JP2002279826A - Polymer electrolyte gel and manufacturing method of the same - Google Patents

Polymer electrolyte gel and manufacturing method of the same

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JP2002279826A
JP2002279826A JP2001078908A JP2001078908A JP2002279826A JP 2002279826 A JP2002279826 A JP 2002279826A JP 2001078908 A JP2001078908 A JP 2001078908A JP 2001078908 A JP2001078908 A JP 2001078908A JP 2002279826 A JP2002279826 A JP 2002279826A
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polymer
epoxy
epoxy group
gel
solution
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JP2001078908A
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Koji Tanaka
浩二 田中
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Toyobo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ion conductive polymer electrolyte gel which is useful as a material for an electrochemical device, and a manufacturing method of the same. SOLUTION: The polymer electrolyte gel is composed of a supporting electrolyte, an organic solvent, and a bridged polymer which is obtained by the ring- opening reaction of a polymer having not less than two epoxy groups in one molecule of which, epoxy rings are opened and bridged by using the supporting electrolyte as a catalyst.

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、高いイオン伝導性
を有する高分子電解質ゲルおよびその製造方法に関す
る。
The present invention relates to a polymer electrolyte gel having high ionic conductivity and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】有機溶媒を主体とする電解液を用いるリ
チウムイオン二次電池、コンデンサ、キャパシタなどに
おいては、液漏れや短絡事故による火災防止のために、
電解液を封入したり、衝撃による事故を防ぐための強固
なケーシングが必須となり、軽量化が困難であった。
2. Description of the Related Art In a lithium ion secondary battery, a capacitor, a capacitor, etc. using an electrolyte mainly composed of an organic solvent, in order to prevent fire due to liquid leakage or short circuit accident,
A strong casing for enclosing the electrolyte and preventing accidents due to impact became essential, and it was difficult to reduce the weight.

【0003】この欠点を改良するために、電解液を固形
化することが望まれている。固形化の一方策として、高
分子電解質ゲルの開発が進められている。開発初期に
は、特開平6−68906号公報や特開平7−4527
1号公報などに開示される、高分子同士の物理的相互作
用により形成されるゲル(物理ゲル)が中心に検討され
ていた。しかし、物理ゲルは熱可逆性であるため高温時
にゲルが液化してしまうなど、耐熱性に大きな問題があ
った。
In order to remedy this drawback, it has been desired to solidify the electrolyte. As one measure for solidification, development of a polymer electrolyte gel has been promoted. In the early stage of development, JP-A-6-68906 and JP-A-7-4527
A gel (physical gel) formed by physical interaction between macromolecules, which is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1 (1999), has been mainly studied. However, since the physical gel is thermoreversible, there has been a major problem in heat resistance such that the gel is liquefied at a high temperature.

【0004】この耐熱性を改善する方法としては、共有
結合による三次元的構造を持つ架橋高分子を利用するこ
とが有効である。例えば、特開平10−74526号公
報、特開平11−214038号公報、特開2000−
80138号公報など、数多く報告されている。しか
し、これらの高分子電解質ゲルはイオン伝導性や安全性
の点でまだ十分ではない。即ち、これまでの報告には、
複数のビニル基を有する高分子または低分子を加熱によ
るラジカル重合で架橋高分子とすることによるゲル化方
法が記載されているが、触媒として過酸化物化合物やア
ゾ化合物を使用するため、生成した高分子電解質ゲル中
に未反応触媒や触媒の分解生成物が残存することは避け
られない。これらの残存物は、ゲル中で変化し、高分子
電解質ゲルのイオン伝導性を低下させる一因となる。
As a method for improving the heat resistance, it is effective to use a crosslinked polymer having a three-dimensional structure by covalent bonds. For example, JP-A-10-74526, JP-A-11-214038, JP-A-2000-
There are many reports such as 80138. However, these polymer electrolyte gels are not yet sufficient in terms of ionic conductivity and safety. In other words, previous reports include:
A gelation method is described in which a polymer or a low molecule having a plurality of vinyl groups is formed into a cross-linked polymer by radical polymerization by heating, but since a peroxide compound or an azo compound is used as a catalyst, the gelation method has been described. It is inevitable that unreacted catalyst and decomposition products of the catalyst remain in the polymer electrolyte gel. These residues change in the gel and contribute to reducing the ionic conductivity of the polyelectrolyte gel.

【0005】アゾ化合物を使用した場合には、分解時に
窒素ガスを発生するため、ゲル中に脱泡困難な気泡を発
生し、イオン伝導性が低下する。また、イオンの流れに
偏りができ、過熱の恐れもある。過酸化物化合物を使用
する場合には、ゲル化させるためのラジカル重合の際に
衝撃や摩擦による爆発の危険性があり、取り扱いに細心
の注意が必要である。過酸化物化合物が、未反応のまま
ゲル中に残存することも製品使用上の安全性において問
題となる。
[0005] When an azo compound is used, nitrogen gas is generated at the time of decomposition, so that bubbles which are difficult to remove are generated in the gel and ion conductivity is reduced. In addition, the flow of ions is biased, and there is a risk of overheating. When a peroxide compound is used, there is a danger of explosion due to impact or friction during radical polymerization for gelling, so that careful handling is required. Permanent peroxide compounds remaining in the gel unreacted also pose a problem in product safety.

【0006】同じラジカル重合により架橋高分子とする
ことによるゲル化方法であっても、特開2000−80
138号公報などに記載されているベンジルジメチルケ
タールなどの光開始剤を使用した光照射により架橋高分
子とする方法の場合は、分解によるガス発生や爆発の危
険性はないので、前述の問題点は発生しない。しかしな
がら、光照射により架橋高分子とすることによるゲル化
方法をリチウムイオン二次電池やキャパシタなどに適用
する場合には、以下に述べるように製造工程の制約から
不利な面が生じる。
[0006] Even in the gelling method by forming a crosslinked polymer by the same radical polymerization, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-80
In the case of a method of forming a crosslinked polymer by light irradiation using a photoinitiator such as benzyldimethyl ketal described in Japanese Patent No. 138 or the like, there is no danger of gas generation or explosion due to decomposition. Does not occur. However, when a gelling method by forming a crosslinked polymer by light irradiation is applied to a lithium ion secondary battery, a capacitor, or the like, disadvantages arise due to restrictions on a manufacturing process as described below.

【0007】即ち加熱により架橋高分子とすることによ
るゲル化方法では、あらかじめ組み立てられたセルに高
分子電解質ゲルの前駆体溶液を注入した後でゲル化させ
ることが可能である。このような方法でゲル化させると
高分子電解質ゲルと電極との接触が良好となり、界面抵
抗も抑制される。しかし、光照射によるゲル化方法で
は、セル内に光を照射することができないため、注入後
にゲル化させることはできない。必然的に、あらかじめ
作成したゲルを電極と貼り合わせることになるが、その
結果、高分子電解質ゲルと電極との間の界面抵抗が大き
くなり、イオン伝導性を低下させることになるのであ
る。
In other words, in the gelling method by forming a crosslinked polymer by heating, it is possible to gel after injecting a precursor solution of a polymer electrolyte gel into a cell assembled in advance. When the gel is formed by such a method, the contact between the polymer electrolyte gel and the electrode becomes good, and the interface resistance is suppressed. However, in the gelation method by light irradiation, the cells cannot be irradiated with light, so that they cannot be gelled after injection. Inevitably, the gel prepared in advance is bonded to the electrode, but as a result, the interface resistance between the polymer electrolyte gel and the electrode increases, and the ionic conductivity decreases.

【0008】また、以上のようなゲル化方法に起因する
イオン伝導性の低下は0℃以下の低温においてさらに顕
著となり、これらの方法を適用したリチウムイオン二次
電池やキャパシタは寒冷地での使用が難しくなることも
考えられる。
Further, the decrease in ionic conductivity due to the above-mentioned gelling method becomes more remarkable at a low temperature of 0 ° C. or less, and lithium ion secondary batteries and capacitors to which these methods are applied are used in cold regions. Can be difficult.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、加
熱によるラジカル重合でのゲル化方法では、高分子電解
質ゲル中に残存する触媒に由来する不純物がイオン伝導
性や安全性に悪影響を与えていた。また、光照射による
ラジカル重合でのゲル化方法では、光照射の制約に基づ
くセルにおける界面抵抗の大きさがイオン伝導性を低下
させていた。本発明者はかかる従来の高分子電解質ゲル
の欠点を克服すべく鋭意検討を進めた結果、特定の高分
子を材料に特定の触媒で架橋を形成することにより欠点
の除かれたゲルが得られることを見出し本発明に到達し
た。本発明の目的は、従来から知られている高分子電解
質ゲルよりも、さらにイオン伝導性に優れている高分子
電解質ゲルと該ゲルの製造方法を提供することにある。
As described above, in the method of gelation by radical polymerization by heating, impurities derived from the catalyst remaining in the polymer electrolyte gel adversely affect ionic conductivity and safety. I was Further, in the gelation method by radical polymerization by light irradiation, the magnitude of the interfacial resistance in the cell due to the restriction of light irradiation has reduced ionic conductivity. The present inventor has conducted intensive studies to overcome the drawbacks of such conventional polymer electrolyte gels, and as a result, a gel free of the drawbacks can be obtained by forming a crosslink of a specific polymer into a material with a specific catalyst. The inventors have found that the present invention has been achieved. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte gel having more excellent ion conductivity than a conventionally known polymer electrolyte gel, and a method for producing the gel.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
エポキシ基を1分子中に2個以上有する高分子(以下、
エポキシ基含有高分子という)が支持電解質を触媒とす
るエポキシ環の開環架橋反応してなる架橋高分子(以
下、エポキシ架橋高分子という)と、前記支持電解質お
よび有機溶媒でなる高分子電解質ゲルにより達成され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is as follows.
Polymer having two or more epoxy groups in one molecule (hereinafter, referred to as
A cross-linked polymer (hereinafter referred to as an epoxy cross-linked polymer) formed by a ring-opening cross-linking reaction of an epoxy ring using a supporting electrolyte as a catalyst and a polymer electrolyte gel comprising the supporting electrolyte and an organic solvent Is achieved by

【0011】さらに本発明は、該エポキシ基含有高分子
が、1分子中にビニル基とエポキシ基を含むモノマーを
必須成分として重合され、リチウム以外の金属イオンを
含まないものであることによって高度に達成される。
Further, the present invention provides a highly improved epoxy-containing polymer by polymerizing a monomer containing a vinyl group and an epoxy group in one molecule as an essential component and containing no metal ion other than lithium. Achieved.

【0012】さらにこれに加えて、支持電解質が、Li
BF4および/またはLiPF6を含むイオン性化合物で
あること、エポキシ架橋高分子が、高分子電解質ゲルに
対し2から20重量%であることにより、より高度に目
的が達成される。
In addition to this, the supporting electrolyte is Li
The object is more highly achieved by being an ionic compound containing BF 4 and / or LiPF 6 and the epoxy cross-linked polymer being 2 to 20% by weight based on the polymer electrolyte gel.

【0013】また、かかる高分子電解質ゲルは、有機溶
媒にエポキシ基含有高分子、支持電解質を必須成分とし
て溶解した溶液中の該エポキシ基含有高分子に、支持電
解質を触媒としてエポキシ環の開環架橋反応を行わせて
エポキシ架橋高分子を形成させることを特徴とする製造
方法により得られる。
Further, such a polymer electrolyte gel is prepared by dissolving an epoxy group-containing polymer in a solution in which an epoxy group-containing polymer and a supporting electrolyte are dissolved in an organic solvent as an essential component, using the supporting electrolyte as a catalyst to open the epoxy ring. It is obtained by a production method characterized in that a cross-linking reaction is performed to form an epoxy cross-linked polymer.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本願発明を詳述する。本願
に言うエポキシ基含有高分子は、1分子中に2個以上の
エポキシ基を含有していることが必要であり、このこと
は該高分子がエポキシ環の開環結合という高分子反応に
よりエポキシ架橋高分子を形成し得るものであるという
必要条件を意味し、1分子中に2個以上であればその数
とか、結合している位置とか、さらには該高分子の主鎖
の種類等は特に限定されるものではない。また、1種類
に限定されず、2種類以上のエポキシ基含有高分子の混
合物であってもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The epoxy group-containing polymer referred to in the present application needs to contain two or more epoxy groups in one molecule, which means that the polymer has a polymer reaction called an epoxy ring opening bond. It means the necessary condition that a cross-linked polymer can be formed, and if it is two or more in one molecule, the number, the bonding position, and the type of the main chain of the polymer, etc. There is no particular limitation. The mixture is not limited to one type, and may be a mixture of two or more types of epoxy group-containing polymers.

【0015】このようなエポキシ基含有高分子は、不飽
和炭化水素系ポリマーや、ポリエーテル、ポリエステ
ル、ポリウレタン、ビニルポリマーなどであって反応性
官能基を持つ高分子にエポキシ基を導入することで得る
ことができる。例えば、ポリマー中に二重結合を持つポ
リブタジエンやポリイソプレンなどには、二重結合に過
酢酸を反応させることでエポキシ基を導入することがで
き、また、ポリマー中に水酸基を持つポリエチレンオキ
シドやポリプロピレンオキシドなどには、水酸基にエピ
クロロヒドリンを付加させ水酸化ナトリウムで脱塩酸す
ることでエポキシ基を導入することができる。
Such an epoxy group-containing polymer is obtained by introducing an epoxy group into a polymer having a reactive functional group, such as an unsaturated hydrocarbon polymer, polyether, polyester, polyurethane, or vinyl polymer. Obtainable. For example, an epoxy group can be introduced into polybutadiene or polyisoprene having a double bond in the polymer by reacting the double bond with peracetic acid, and polyethylene oxide or polypropylene having a hydroxyl group in the polymer. An epoxy group can be introduced into an oxide or the like by adding epichlorohydrin to a hydroxyl group and dehydrochlorinating with sodium hydroxide.

【0016】上述のような、既存のポリマーにエポキシ
基を導入する方法のほかにも、ビニル重合を利用して直
接エポキシ基含有高分子を合成する方法を採ることもで
きる。ビニル重合では、共重合成分として様々なビニル
モノマーを利用できるため、その共重合成分を変化させ
ることで、求められる特性に容易に対応でき、応用の幅
が広く、好適である。従って、以下ではこのケースにつ
いて説明する。
In addition to the above-described method of introducing an epoxy group into an existing polymer, a method of directly synthesizing an epoxy group-containing polymer using vinyl polymerization can also be employed. In the vinyl polymerization, various vinyl monomers can be used as a copolymer component. Therefore, by changing the copolymer component, it is possible to easily cope with required characteristics, and a wide range of applications is suitable. Therefore, this case will be described below.

【0017】ビニル重合により得られたビニルポリマー
を直接エポキシ基含有高分子として使用するためには、
該ビニルポリマーが、ビニル基とエポキシ基を含むモノ
マーの単独重合体であるかまたは該モノマーを共重合成
分の一つとする共重合体であることが必須である。ビニ
ル基とエポキシ基を含むモノマーの例としては、メタク
リル酸グリシジル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸
2−メチルグリシジル、1,2−エポキシ−3−ブテ
ン、イソプレンオキシド、1,2−エポキシ−2−メチ
ル−3−ブテン,1,2−エポキシ−5−ヘキセン,3
−エテニル−7−オキサビシクロ[4,1,0]ヘプタ
ン、アリルグリシジルエーテル、[(2−プロペニロキ
シ)メチル]オキシランなどが挙げられる。
In order to use a vinyl polymer obtained by vinyl polymerization directly as an epoxy group-containing polymer,
It is essential that the vinyl polymer is a homopolymer of a monomer containing a vinyl group and an epoxy group, or a copolymer containing the monomer as one of the copolymerization components. Examples of monomers containing a vinyl group and an epoxy group include glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, 2-methylglycidyl acrylate, 1,2-epoxy-3-butene, isoprene oxide, 1,2-epoxy-2-methyl -3-butene, 1,2-epoxy-5-hexene, 3
-Ethenyl-7-oxabicyclo [4,1,0] heptane, allyl glycidyl ether, [(2-propenyloxy) methyl] oxirane and the like.

【0018】ビニル基とエポキシ基を含むモノマーと共
重合させる他のモノマーとしては、ビニルモノマーであ
れば、特に限定されない。また、1種類に限定されず、
2種類以上のビニルモノマーを使用してもよい。このよ
うなビニルモノマーの例としては、アクリロニトリル、
メタクリロニトリル、アクリル酸エステル類、メタクリ
ル酸エステル類、ビニルエーテル類などが挙げられる。
これらの共重合させるビニルモノマーは、高分子電解質
ゲルに使用される有機溶媒の種類や目標とする高分子電
解質ゲルに要求される特性を考慮して、適宜選択され
る。
The other monomer to be copolymerized with the monomer containing a vinyl group and an epoxy group is not particularly limited as long as it is a vinyl monomer. Also, it is not limited to one type,
Two or more vinyl monomers may be used. Examples of such vinyl monomers include acrylonitrile,
Examples include methacrylonitrile, acrylates, methacrylates, and vinyl ethers.
These vinyl monomers to be copolymerized are appropriately selected in consideration of the type of the organic solvent used for the polymer electrolyte gel and the properties required for the target polymer electrolyte gel.

【0019】ビニルポリマー中の、ビニル基とエポキシ
基を含むモノマーとその他の共重合させるモノマーとの
比率は、高分子電解質ゲルに要求される硬さ他の特性を
考慮して決定されるべきものであるが、通常は、ビニル
基とエポキシ基を含むモノマー/その他の共重合させる
ビニルモノマーのモル比は、5/95〜100/0であ
り、好ましくは20/80〜85/15である。該ビニ
ルポリマー中の、ビニル基とエポキシ基を含むモノマー
の比率が、5モル%未満では、後続するゲル化状態を発
現するためのエポキシ基同士の開環架橋反応によるエポ
キシ架橋高分子の形成が効率よく進み難い場合がある。
また、該比率が100モル%即ち単独の場合は、エポキ
シ架橋高分子の形成が効率よく進むが、架橋が密となる
ため、保持できる有機溶媒の量が少なくなる。なお、か
かるビニルポリマーの分子量としては、最終的には架橋
体となることから特に重要ではなく、有機溶媒/支持電
解質の系に溶解できる程度であればよく、概ね数平均分
子量で1000〜1000000位である。
The ratio of the monomer containing a vinyl group and an epoxy group to the other monomer to be copolymerized in the vinyl polymer should be determined in consideration of hardness and other characteristics required for the polymer electrolyte gel. Usually, the molar ratio of the monomer containing a vinyl group and an epoxy group / the other vinyl monomer to be copolymerized is 5/95 to 100/0, preferably 20/80 to 85/15. When the ratio of the monomer containing a vinyl group and an epoxy group in the vinyl polymer is less than 5 mol%, the formation of an epoxy cross-linked polymer by a ring-opening cross-linking reaction between epoxy groups to develop a subsequent gelled state. It may be difficult to proceed efficiently.
When the ratio is 100 mol%, that is, when alone, the formation of the epoxy cross-linked polymer proceeds efficiently, but the cross-linking becomes dense, so that the amount of the organic solvent that can be retained is reduced. Incidentally, the molecular weight of the vinyl polymer is not particularly important since it eventually becomes a crosslinked body, and may be any degree as long as it can be dissolved in an organic solvent / supporting electrolyte system, and is generally about 1,000 to 1,000,000 in number average molecular weight. It is.

【0020】また、かかるビニルポリマーの作成にあた
っては、エポキシ基を反応させないように且つリチウム
以外の金属イオンが入らないように重合することが肝要
である。このような重合方法としては、ラジカル重合法
が一般的である。イオン重合の場合には、重合中にエポ
キシ基が開環結合反応を起こしてしまうため、得られた
ポリマーを後続工程で架橋ゲル化させることが不可能と
なったり、逆に重合中に架橋されて有機溶媒に不溶なポ
リマーとなったりする恐れがある。ラジカル重合によっ
て合成する場合でも、重合触媒の種類によっては高分子
電解質ゲルの電気化学的特性を低下させる可能性がある
ので、重合触媒の選択は重要である。
In preparing such a vinyl polymer, it is important to carry out polymerization so that the epoxy group is not reacted and metal ions other than lithium do not enter. As such a polymerization method, a radical polymerization method is generally used. In the case of ionic polymerization, the epoxy group undergoes a ring-opening bond reaction during the polymerization, so that the resulting polymer cannot be crosslinked and gelled in a subsequent step, or on the contrary, it is crosslinked during the polymerization. And the resulting polymer may be insoluble in organic solvents. Even in the case of synthesis by radical polymerization, the selection of the polymerization catalyst is important because the electrochemical characteristics of the polymer electrolyte gel may be reduced depending on the type of the polymerization catalyst.

【0021】例えば、亜硫酸ナトリウムと過硫酸ナトリ
ウムを用いたレドックス重合においては、ポリマー末端
基として重合触媒ラジカルに由来するスルホン酸ナトリ
ウムが形成され、ポリマー中に多量のナトリウムイオン
が存在する結果となる。リチウムイオン二次電池用の高
分子電解質ゲルとして使用する場合には、リチウムイオ
ン以外のアルカリ金属イオンやアルカリ土類金属イオン
などの金属イオン不純物は界面抵抗を増加させるので、
かかるナトリウムイオンなどは極力減少させることが望
ましい。
For example, in redox polymerization using sodium sulfite and sodium persulfate, sodium sulfonate derived from a polymerization catalyst radical is formed as a polymer terminal group, resulting in a large amount of sodium ions in the polymer. When used as a polymer electrolyte gel for lithium ion secondary batteries, metal ion impurities such as alkali metal ions and alkaline earth metal ions other than lithium ions increase the interface resistance,
It is desirable to reduce such sodium ions as much as possible.

【0022】どうしても上述のようなレドックス重合を
採用しなければならない場合に、高分子中に取り込まれ
た金属イオン不純物を除くには、強酸性の水溶液で洗浄
する方法もあるが、工業生産としては効率的な方法とは
言えない。従って、上述のポリマーがリチウム以外の金
属イオンを含まないようにするためには、このような重
合触媒の使用量を極力減少させるか、あるいは使用を避
けるのが望ましい。このような観点から、該ビニルポリ
マーを合成するに当たっては、工業的には、有機過酸化
物化合物やアゾ化合物のような金属イオンを発生させな
い重合触媒や、紫外線照射、電子線照射などの手段で重
合することが推奨される。
When redox polymerization as described above must be employed, there is a method of washing with a strongly acidic aqueous solution in order to remove metal ion impurities taken into the polymer. It is not an efficient method. Therefore, in order to prevent the above-mentioned polymer from containing metal ions other than lithium, it is desirable to minimize the use of such a polymerization catalyst or to avoid its use. From such a viewpoint, in synthesizing the vinyl polymer, industrially, a polymerization catalyst that does not generate a metal ion such as an organic peroxide compound or an azo compound, ultraviolet irradiation, or electron beam irradiation is used. It is recommended to polymerize.

【0023】なお、本願発明においてエポキシ基含有高
分子がリチウム以外の金属イオンを『含まない』という
のは、かかる不純物金属イオンの『絶対無』を意味する
ものではない。即ち、後述するエポキシ基含有高分子の
有用な作成方法として本願発明が推奨する溶液重合法に
使用する有機溶媒でさえ、L.B.グレードであっても
不純物金属イオンは絶対無ではないのが現状である。そ
こで、本発明の最終産物である高分子電解質ゲルにおい
て、エポキシ基含有高分子に由来する不純物金属イオン
量が、共存する支持電解質あるいは有機溶媒に由来する
不純物金属イオン量を超えないことを以て「含まない」
と扱う。
In the present invention, the fact that the epoxy group-containing polymer does not contain a metal ion other than lithium does not mean that the impurity metal ion is “absolutely null”. That is, even the organic solvent used in the solution polymerization method recommended by the present invention as a useful method for producing an epoxy group-containing polymer described later is described in L. et al. B. At present, impurity metal ions are not absolutely absent even in grades. Therefore, in the polymer electrolyte gel which is the final product of the present invention, the amount of impurity metal ions derived from the epoxy group-containing polymer does not exceed the amount of impurity metal ions derived from the coexisting supporting electrolyte or organic solvent. Absent"
Treat.

【0024】本願発明が推奨する溶液重合法では、L.
B.グレードの有機溶媒に金属イオンを発生させないラ
ジカル重合触媒、ビニル基とエポキシ基を含むモノマー
および場合によってはこれらに加えて共重合させるビニ
ルモノマーを重量比で概ね有機溶媒6、重合触媒0.
2、モノマー4の割合で溶解させた溶液を作成し、加熱
または光照射によりエポキシ基含有高分子であるビニル
ポリマーが溶解された高分子溶液を作成する。得られた
高分子溶液はそのまま高分子電解質ゲルの前駆体として
使用できるため、高分子に不純物を除くための精製を施
したり、さらに乾燥・溶解したりする工程が不要で工程
を簡略化することができ、工業生産に有利である。
In the solution polymerization method recommended by the present invention, L.
B. A radical polymerization catalyst that does not generate metal ions in a graded organic solvent, a monomer containing a vinyl group and an epoxy group, and optionally a vinyl monomer to be copolymerized, in some cases, are generally in a weight ratio of the organic solvent 6, the polymerization catalyst 0.1.
2. A solution in which the monomer 4 is dissolved is prepared, and a polymer solution in which a vinyl polymer which is an epoxy group-containing polymer is dissolved by heating or light irradiation. Since the obtained polymer solution can be used as it is as a precursor of the polymer electrolyte gel, there is no need to purify the polymer to remove impurities or to further dry and dissolve it, thus simplifying the process. It is advantageous for industrial production.

【0025】以上説明したエポキシ基含有高分子である
ビニルポリマーは、本発明の高分子電解質ゲルの中では
該ポリマーの含有するエポキシ環が開環架橋反応したエ
ポキシ架橋高分子となって系全体をゲル状態にしている
のであるが、かかるエポキシ架橋高分子の高分子電解質
ゲルに対する割合は、2〜20重量%であり、好ましく
は2〜10重量%である。割合が2重量%よりも低いと
ゲルを形成することが困難となったり、20重量%を超
えるとイオン伝導性が著しく低下するケースが生じるこ
とがある。また、エポキシ基含有高分子の含有するエポ
キシ環が開環架橋反応する際には、副生成物が脱離した
り、別の分子が付加したりすることはないので、エポキ
シ架橋高分子の高分子電解質ゲルに対する割合は、エポ
キシ基含有高分子の開環架橋反応前の溶液に対する割合
に等しくなる。
The vinyl polymer which is an epoxy group-containing polymer described above is an epoxy cross-linked polymer in which the epoxy ring contained in the polymer is a ring-opening cross-linking reaction in the polymer electrolyte gel of the present invention, and the entire system is formed. Although it is in a gel state, the ratio of the epoxy cross-linked polymer to the polymer electrolyte gel is 2 to 20% by weight, preferably 2 to 10% by weight. If the proportion is less than 2% by weight, it may be difficult to form a gel, and if it exceeds 20% by weight, the ion conductivity may be significantly reduced in some cases. In addition, when the epoxy ring contained in the epoxy group-containing polymer undergoes a ring-opening cross-linking reaction, by-products are not eliminated or another molecule is not added. The ratio to the electrolyte gel is equal to the ratio of the epoxy group-containing polymer to the solution before the ring-opening crosslinking reaction.

【0026】次に本発明に採用される支持電解質として
は、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6
などの無機化合物やLiSO3CF3、LiN(SO2
32、LiC(SO2CF33などのフッ素リチウム
塩、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロホウ酸
塩、テトラエチルアンモニウムヘキサフルオロリン酸
塩、モノメチルトリエチルアンモニウムテトラフルオロ
ホウ酸塩、モノメチルトリエチルアンモニウムヘキサフ
ルオロリン酸塩などであって有機溶媒に溶解するものが
好適に使用されるが、特に好適なのはLiBF4、Li
PF6、あるいはこれらの併用である。
Next, as the supporting electrolyte employed in the present invention, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6
Inorganic compounds such as LiSO 3 CF 3 , LiN (SO 2 C
F 3 ) 2 , lithium fluoride such as LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , tetraethylammonium tetrafluoroborate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, monomethyltriethylammonium tetrafluoroborate, monomethyltriethylammonium hexafluorophosphate Acid salts and the like that dissolve in an organic solvent are preferably used, and particularly preferred are LiBF 4 , Li
PF 6 or a combination thereof.

【0027】次に本発明に採用される有機溶媒とは、水
分含有量が0.1重量%以下で、エポキシ基含有高分子
および支持電解質を溶解し得る溶媒の意であり、このよ
うな有機溶媒としては、エチレンカーボネート(略称E
C)、プロピレンカーボネート(略称PC)、ブチレン
カーボネート(略称BC)、ジエチルカーボネート(略
称DEC)、ジメチルカーボネート(略称DMC)、エ
チルメチルカーボネート(略称EMC)などの炭酸エス
テル、エチレングリコール、プロピレングリコール、メ
チルセロソルブ、エチルセロソルブなどのエーテル化合
物のほか、ガンマブチロラクトン(略称GBL)、スル
ホラン、ジメチルスルホキシド、アジポニトリル、グル
タロニトリル,N−メチルピロリドン、トリメチルホス
フェートなどの単独あるいは2種以上の混合溶媒が推奨
される。
The organic solvent used in the present invention means a solvent having a water content of 0.1% by weight or less and capable of dissolving an epoxy group-containing polymer and a supporting electrolyte. As a solvent, ethylene carbonate (abbreviation E
C), carbonates such as propylene carbonate (abbreviation PC), butylene carbonate (abbreviation BC), diethyl carbonate (abbreviation DEC), dimethyl carbonate (abbreviation DMC), ethyl methyl carbonate (abbreviation EMC), ethylene glycol, propylene glycol, and methyl In addition to ether compounds such as cellosolve and ethyl cellosolve, a single solvent or a mixture of two or more solvents such as gamma-butyrolactone (GBL), sulfolane, dimethyl sulfoxide, adiponitrile, glutaronitrile, N-methylpyrrolidone, and trimethyl phosphate are recommended. .

【0028】これらの有機溶媒は、エポキシ基含有高分
子および支持電解質の溶解能が優れている限り、その沸
点が高温のものが好ましい。沸点が90℃以下の有機溶
媒は蒸発しやすく、またその高い蒸気圧のために不具合
が生じやすい。
As for these organic solvents, those having a high boiling point are preferable as long as the dissolving ability of the epoxy group-containing polymer and the supporting electrolyte is excellent. Organic solvents having a boiling point of 90 ° C. or less are liable to evaporate, and are liable to cause problems due to their high vapor pressure.

【0029】以上に説明したエポキシ基含有高分子が開
環架橋反応して得られたエポキシ架橋高分子、支持電解
質および有機溶媒が本願に言う高分子電解質ゲルの必須
成分であるが、その他の成分として架橋を形成しない高
分子化合物や導電性添加物などを加えても構わない。
The epoxy cross-linked polymer obtained by the ring-opening cross-linking reaction of the epoxy group-containing polymer described above, the supporting electrolyte and the organic solvent are essential components of the polymer electrolyte gel referred to in the present application. A polymer compound that does not form a crosslink or a conductive additive may be added.

【0030】これらの各成分が高分子電解質ゲル中に占
める割合は、目標とする電気化学的特性や物性を勘案し
て決定されるべきものであるが、通常は前述の通りエポ
キシ架橋高分子が2から20重量%、支持電解質を1か
ら30重量%とし、残部を有機溶媒およびその他の成分
とするのが適正である。
The proportion of each of these components in the polymer electrolyte gel should be determined in consideration of the target electrochemical properties and physical properties. Suitably, it is 2 to 20% by weight, the supporting electrolyte is 1 to 30% by weight, and the balance is an organic solvent and other components.

【0031】本発明の高分子電解質ゲルは、有機溶媒に
エポキシ基含有高分子および支持電解質を必須成分とし
て溶解した溶液中の、該エポキシ基含有高分子を前記支
持電解質を触媒として反応させることによりエポキシ基
同士を開環架橋させてエポキシ架橋高分子を形成し、該
溶液を架橋ゲル化させることで得ることができる。な
お、上述したように溶液の調合に際し、その他の成分と
して架橋を形成しない高分子化合物や導電性添加物など
を加えても構わない。また、これらの製造工程は、吸湿
による水分率の増加を防止するために、外気を遮断した
状態あるいは露点が−50℃以下の乾燥した雰囲気中で
行うことが重要である。
The polymer electrolyte gel of the present invention is obtained by reacting the epoxy group-containing polymer in a solution in which an epoxy group-containing polymer and a supporting electrolyte are dissolved in an organic solvent as essential components, using the supporting electrolyte as a catalyst. It can be obtained by ring-opening and cross-linking epoxy groups to form an epoxy-crosslinked polymer, and crosslinking and gelling the solution. As described above, in preparing the solution, a polymer compound that does not form crosslinks, a conductive additive, and the like may be added as other components. In addition, it is important that these manufacturing steps are performed in a state where the outside air is shut off or in a dry atmosphere having a dew point of −50 ° C. or less in order to prevent an increase in the moisture content due to moisture absorption.

【0032】該溶液を、溶液状態からゲル状態にする
(ゲル化)のは、上述の通りエポキシ基含有高分子の有
するエポキシ基同士の開環架橋反応で架橋構造が形成さ
れること(架橋ゲル化)による。この種の架橋ゲル化反
応の通常の触媒としては、3級アミン、ルイス酸、プロ
トン酸などが使用でき、数十℃で数時間加熱することに
よりゲルを生成する。しかし、この場合架橋ゲル化後
は、これらの触媒はいずれも不純物としてゲル中に残留
し、イオンの移動を妨げたり、界面抵抗を増加させたり
するので、高分子電解質ゲルとしてはイオン伝導性を低
下させる原因となり採用できない。そこで本発明では、
この反応において支持電解質を触媒として使用するこ
と、特にLiBF4とLiPF6の使用を推奨する。支持
電解質を触媒として使用する本発明は、ゲル中に不純物
を残留させることなく架橋ゲル化させることが可能であ
り、前記の問題が克服され大変好ましい。
The solution is changed from a solution state to a gel state (gelation) as described above because a cross-linked structure is formed by a ring-opening cross-linking reaction between epoxy groups of the epoxy group-containing polymer (cross-linked gel). ). As a usual catalyst for this kind of cross-linking gelation reaction, a tertiary amine, Lewis acid, protonic acid, or the like can be used. However, in this case, after cross-linking and gelation, all of these catalysts remain in the gel as impurities, preventing the movement of ions and increasing the interfacial resistance. It cannot be adopted because it causes a decrease. Therefore, in the present invention,
It is recommended to use a supporting electrolyte as a catalyst in this reaction, especially the use of LiBF 4 and LiPF 6 . The present invention using a supporting electrolyte as a catalyst enables cross-linking and gelation without leaving any impurities in the gel, and overcomes the above-mentioned problems, which is very preferable.

【0033】上記必須成分を溶解した溶液の調合方法は
特に限定されるものではないが、支持電解質は、架橋ゲ
ル化触媒としても機能するため、一番最後に混合するの
がより好ましい。例えば、有機溶媒にエポキシ基含有高
分子が溶解された高分子溶液に支持電解質を溶解させる
方法、予め支持電解質を溶解した有機溶媒を高分子溶液
に加える方法などが挙げられる。
The method of preparing the solution in which the essential components are dissolved is not particularly limited, but the supporting electrolyte also functions as a cross-linking gelation catalyst, and therefore it is more preferable to mix the supporting electrolyte last. For example, a method of dissolving a supporting electrolyte in a polymer solution in which an epoxy group-containing polymer is dissolved in an organic solvent, a method of adding an organic solvent in which a supporting electrolyte is dissolved in advance to the polymer solution, and the like are given.

【0034】ここで用いる有機溶媒にエポキシ基含有高
分子が溶解された高分子溶液とは、予め重合して得られ
たエポキシ基含有高分子を有機溶媒に溶解したものであ
っても、あるいは有機溶媒中で単量体を反応させる溶液
重合法により作成したエポキシ基含有高分子の溶液であ
ってもよい。工業的には後者の方が重合系から高分子を
取り出して精製したり、乾燥や溶解する工程を省略でき
るので生産効率が高く、しかも均質な高分子溶液が得ら
れやすいので、特に推奨される方法である。但し、エポ
キシ基含有高分子の形成にあたって採用する触媒につい
ては十分留意し、極力不純物として残らないよう、ある
いはリチウムイオン以外の金属イオンが入らないように
すべきである。場合によっては溶液重合法による高分子
溶液に対し、触媒残留物の除去処理を施すのも好まし
い。
The polymer solution in which the epoxy group-containing polymer is dissolved in the organic solvent used herein may be a solution obtained by dissolving an epoxy group-containing polymer obtained in advance by polymerization in an organic solvent, or an organic solvent. It may be a solution of an epoxy group-containing polymer prepared by a solution polymerization method in which a monomer is reacted in a solvent. Industrially, the latter is particularly recommended because the production efficiency is high and a homogeneous polymer solution can be easily obtained because the latter can omit the steps of removing and purifying the polymer from the polymerization system and purifying or drying and dissolving it. Is the way. However, the catalyst used in the formation of the epoxy group-containing polymer should be carefully considered so as not to remain as impurities as much as possible or to prevent metal ions other than lithium ions from entering. In some cases, it is also preferable to subject the polymer solution by the solution polymerization method to a treatment for removing catalyst residues.

【0035】本発明のエポキシ環開環架橋反応は、前述
の方法により混合・溶解されたエポキシ基含有高分子、
有機溶媒および支持電解質の溶液をそのまま加熱するこ
とで進行し、目的の高分子電解質ゲルが得られる。大概
の条件としては、50〜70℃で0.5〜3時間維持す
る手段が例示される。使用する支持電解質即ち触媒とし
てはLiBF4やLiPF6が触媒能が高く反応が速い。
支持電解質の種類によっては、架橋ゲル化の発現に高温
長時間が必要となるが、微量のLiBF4またはLiP
6を添加することでこの反応を促進することが可能で
ある。また、エポキシ環は反応性が高く、この開環架橋
反応においてもエポキシ基含有高分子に存在するエポキ
シ環はほぼすべて反応すると思われるが、立体的阻害の
ため一部のエポキシ環では架橋しないと考えられる。
The epoxy ring-opening and cross-linking reaction of the present invention is carried out by an epoxy group-containing polymer mixed and dissolved by the above-described method,
The process proceeds by directly heating the solution of the organic solvent and the supporting electrolyte, and the desired polymer electrolyte gel is obtained. Most of the conditions include a means for maintaining the temperature at 50 to 70 ° C. for 0.5 to 3 hours. As a supporting electrolyte, that is, a catalyst, LiBF 4 or LiPF 6 has a high catalytic ability and a fast reaction.
Depending on the type of supporting electrolyte, a high temperature and a long time are required for the development of cross-linked gelation, but a small amount of LiBF 4 or LiP
This reaction can be promoted by adding F 6 . Also, the epoxy ring is highly reactive, and in this ring-opening cross-linking reaction, almost all of the epoxy rings present in the epoxy group-containing polymer will react, but due to steric hindrance, some epoxy rings must be cross-linked. Conceivable.

【0036】以上詳述してきた本発明の優れた特徴は、
出発物質としてエポキシ基含有高分子を選んだことによ
り実質的に無触媒で高分子電解質ゲルが得られる点にあ
る。無触媒での架橋ゲル化が可能なため、これまでのゲ
ル化触媒として広く用いられてきたアゾ化合物や過酸化
物化合物は不要であり、生成したゲル中に触媒の分解生
成物や未反応触媒が残らない。特に手順は掛かるがエポ
キシ基含有高分子自体を精製してから用いれば、全く不
純物の無いゲルも可能である。すなわち、本発明の高分
子電解質ゲルは、不純物を減少させたゲルであり、この
ため、優れたイオン伝導性を示すのである。
The excellent features of the present invention described in detail above are as follows.
By selecting an epoxy group-containing polymer as a starting material, a polymer electrolyte gel can be obtained substantially without a catalyst. Since cross-linking gelation can be performed without a catalyst, azo compounds and peroxide compounds that have been widely used as gelling catalysts so far are unnecessary, and decomposition products of catalysts and unreacted catalysts are contained in the formed gel. Does not remain. Although a procedure is particularly required, a gel containing no impurities is possible if the epoxy group-containing polymer itself is used after purification. That is, the polymer electrolyte gel of the present invention is a gel with reduced impurities, and therefore exhibits excellent ionic conductivity.

【0037】[0037]

【実施例】以下、代表的な実施例および比較例によっ
て、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実
施例に記載の部は、特にことわりのない限り重量部であ
り、%は重量パーセントである。実施例で得られた電解
質ゲルは、以下に示すセルを作成しそのセルについて電
気化学特性を評価した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of representative examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. The parts described in the following examples are parts by weight unless otherwise specified, and% is percent by weight. From the electrolyte gel obtained in the examples, the following cells were prepared, and the electrochemical characteristics of the cells were evaluated.

【0038】〔電気化学特性評価用セルの作成方法〕ス
テンレス製のシャーレの底部に厚さ0.2mmの平板状
のリチウム箔(電極)を置き、その上に厚さ0.2mm
のテフロン(登録商標)製の角型スペーサーをセット
し、この中に以下の実施例や比較例で作成したエポキシ
基含有高分子溶液と、支持電解質溶液を予め混合して作
成しておいた溶液を適量入れ、この上にも厚さ0.2m
mのリチウム箔(電極)を置き、スペーサーとリチウム
箔の間に隙間ができないようにしてシャーレのふたをし
た後、60℃で1時間加熱してエポキシ基同士の開環架
橋反応を行わせることにより架橋ゲル化させ、厚さ20
0μmの高分子電解質ゲルのゲル膜を作成した。このリ
チウム箔に挟まれたゲル膜を、リード線の付いた厚さ
0.3mmのニッケル板で挟み、これを2枚のガラス板
の間に挿入し、クリップで固定し、電気化学特性評価用
のセルを作成した。
[Method of Making Electrochemical Characteristics Evaluation Cell] A flat plate-like lithium foil (electrode) having a thickness of 0.2 mm is placed on the bottom of a stainless steel petri dish, and a 0.2 mm-thick lithium foil is placed thereon.
A Teflon (registered trademark) square spacer is set, and a solution prepared by previously mixing the epoxy group-containing polymer solution prepared in the following Examples and Comparative Examples with the supporting electrolyte solution. Put an appropriate amount, 0.2m thick on this
After placing a petri dish with a lithium foil (electrode) with a thickness of m and placing no gap between the spacer and the lithium foil, heating at 60 ° C for 1 hour to allow ring-opening and crosslinking reaction between epoxy groups. Crosslinked gelation with a thickness of 20
A gel film of a 0 μm polymer electrolyte gel was prepared. The gel film sandwiched between the lithium foils is sandwiched by a nickel plate having a thickness of 0.3 mm with a lead wire, inserted between two glass plates, fixed with clips, and used for a cell for evaluating electrochemical characteristics. It was created.

【0039】〔電気化学特性の評価〕上述の電気化学特
性評価用のセルを、交流インピーダンス測定装置(ソー
ラトーン社製1286+1250)に接続して、25℃
で、100kHzから1Hzまでの交流インピーダンス
を測定し、測定周波数100kHzおよび100Hzに
おけるインピーダンスをそれぞれバルク抵抗値および界
面抵抗値とした。このバルク抵抗値と、セルの厚さと面
積から、イオン伝導率を算出した。
[Evaluation of Electrochemical Characteristics] The above-mentioned cell for evaluating electrochemical characteristics was connected to an AC impedance measuring device (1286 + 1250, manufactured by Solartone) and the temperature was changed to 25 ° C.
Then, the AC impedance from 100 kHz to 1 Hz was measured, and the impedances at the measurement frequencies of 100 kHz and 100 Hz were defined as the bulk resistance value and the interface resistance value, respectively. The ionic conductivity was calculated from the bulk resistance value and the thickness and area of the cell.

【0040】上記交流インピーダンス測定を25℃で2
4時間継続した後、該評価用セルを電気化学測定装置
(ソーラトーン社製S1−1280B)に接続して、2
5℃で反転電圧±0.5V、電位掃引速度10mV/s
のサイクリックボルタンメトリーにより分極電解を行
い、3サイクル目の+0.5Vでの分極電流値を測定
し、これを対リチウム負極CV分極電流値とした。以
下、この対リチウム負極CV分極電流値を、単に分極電
流と称する。
The above AC impedance measurement was performed at 25 ° C. for 2 hours.
After continuing for 4 hours, the evaluation cell was connected to an electrochemical measurement device (S1-1280B manufactured by Solartone), and
Inversion voltage ± 0.5V at 5 ° C, potential sweep speed 10mV / s
Was subjected to polarization electrolysis by cyclic voltammetry, and the polarization current value at +0.5 V in the third cycle was measured, and this was defined as the polarization current value with respect to the lithium negative electrode CV. Hereinafter, the polarization current value of the lithium negative electrode CV is simply referred to as a polarization current.

【0041】さらにこの分極電流の測定後に、再び交流
インピーダンス測定を行い、セル作成24時間後の界面
抵抗値を求めた。これらの測定結果から、測定開始直後
の界面抵抗値と24時間後の界面抵抗値の比率を求め、
界面抵抗値の増加率とした。なお、ゲル膜の作成、セル
の作成、特性の評価は、露点−50℃のアルゴンガス雰
囲気のグローブボックスを用いて実施した。
After the measurement of the polarization current, the AC impedance was measured again, and the interface resistance 24 hours after the cell was prepared. From these measurement results, the ratio between the interface resistance immediately after the start of the measurement and the interface resistance after 24 hours was determined.
The rate of increase of the interface resistance value was used. The preparation of the gel film, the preparation of the cells, and the evaluation of the characteristics were performed using a glove box in an argon gas atmosphere at a dew point of -50 ° C.

【0042】<比較例1>水酸化ナトリウム0.22g
を水20gに溶解させた水溶液にポリエチレングリコー
ルモノメチルエーテル(数平均分子量2000)10g
を添加した。これを45℃に加熱し、0.46gのエピ
クロロヒドリンを激しくかき混ぜながら速やかに添加
し、95℃に加温し、80分間かき混ぜを続けた。得ら
れた溶液をベンゼンで抽出し、凍結乾燥法により抽出液
からポリエチレングリコールモノメチルエーテルの末端
の水酸基部分がグリシジル基に置換修飾された1分子中
に1個のエポキシ基を有する単エポキシ基含有高分子を
得た。
Comparative Example 1 0.22 g of sodium hydroxide
Was dissolved in 20 g of water, and 10 g of polyethylene glycol monomethyl ether (number average molecular weight 2000) was added to an aqueous solution in which 20 g of water was dissolved.
Was added. This was heated to 45 ° C., and 0.46 g of epichlorohydrin was rapidly added with vigorous stirring, heated to 95 ° C., and continued to be stirred for 80 minutes. The resulting solution is extracted with benzene, and the terminal hydroxyl group of polyethylene glycol monomethyl ether is substituted and modified with a glycidyl group from the extract by freeze-drying to obtain a single epoxy group containing one epoxy group in one molecule. The molecule was obtained.

【0043】エチレンカーボネート(EC)とプロピレ
ンカーボネート(PC)を容量比で2/1に混合した混
合溶媒6gに上記の高分子4gを溶解させて単エポキシ
基含有高分子溶液とした。これとは別に上記の混合溶媒
9.22gにLiBF4を0.78g溶解した支持電解
質溶液を作成した。該単エポキシ基含有高分子溶液2.
0gと該支持電解質溶液8.0gを使用して、上述の方
法に則り、ゲル膜を作成しようとしたが、ゲル化できな
かった。
4 g of the above polymer was dissolved in 6 g of a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) at a volume ratio of 2/1 to obtain a single epoxy group-containing polymer solution. Separately, a supporting electrolyte solution was prepared by dissolving 0.78 g of LiBF 4 in 9.22 g of the above mixed solvent. 1. The single epoxy group-containing polymer solution
Using 0 g of the supporting electrolyte solution and 8.0 g of the supporting electrolyte solution, an attempt was made to form a gel membrane in accordance with the above-mentioned method, but no gelation was possible.

【0044】<実施例1>水酸化ナトリウム0.9gを
水20gに溶解させた水溶液にポリエチレングリコール
(数平均分子量1000)10gを添加した。これを4
5℃に加熱し、1.85gのエピクロロヒドリンを激し
くかき混ぜながら速やかに添加し、95℃に加温し、8
0分間かき混ぜを続けた。得られた溶液をベンゼンで抽
出し、凍結乾燥法により抽出液からポリエチレングリコ
ールの両末端の水酸基部分がグリシジル基に置換修飾さ
れた1分子中に2個のエポキシ基を有するエポキシ基含
有高分子を得た。この高分子を使用して比較例1と同様
の方法で作成したエポキシ基含有高分子溶液2.0gと
比較例1と同じ支持電解質溶液8.0gを使用して、上
述の方法に則り、セルを作成し、測定を行った。
<Example 1> 10 g of polyethylene glycol (number average molecular weight 1000) was added to an aqueous solution in which 0.9 g of sodium hydroxide was dissolved in 20 g of water. This is 4
Heat to 5 ° C., add 1.85 g of epichlorohydrin rapidly with vigorous stirring, warm to 95 ° C.
Stirring was continued for 0 minutes. The obtained solution is extracted with benzene, and an epoxy group-containing polymer having two epoxy groups in one molecule in which the hydroxyl groups at both ends of polyethylene glycol are substituted and modified with glycidyl groups is extracted from the extract by freeze-drying. Obtained. Using 2.0 g of the epoxy group-containing polymer solution prepared in the same manner as in Comparative Example 1 using this polymer and 8.0 g of the same supporting electrolyte solution as in Comparative Example 1, the cell was prepared according to the method described above. Was prepared and measured.

【0045】<実施例2>比較例1の混合溶媒6.0g
に両末端がグリシジル基であるビスフェノールA−エピ
クロロヒドリン共重合体(Poly(Bisphenol A-co-epichl
orohydrin), gly-cidyl end-capped、数平均分子量10
75)4.0gを溶解させてエポキシ基含有高分子溶液
とした。この溶液2.0gと比較例1と同じ支持電解質
溶液8.0gを使用して、上述の方法に則り、セルを作
成し、測定を行った。
Example 2 6.0 g of the mixed solvent of Comparative Example 1
Bisphenol A-epichlorohydrin copolymer having glycidyl groups at both ends (Poly (Bisphenol A-co-epichl
orohydrin), gly-cidyl end-capped, number average molecular weight 10
75) 4.0 g was dissolved to obtain an epoxy group-containing polymer solution. Using 2.0 g of this solution and 8.0 g of the same supporting electrolyte solution as in Comparative Example 1, a cell was prepared according to the method described above, and measurement was performed.

【0046】<実施例3>比較例1と同じ混合溶媒6g
にアクリロニトリル(以下ANと略称する)2.0g、
酢酸ビニル(以下VAcと略称する)0.4g、メタク
リル酸グリシジル(以下GMAと略称する)1.6g、
重合触媒としてベンジルジメチルケタール(以下BDK
と略称する)0.2gを加えて溶解した。これに360
nmにピーク波長を持ち、この波長における照度が10
mW/cm2の紫外線を10分間照射して重合した後、
50℃で、ゲージ圧−0.09MPaの減圧容器に入
れ、未反応モノマーを除去し、エポキシ基含有高分子の
高分子溶液を作成した。該エポキシ基含有高分子溶液
2.0gと比較例1の支持電解質溶液8.0gを使用し
て、上述の方法に則り、セルを作成し、測定を行った。
Example 3 6 g of the same mixed solvent as in Comparative Example 1
2.0 g of acrylonitrile (hereinafter abbreviated as AN),
0.4 g of vinyl acetate (hereinafter abbreviated as VAc), 1.6 g of glycidyl methacrylate (hereinafter abbreviated as GMA),
Benzyldimethyl ketal (hereinafter referred to as BDK)
0.2 g) and dissolved. This is 360
nm has a peak wavelength, and the illuminance at this wavelength is 10
After irradiation with ultraviolet light of mW / cm 2 for 10 minutes to polymerize,
At 50 ° C., the mixture was placed in a reduced pressure container having a gauge pressure of −0.09 MPa to remove unreacted monomers to prepare a polymer solution of an epoxy group-containing polymer. Using 2.0 g of the epoxy group-containing polymer solution and 8.0 g of the supporting electrolyte solution of Comparative Example 1, a cell was prepared according to the method described above, and measurement was performed.

【0047】<実施例4>GMAの代わりにアリルグリ
シジルエーテルを使用すること以外は実施例3と同様の
方法でセルを作成し、測定を行った。
Example 4 A cell was prepared and measured in the same manner as in Example 3 except that allyl glycidyl ether was used instead of GMA.

【0048】<実施例5>2リットルのフラスコに水8
00mlを入れ、これに、AN50g、VAc10g、
GMA40gの混合溶液、重合触媒としてピロ亜硫酸ナ
トリウム0.6gと過硫酸アンモニウム0.2gをそれ
ぞれ水120mlに溶解した溶液をいずれも2時間に渡
って連続的に供給した。この供給が終わってからさらに
65℃で2時間重合を継続した。重合を終了したフラス
コを常温まで水冷した後、内容物の濾過・水洗を3回繰
り返して、未反応モノマーと重合触媒残渣を除去し、得
られたエポキシ基含有高分子を70℃の減圧乾燥器で1
夜乾燥して水分を除去した。なお、この高分子中には重
合触媒由来のスルホン基が導入されており、イオン交換
していないため、スルホン基はナトリウムと塩を形成し
ている。
Example 5 Water 8 was placed in a 2 liter flask.
00 ml, into which 50 g of AN, 10 g of VAc,
A mixed solution of 40 g of GMA and a solution in which 0.6 g of sodium pyrosulfite and 0.2 g of ammonium persulfate were dissolved in 120 ml of water each as a polymerization catalyst were continuously supplied over 2 hours. After the completion of the supply, the polymerization was further continued at 65 ° C. for 2 hours. After the polymerization-finished flask was cooled to room temperature with water, the content was filtered and washed three times to remove unreacted monomers and polymerization catalyst residues, and the obtained epoxy group-containing polymer was dried at 70 ° C. in a vacuum dryer. At 1
It was dried at night to remove water. In addition, a sulfone group derived from a polymerization catalyst was introduced into this polymer, and ion exchange was not performed. Therefore, the sulfone group formed a salt with sodium.

【0049】得られたエポキシ基含有高分子を用いて比
較例1と同様の方法でエポキシ基含有高分子溶液を作成
し、この溶液2.0gと比較例1と同じ支持電解質溶液
8.0gを使用して、上述の方法に則り、セルを作成
し、測定を行った。
Using the obtained epoxy group-containing polymer, an epoxy group-containing polymer solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and 2.0 g of this solution and 8.0 g of the same supporting electrolyte solution as in Comparative Example 1 were used. A cell was prepared and measured according to the method described above.

【0050】<実施例6>ECとジエチルカーボネート
(DEC)を容量比で1/3に混合した混合溶媒6gに
AN1.0g、メタクリル酸ステアリル(以下SMAと
略称する)0.8g、GMA2.2g、重合触媒として
BDK0.2gを加えて溶解した後、実施例3と同様の
方法で紫外線重合、未反応モノマー除去を行い、エポキ
シ基含有高分子の高分子溶液を作成した。これとは別に
上記の混合溶媒8.6gにLiPF 6を1.4g溶解し
た支持電解質溶液を作成した。該エポキシ基含有高分子
溶液2.0gと該支持電解質溶液8.0gを使用し、上
述の方法において加熱条件を70℃18時間に変更して
セルを作成し、測定を行った。
Example 6 EC and diethyl carbonate
(DEC) in a mixed solvent of 6 g mixed in 1/3 by volume ratio
AN 1.0 g, stearyl methacrylate (hereinafter SMA)
0.8 g, GMA 2.2 g, polymerization catalyst
After adding and dissolving 0.2 g of BDK, the same as in Example 3 was performed.
UV polymerization and removal of unreacted monomers
A polymer solution of a polymer having a di-group was prepared. Aside from this
LiPF was added to 8.6 g of the above mixed solvent. 6Is dissolved in 1.4 g
A supporting electrolyte solution was prepared. The epoxy group-containing polymer
Using 2.0 g of the solution and 8.0 g of the supporting electrolyte solution,
Change the heating conditions to 70 ° C for 18 hours in the method described above.
A cell was created and measurements were made.

【0051】<実施例7>実施例3のエポキシ基含有高
分子溶液2.0gと、比較例1の混合溶媒8.75gに
LiSO3CF3を1.25g溶解した支持電解質溶液
8.0gを混合した溶液に、架橋ゲル化促進目的の支持
電解質としてLiBF4を0.02g溶解した。この溶
液を使用して、上述の方法に則り、セルを作成し、測定
を行った。
Example 7 2.0 g of the epoxy group-containing polymer solution of Example 3 and 8.0 g of a supporting electrolyte solution obtained by dissolving 1.25 g of LiSO 3 CF 3 in 8.75 g of the mixed solvent of Comparative Example 1 were used. In the mixed solution, 0.02 g of LiBF 4 was dissolved as a supporting electrolyte for promoting crosslinking gelation. Using this solution, a cell was prepared and measured according to the method described above.

【0052】<比較例2>実施例3のエポキシ基含有高
分子溶液2.0gと、比較例1の混合溶媒8.75gに
LiSO3CF3を1.25g溶解した支持電解質溶液
8.0gを混合した溶液に、架橋ゲル化触媒として電解
質LiSO3CF3より圧倒的に強力な開環触媒であるル
イス酸の1種の四塩化スズを0.02gを溶解した。こ
の溶液を使用して、上述の方法に則り、セルを作成し、
測定を行った。
Comparative Example 2 2.0 g of the epoxy group-containing polymer solution of Example 3 and 8.0 g of a supporting electrolyte solution obtained by dissolving 1.25 g of LiSO 3 CF 3 in 8.75 g of the mixed solvent of Comparative Example 1 were used. In the mixed solution, 0.02 g of tin tetrachloride, one of Lewis acids, which is a ring-opening catalyst that is much stronger than the electrolyte LiSO 3 CF 3 as a cross-linking gelation catalyst, was dissolved. Using this solution, a cell is prepared according to the method described above,
A measurement was made.

【0053】<比較例3>比較例1と同様の混合溶媒6
gにAN2.84g、VAc1.16g、重合触媒とし
てBDK0.2gを加えて溶解した後、実施例3と同様
の方法で紫外線重合、未反応モノマー除去を行い、AN
/VAc共重合体溶液を作成した。これとは別に上記の
混合溶媒6.0gに架橋性モノマーである重合度14の
ポリオキシエチレンジメタクリレート4.0gを溶解し
た架橋性モノマー溶液を作成した。該AN/VAc共重
合体溶液1.0g、該架橋性モノマー溶液1.0g、比
較例1の支持電解質溶液8.0gおよびアゾビスイソブ
チロニトリル0.04gを混合溶解させた溶液を使用し
て、上述の方法において加熱条件を70℃5時間に変更
してセルを作成し、測定を行った。なお、この方法で作
成したゲル膜には多数の気泡が含まれていた。
<Comparative Example 3> Mixed solvent 6 similar to Comparative Example 1
After adding and dissolving 2.84 g of AN, 1.16 g of VAc, and 0.2 g of BDK as a polymerization catalyst, UV polymerization and removal of unreacted monomers were carried out in the same manner as in Example 3 to obtain AN.
/ VAc copolymer solution was prepared. Separately, a crosslinkable monomer solution was prepared by dissolving 4.0 g of a polyoxyethylene dimethacrylate having a polymerization degree of 14, which is a crosslinkable monomer, in 6.0 g of the above mixed solvent. A solution prepared by mixing and dissolving 1.0 g of the AN / VAc copolymer solution, 1.0 g of the crosslinking monomer solution, 8.0 g of the supporting electrolyte solution of Comparative Example 1, and 0.04 g of azobisisobutyronitrile was used. A cell was prepared by changing the heating conditions to 70 ° C. for 5 hours in the above-described method, and measurement was performed. Note that the gel film produced by this method contained many bubbles.

【0054】表1に実施例1〜7および比較例1〜3の
イオン伝導率、界面抵抗増加率、分極電流の測定結果を
示した。なお、いずれのゲルにおいてもエポキシ架橋高
分子の量は8.0%である。表1の通り本発明の高分子
電解質ゲルである実施例1〜7はいずれも優れた電気化
学特性を示した。エポキシ基含有高分子としては、エポ
キシ基が1分子中に2個以上あれば、実施例3や4に代
表されるビニルポリマーのみならず、実施例1のポリエ
ーテルや実施例2のようなポリマーなども使用でき、有
機溶媒の種類(実施例3および6)や支持電解質の種類
(実施例3、6および7)も選択することができる。た
だし、実施例5のようにエポキシ基含有高分子にリチウ
ム以外の金属イオンが含まれている場合には、従来より
優れてはいるものの、他の実施例に比べるとやや特性が
低くなる。
Table 1 shows the measurement results of the ionic conductivity, the interface resistance increase rate, and the polarization current of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3. The amount of the epoxy crosslinked polymer was 8.0% in each gel. As shown in Table 1, Examples 1 to 7, which are the polymer electrolyte gel of the present invention, showed excellent electrochemical properties. As the epoxy group-containing polymer, if there are two or more epoxy groups in one molecule, not only the vinyl polymer represented by Examples 3 and 4, but also the polyether of Example 1 and the polymer such as Example 2 And the like, and the type of the organic solvent (Examples 3 and 6) and the type of the supporting electrolyte (Examples 3, 6, and 7) can also be selected. However, when a metal ion other than lithium is contained in the epoxy group-containing polymer as in the fifth embodiment, the properties are slightly lower than those of the other embodiments, although they are superior to the related art.

【0055】本発明の高分子電解質ゲルに対して、比較
例1では単エポキシ基含有高分子を使用しており、エポ
キシ基が1分子に1個しかなく、エポキシ環が開環反応
を起こしても直鎖状の高分子しか生成しないためゲル化
しない。また、比較例2ではLISO3CF3に優先して
作用した四塩化スズに由来する多量の金属イオンの存在
が、比較例3はエポキシ環の支持電解質を触媒とする開
環架橋反応によらない架橋ゲルを形成したものである
が、アゾビスイソブチロニトリルの分解ガスによりゲル
中に発生する除去不能の気泡の存在が電気化学特性を低
下させている。
In comparison with the polymer electrolyte gel of the present invention, in Comparative Example 1, a single epoxy group-containing polymer was used, and there was only one epoxy group per molecule, and the epoxy ring caused a ring opening reaction. Does not gel because only linear polymers are formed. In Comparative Example 2, the presence of a large amount of metal ions derived from tin tetrachloride which acted preferentially on LISO 3 CF 3 was present, while Comparative Example 3 did not rely on the ring-opening cross-linking reaction using the epoxy ring supporting electrolyte as a catalyst. Although a crosslinked gel is formed, the presence of non-removable bubbles generated in the gel by the decomposition gas of azobisisobutyronitrile lowers the electrochemical characteristics.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】<実施例8>実施例3のエポキシ基含有高
分子溶液0.5gと、比較例1の混合溶媒9.3gにL
iBF4を0.7g溶解した支持電解質溶液9.5gを
使用して、上述の方法に則り、セルを作成し、測定を行
った。
Example 8 0.5 g of the epoxy group-containing polymer solution of Example 3 and 9.3 g of the mixed solvent of Comparative Example 1 were mixed with L.
Using 9.5 g of a supporting electrolyte solution in which 0.7 g of iBF 4 was dissolved, a cell was prepared according to the above-described method, and measurement was performed.

【0058】<実施例9>実施例3のエポキシ基含有高
分子溶液3.5gと、比較例1の混合溶媒9.1gにL
iBF4を0.9g溶解した支持電解質溶液6.5gを
使用して、上述の方法に則り、セルを作成し、測定を行
った。
Example 9 3.5 g of the epoxy group-containing polymer solution of Example 3 and 9.1 g of the mixed solvent of Comparative Example 1 were mixed with L.
Using 6.5 g of a supporting electrolyte solution in which 0.9 g of iBF 4 was dissolved, a cell was prepared according to the method described above, and measurement was performed.

【0059】<実施例10>実施例3のエポキシ基含有
高分子溶液5.0gと、比較例1の混合溶媒8.91g
にLiBF4を1.09g溶解した支持電解質溶液5.
0gを使用して、上述の方法に則り、セルを作成し、測
定を行った。
<Example 10> 5.0 g of the epoxy group-containing polymer solution of Example 3 and 8.91 g of the mixed solvent of Comparative Example 1 were used.
4.10 g LiBF 4 dissolved in a supporting electrolyte solution
Using 0 g, a cell was prepared and measured according to the method described above.

【0060】表2に実施例3および8〜10のゲル膜や
セルのエポキシ架橋高分子濃度、イオン伝導率、界面抵
抗増加率、分極電流の測定結果を示した。本発明の高分
子電解質ゲルはエポキシ架橋高分子濃度が2.0〜2
0.0重量%で、いずれも優れた特性を示すことが実証
された。さらに詳しく見るとエポキシ架橋高分子濃度が
低いほどよりよい特性を示すことがわかるが、これはエ
ポキシ架橋高分子の少ない方がイオンが移動しやすいた
めであると考えられる。ただし、エポキシ架橋高分子濃
度があまりにも低いとゲルを形成できなくなってしまう
場合がある。
Table 2 shows the measurement results of the concentration of the epoxy cross-linked polymer, the ionic conductivity, the increase in the interface resistance, and the polarization current of the gel films and cells of Examples 3 and 8 to 10. The polymer electrolyte gel of the present invention has an epoxy crosslinked polymer concentration of 2.0 to 2
At 0.0% by weight, it was demonstrated that all exhibited excellent properties. A closer look shows that the lower the epoxy cross-linked polymer concentration, the better the properties are. This is thought to be because the smaller the epoxy cross-linked polymer, the easier the ions to move. However, if the epoxy cross-linked polymer concentration is too low, it may not be possible to form a gel.

【0061】[0061]

【表2】 [Table 2]

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明の高分子電解質ゲルは、常温のみ
ならず低温においても優れたイオン伝導性を示し、リチ
ウムポリマー二次電池や電気二重層キャパシタなどの電
気化学デバイスに対して、非常に有用であり、優れた電
気化学特性が期待できる。
The polymer electrolyte gel of the present invention exhibits excellent ionic conductivity not only at room temperature but also at low temperature, and is very suitable for electrochemical devices such as lithium polymer secondary batteries and electric double layer capacitors. It is useful and can be expected to have excellent electrochemical properties.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エポキシ基を1分子中に2個以上有する高
分子(以下、エポキシ基含有高分子という)が支持電解
質を触媒とするエポキシ環の開環架橋反応してなる架橋
高分子(以下、エポキシ架橋高分子という)と、前記支
持電解質および有機溶媒でなる高分子電解質ゲル。
1. A crosslinked polymer (hereinafter, referred to as an epoxy group-containing polymer) formed by a ring-opening crosslinking reaction of an epoxy ring using a supporting electrolyte as a catalyst. , An epoxy-crosslinked polymer), and a supporting electrolyte and an organic solvent.
【請求項2】エポキシ基含有高分子が、1分子中にビニ
ル基とエポキシ基を含むモノマーを必須成分として重合
され、リチウム以外の金属イオンを含まないものである
請求項1に記載の高分子電解質ゲル。
2. The polymer according to claim 1, wherein the polymer containing an epoxy group is polymerized with a monomer containing a vinyl group and an epoxy group in one molecule as an essential component, and contains no metal ion other than lithium. Electrolyte gel.
【請求項3】支持電解質が、LiBF4および/または
LiPF6を含むイオン性化合物である請求項1または
2のいずれかに記載の高分子電解質ゲル。
3. The polymer electrolyte gel according to claim 1, wherein the supporting electrolyte is an ionic compound containing LiBF 4 and / or LiPF 6 .
【請求項4】エポキシ架橋高分子が、高分子電解質ゲル
に対し2から20重量%である請求項1から3のいずれ
かに記載の高分子電解質ゲル。
4. The polymer electrolyte gel according to claim 1, wherein the epoxy crosslinked polymer accounts for 2 to 20% by weight based on the polymer electrolyte gel.
【請求項5】有機溶媒にエポキシ基含有高分子、支持電
解質を必須成分として溶解した溶液中の該エポキシ基含
有高分子に、支持電解質を触媒としてエポキシ環の開環
架橋反応を行わせてエポキシ架橋高分子を形成させるこ
とを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高分
子電解質ゲルの製造方法。
5. The epoxy group-containing polymer in a solution in which an epoxy group-containing polymer and a supporting electrolyte are dissolved in an organic solvent as essential components is subjected to a ring-opening crosslinking reaction of an epoxy ring using the supporting electrolyte as a catalyst. The method for producing a polymer electrolyte gel according to any one of claims 1 to 4, wherein a crosslinked polymer is formed.
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