測定した。結果を図11に示す。有機金属の添加
濃度が0.2〜12質量%の時、耐熱度が1.0以上と
なった。
Example 17 In the production of the ionic conductor of Example 1, the heat resistance was measured when the addition concentration of the organic metal was changed. The results are shown in FIG. When the additive concentration of the organic metal was 0.2 to 12% by mass, the heat resistance was 1.0 or more.

【0120】<実施例18>実施例1のイオン伝導体の
製造において、脱水縮合剤の濃度を変化させた時のイオ
ン伝導度相対値の変化を調べた。図12に示す。脱水縮
合剤の濃度が0.5〜20質量%の時、イオン伝導度相
対値が1.0以上となった。
<Example 18> In the production of the ionic conductor of Example 1, a change in the relative value of ionic conductivity when the concentration of the dehydrating condensing agent was changed was examined. As shown in FIG. When the concentration of the dehydrating condensing agent was 0.5 to 20% by mass, the ionic conductivity relative value was 1.0 or more.

【0121】<実施例19>実施例1のイオン伝導体の
製造において、予備加熱温度を変化させた時のイオン伝
導度相対値を測定した。結果を図13に示す。予備加熱
温度が60〜120℃の時、イオン伝導度相対値が1.
0以上となった。
<Example 19> In the production of the ionic conductor of Example 1, the relative value of the ionic conductivity when the preheating temperature was changed was measured. FIG. 13 shows the results. When the preheating temperature is 60 to 120 ° C., the relative value of ionic conductivity is 1.
It became 0 or more.

【0122】<実施例20>実施例1のイオン伝導体の
製造方法において、予備加熱の保持時間を変化させた時
の負極親和度を測定した。結果を図14に示す。予備加
熱の保持時間が10〜300秒の時、負極親和度が1.
0以上となった。
<Example 20> In the method for producing an ionic conductor of Example 1, the affinity of the negative electrode was measured when the preheating holding time was changed. FIG. 14 shows the results. When the holding time of the preheating is 10 to 300 seconds, the negative electrode affinity is 1.
It became 0 or more.

【0123】<実施例21>実施例1のイオン伝導体の
製造方法において、冷却速度を変化させたときの柔軟度
を測定した。結果を図15に示す。−3〜−20℃/m
inの冷却速度の時、柔軟度が1.0以上となった。
<Example 21> In the method for producing an ionic conductor of Example 1, the degree of flexibility when the cooling rate was changed was measured. FIG. 15 shows the results. -3 to -20C / m
When the cooling rate was in, the flexibility was 1.0 or more.

【0124】<実施例22>実施例1のイオン伝導体の
製造方法において、急冷操作後の到達温度を変化させた
時のイオン伝導度相対値を測定した。結果を図16に示
す。−50〜−10℃の範囲においてイオン伝導度相対
値が1.0以上となった。
<Example 22> In the method for manufacturing an ionic conductor of Example 1, the relative value of ionic conductivity when the attained temperature after the quenching operation was changed was measured. FIG. 16 shows the results. The ionic conductivity relative value was 1.0 or more in the range of -50 to -10C.

【0125】<実施例23>実施例1のイオン伝導体の
製造方法において、急冷後の保持時間を変化させた時の
イオン伝導度相対値を測定した。結果を図17に示す。
10〜300秒の間でイオン伝導度相対値が1.0以上
になった。
<Example 23> In the method for producing an ionic conductor of Example 1, the relative value of the ionic conductivity when the holding time after quenching was changed was measured. The results are shown in FIG.
The ionic conductivity relative value became 1.0 or more between 10 and 300 seconds.

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

【図1】 本発明に係る高分子電解質膜の各種特性を示
すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing various characteristics of a polymer electrolyte membrane according to the present invention.

【図2】 本発明に係る電池の放電レート特性を説明す
るグラフである。
FIG. 2 is a graph illustrating a discharge rate characteristic of the battery according to the present invention.

【図3】 本発明に係る電池のサイクル性能を説明する
グラフである。
FIG. 3 is a graph illustrating the cycle performance of the battery according to the present invention.

【図4】 繰り返し数mと難燃度との関係を示したグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of repetitions m and the flame retardancy.

【図5】 繰り返し数nと柔軟度との関係を示したグラ
フである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between the number of repetitions n and flexibility.

【図6】 重合度Xと製膜度との関係を示したグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the degree of polymerization X and the degree of film formation.

【図7】 相転移温度とイオン伝導度相対値との関係を
説明するグラフである。
FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between a phase transition temperature and a relative value of ionic conductivity.

【図8】 ピッチと引張強度比との関係を比較するグラ
フである。
FIG. 8 is a graph comparing the relationship between pitch and tensile strength ratio.

【図9】 1ピッチあたり原子数と耐熱度との関係を示
したグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number of atoms per pitch and the heat resistance.

【図10】 脱水縮合反応の反応温度と引っ張り強度と
の関係を示したグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the reaction temperature of the dehydration condensation reaction and the tensile strength.

【図11】 有機金属の添加濃度と耐熱度との関係を示
したグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the added concentration of an organic metal and the heat resistance.

【図12】 脱水縮合剤の濃度とイオン伝導度相対値と
の関係を示したグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the concentration of a dehydrating condensing agent and the relative value of ion conductivity.

【図13】 予備加熱温度とイオン伝導度相対値との関
係を示したグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a preheating temperature and a relative value of ion conductivity.

【図14】 予備加熱保持時間と負極親和度との関係を
示したグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between preheating holding time and negative electrode affinity.

【図15】 冷却速度と柔軟度との関係を示したグラフ
である。
FIG. 15 is a graph showing a relationship between a cooling rate and flexibility.

【図16】 冷却到達温度とイオン伝導度相対値との関
係を示したグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a cooling ultimate temperature and a relative value of ion conductivity.

【図17】 急冷後の保持時間とイオン伝導度相対値と
の関係を示した図である。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the retention time after quenching and the relative value of ion conductivity.

【図18】 本発明に係るイオン伝導体を用いたポリマ
ー電池の一実施形態の断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of one embodiment of a polymer battery using the ion conductor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 正極集電体 2 正極 3 イオン伝導体(高分子電解質膜) 4 負極 5 負極集電体 6 外装材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode collector 2 Positive electrode 3 Ion conductor (polymer electrolyte membrane) 4 Negative electrode 5 Negative electrode current collector 6 Exterior material

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 極性官能基およびイオン相互作用官能基
を含み、分子内相互作用によって螺旋形状を形成してな
ることを特徴とする高分子構造体。
1. A polymer structure comprising a polar functional group and an ionic interaction functional group, wherein the helical shape is formed by intramolecular interaction.
【請求項2】 難燃性官能基をさらに含んでなることを
特徴とする請求項1に記載の高分子構造体。
2. The polymer structure according to claim 1, further comprising a flame-retardant functional group.
【請求項3】 陽イオン性官能基をさらに含んでなるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の高分子構造
体。
3. The polymer structure according to claim 1, further comprising a cationic functional group.
【請求項4】 高分子中において、下記式(1): 【化1】 (式中、R1は極性官能基であり、R2は不斉原子であ
り、R3はイオン相互作用官能基であり、R4は水素原子
または化合物の基であり、R5は存在しないまたは化合
物の基である)で表される1または2以上のモノマーユ
ニットを有する螺旋形状の高分子構造体。
4. In a polymer, a compound represented by the following formula (1): Wherein R 1 is a polar functional group, R 2 is an asymmetric atom, R 3 is an ionic interaction functional group, R 4 is a hydrogen atom or a compound group, and R 5 is absent Or a helical polymer structure having one or more monomer units represented by the following formula:
【請求項5】 前記モノマーユニットの少なくとも1つ
は、R4が難燃性官能基であることを特徴とする請求項
4に記載の高分子構造体。
5. The polymer structure according to claim 4, wherein in at least one of the monomer units, R 4 is a flame-retardant functional group.
【請求項6】 前記モノマーユニットの少なくとも1つ
は、R4が陽イオン性官能基であることを特徴とする請
求項4または5に記載の高分子構造体。
6. The polymer structure according to claim 4, wherein in at least one of the monomer units, R 4 is a cationic functional group.
【請求項7】 下記式(2): 【化2】 (式中、R1、R2、R3、R5は前記定義通りであり、R
6は難燃性官能基であり、R7は陽イオン性官能基であ
り、mは5〜4000、nは2〜1000、Xは10〜
3000である)で表されることを特徴とする請求項4
に記載の高分子構造体。
7. The following formula (2): (Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 5 are as defined above,
6 is a flame-retardant functional group, R 7 is a cationic functional group, m is 5 to 4000, n is 2 to 1000, and X is 10 to 10.
5. The method according to claim 4, wherein the number is 3000.
3. The polymer structure according to item 1.
【請求項8】 R1は−C(=O)NH−であり、R2
炭素原子であり、R 3はオクセタン基であり、R5は存在
せず、R6はホスファゼン基であり、R7は5−トリメチ
ルアンモニウムナフチル基であり、mは60〜2600
であり、nは15〜630であり、Xは230〜210
0であることを特徴とする請求項7に記載の高分子構造
体。
8. R1Is -C (= O) NH-, and RTwoIs
A carbon atom, R ThreeIs an oxetane group, and RFiveExists
Without, R6Is a phosphazene group;7Is 5-trimethyl
A luammonium naphthyl group, m is 60-2600
Where n is 15 to 630 and X is 230 to 210
8. The polymer structure according to claim 7, wherein 0.
body.
【請求項9】 120〜200℃の範囲に相転移温度を
有し、相転移温度以上の温度ではランダムコイル形状に
なることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記
載の高分子構造体。
9. The method according to claim 1, having a phase transition temperature in the range of 120 to 200 ° C., and forming a random coil at a temperature higher than the phase transition temperature. Molecular structure.
【請求項10】 螺旋のピッチが0.01〜6nmであ
ることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載
の高分子構造体。
10. The polymer structure according to claim 1, wherein the pitch of the helix is 0.01 to 6 nm.
【請求項11】 螺旋1ピッチあたり3〜80個の原子
が主鎖に含まれることを特徴とする請求項1〜10のい
ずれか1項に記載の高分子構造体。
11. The polymer structure according to claim 1, wherein the main chain contains 3 to 80 atoms per spiral pitch.
【請求項12】 請求項1〜11項のいずれか1項に記
載の高分子構造体および電解質化合物からなるイオン伝
導体。
12. An ionic conductor comprising the polymer structure according to any one of claims 1 to 11 and an electrolyte compound.
【請求項13】 反応温度を−70〜40℃の温度範囲
に設定し、有機金属を重合系の全質量に対して0.2〜
12質量%、脱水縮合剤を0.5〜20質量%存在させ
て重合する過程を含むことを特徴とする請求項7または
8に記載の高分子構造体の製造方法。
13. The reaction temperature is set in a temperature range of −70 to 40 ° C., and the amount of the organic metal is set to 0.2 to 100% based on the total mass of the polymerization system.
The method for producing a polymer structure according to claim 7 or 8, comprising a step of polymerizing in the presence of 12% by mass and 0.5 to 20% by mass of a dehydrating condensing agent.
【請求項14】 高分子を極性溶剤に溶解または分散さ
せ、60〜120℃に10〜300秒間保持し、−3〜
−20℃/minの冷却速度で高分子を急冷させ、−5
0〜−10℃の範囲で10〜300秒間保持することに
より螺旋形状とする過程を含むことを特徴とする請求項
1〜11のいずれか1項に記載の高分子構造体の製造方
法。
14. A polymer is dissolved or dispersed in a polar solvent and kept at 60 to 120 ° C. for 10 to 300 seconds.
The polymer is quenched at a cooling rate of −20 ° C./min.
The method for producing a polymer structure according to any one of claims 1 to 11, further comprising a step of forming a helical shape by maintaining the temperature in a range of 0 to -10 ° C for 10 to 300 seconds.
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