JP2003016834A - イオン伝導性有機−無機複合電解質 - Google Patents
イオン伝導性有機−無機複合電解質Info
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Abstract
な伝導度を得ることが可能なイオン伝導性有機−無機複
合電解質を提供すること。 【解決手段】 無機化合物としてメソ多孔性材料、高分
子化合物としてポリアルキレンオキシド、および電解質
塩としてアルカリ金属塩の複合反応生成物を用いたイオ
ン伝導性有機−無機複合電解質。メソ多孔性材料はゼオ
ライトまたは層状粘土鉱物である。複合反応生成物の組
成は、多孔性材料とポリアルキレンオキシドを重量比で
1:0.2〜5、アルカリ金属塩0〜20数%を含むも
のである。常温における伝導度は10-3S/cm以上を
示す。
Description
サー等に利用するのに十分に適したイオン伝導性有機−
無機複合電解質に関するものである。
体を使用している。電極間のイオンの移動速度が速いか
らである。しかし、電解質として液体を使用する場合、
液漏れの心配がある。電解質として固体電解質を使用す
ることで液漏れの問題を無くすことが提案されている。
例えばヨウ化リチウムにゼオライトを添加した組成物よ
りなるリチウムイオン伝導性固体電解質(特開昭58−
172802号)、2相高分子固体電解質(特開平4−
162306号)等がある。
では、そのイオン伝導率が10-5S/cmのオーダーあ
るいは10-4S/cmの低いところにあり、充分なイオ
ン移動度を得ることができないため、電池への利用には
不十分である。特に、小電流型の電池では、10-4−1
0-3S/cmのイオン伝導度が必要であり、さらに大電
流型の電池では、10-3S/cm以上のイオン伝導度が
必要となる。従来のリチウムイオン伝導性固体電解質に
おいては、イオン伝導率が低く、電池として利用するの
に充分な伝導度を得ることができないことから、電池あ
るいはセンサー等に利用するのに十分ではないという問
題があった。
は、有機ポリマーに無機微粒子を添加することによって
ポリマーのイオン伝導率を向上することが報告されてい
る。イオン伝導率の向上は無機微粒子の添加によってポ
リマーの結晶性が抑制されることから説明されている。
一方、イオンの拡散は界面を通して行いやすいことか
ら、面積の大きい多孔性無機微粒子/ポリマー界面にお
けるイオンの高速拡散が複合電解質のイオン伝導率の向
上に寄与することが期待される。
問題を解消するために成されたもので、固体内において
伝導に寄与する溶媒和イオンが充分な移動度を有するも
のとして、電池あるいはセンサー等に利用するのに充分
な伝導度を得ることが可能なイオン伝導性有機−無機複
合電解質を提供することを目的とする。
してメソ多孔性材料、高分子化合物としてポリアルキレ
ンオキシド、および電解質塩としてアルカリ金属塩の複
合反応生成物を用いたイオン伝導性有機−無機複合電解
質である。
土鉱物であり、その場合、本発明は、無機化合物として
ゼオライトまたは層状粘土鉱物、高分子化合物としてポ
リアルキレンオキシド、および電解質塩としてアルカリ
金属塩の複合反応生成物を用いたイオン伝導性有機−無
機複合電解質である。
リアルキレンオキシドを重量比で1:0.2〜5、アル
カリ金属塩0〜20数%を含むものであり、その場合、
本発明は、無機化合物としてメソ多孔性材料、より具体
的にはゼオライトまたは層状粘土鉱物、高分子化合物と
してポリアルキレンオキシド、および電解質塩としてア
ルカリ金属塩の、組成がメソ多孔性材料とポリアルキレ
ンオキシドを重量比で1:0.2〜5、アルカリ金属塩
0〜20数%を含む複合反応生成物を用いたイオン伝導
性有機−無機複合電解質である。
を示しており、その場合、本発明は、無機化合物として
メソ多孔性材料、より具体的にはゼオライトまたは層状
粘土鉱物、高分子化合物としてポリアルキレンオキシ
ド、および電解質塩としてアルカリ金属塩の複合反応生
成物、より具体的には組成がメソ多孔性材料とポリアル
キレンオキシドを重量比で1:0.2〜5、アルカリ金
属塩0〜20数%を含む複合反応生成物を用いた、常温
における伝導度が10-3S/cm以上を示すイオン伝導
性有機−無機複合電解質である。
知のものが使用できる。複合反応に用いられるメソ多孔
性材料は、ゼオライトや層状粘土鉱物などがあげられ
る。ゼオライトとしては、LTA型、FAU型、CHA
型、MOR型の少なくともいずれかの構造を有するアル
ミノシリケート系ゼオライトであって、ゼオライト骨格
におけるAl/Si比が10以下であるものが好適に用
いられる。このうち、LTA型のものとしては、3A
(K−A)型や4A(Na−A)型、あるいは5(Ca
−A)型のものが好適に用いられ、FAU型のものとし
ては、X(Na−X)型もしくはY(Na−Y)型のも
のが好適に用いられる。使用するゼオライトは用いる高
分子の形態や分子量によって選択できるが、複合反応に
用いたポリエチレンオキシド(PEO)を界面活性剤と
して合成したゼオライトが好ましい。すなわち、ゼオラ
イト骨格におけるAl/Si比が10以下であれば、一
般的に親水性であり、低水分圧下での吸着特性に優れる
ため好ましい。
キシド、好ましくはポリエチレンオキシド(PEO)、
ポリプロピレンオキシド(PPO)などである。複合反
応を進行する際には、多孔性材料とポリアルキレンオキ
シドを重量比で1:0.2〜10、好ましくは0.5〜
2となるように混合すればよい。アルカリ金属塩の添加
量は、PEOに対して0〜20数モルパーセント、好ま
しくは2〜20%の量で含まれる。
くはリチウム塩、その具体例として過塩素酸リチウム
(LiClO4)、テトラフルオロホウ酸リチウム(L
iBF4)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiP
F6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(Li
CF3SO3、LiN(CF3SO2)2)などがある。リ
チウム塩の含量は、高分子固体電解質において使用する
通常的な水準である。
有機ポリマーに無機微粒子を添加することによってポリ
マーのイオン伝導率を向上することが報告されている。
本発明では、多孔性の無機微粒子にポリマーを吸着させ
ることによってポリマーの結晶性が抑制され、イオン伝
導率が向上させることができる。用いる多孔性の無機化
合物にPEOの分子鎖の一部あるいはその全体を吸着さ
せれば、PEO分子鎖が無機微粒子中に固定され、ポリ
マーの結晶性が確実に抑制できる。更に、低分子で液状
のPEOの場合には、ポリマーの無機微粒子の細孔への
吸着によって複合電解質固化体を作製することが可能に
なる。
すいことから、面積の大きい多孔性無機微粒子/ポリマ
ー界面におけるイオンの高速拡散が複合電解質のイオン
伝導率の向上に寄与することが期待される。すなわち、
通常の溶液中におけるイオン導電を無機微粒子のような
大きな空孔を有する固体中で行なうことにより、固体内
において導電に寄与する溶媒和イオンが充分な移動度を
有し、電池あるいはセンサー等に利用するのに充分な伝
導度を得ることができる。即ち、この複合電解質のイオ
ン伝導率を向上させる効果としてはポリマーの結晶性の
抑制と界面におけるイオンの高速移動の両方にある。従
って、本発明のリチウムイオンを含むアルミノ珪酸塩よ
りなるリチウムイオン伝導性固体電解質においては、ア
ルミノ珪酸塩中のすなわち固体内で溶媒和したリチウム
イオンが導電に寄与し、かつ十分な移動度を持たせるこ
とができるという性質を有するため、極めて良好な固体
電解質となる。
明はこれら実施例によって何ら限定されるものではな
い。
3・2.5SiO2)を160℃で真空乾燥したものを使
用した。一方、分子量200のPEO 15gを注入し
た二つのビーカーにLiSO3CF3 1.5gを溶解し
たPEO−LiSO3CF3溶液を調整した。PEO−L
iSO3CF3溶液とF−9を重量比で2:1混合した。
その後、真空で一日保持した。得られた複合電解質をロ
ーラプレスで成膜した後イオン伝導率を測定した。イン
ピーダンスアナライザで測定した結果を図1に示す。L
iイオン伝導率は3.5×10-3S/cmである。
間撹拌し、Na+/Li +イオン交換反応を進行すること
によってLi型F−9を作製した。実施例1と同様な方
法で作製したPEO−LiSO3CF3溶液1.2gにL
i型F−9 1gを添加し、乳鉢で混合した後、室温で
真空一日処理した。得られた複合電解質をローラプレス
で製膜し、そのイオン伝導率をインピーダンスアナライ
ザで測定した。得られた測定結果を図2に示す。Liイ
オン伝導率は1.4×10-3S/cmである。
充分な伝導度を得ることが可能なイオン伝導性有機−無
機複合電解質を提供することができる。
F3複合電解質のインピーダンスアナライザ分析結果を
示す図面である。
O3CF3複合電解質のインピーダンスアナライザ分析結
果を示す図面である。
Claims (4)
- 【請求項1】 無機化合物としてメソ多孔性材料、高分
子化合物としてポリアルキレンオキシド、および電解質
塩としてアルカリ金属塩の複合反応生成物を用いたイオ
ン伝導性有機−無機複合電解質。 - 【請求項2】 メソ多孔性材料がゼオライトまたは層状
粘土鉱物である請求項1のイオン伝導性有機−無機複合
電解質。 - 【請求項3】 複合反応生成物の組成が、多孔性材料と
ポリアルキレンオキシドを重量比で1:0.2〜5、ア
ルカリ金属塩0〜20数%を含むものである請求項1ま
たは2のイオン伝導性有機−無機複合電解質。 - 【請求項4】 常温における伝導度が10-3S/cm以
上を示す請求項1、2または3のイオン伝導性有機−無
機複合電解質。
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KR100775295B1 (ko) | 2006-02-16 | 2007-11-08 | 주식회사 엘지화학 | 유/무기 복합 전해질 및 이를 이용한 전기 화학 소자 |
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- 2001-06-28 JP JP2001197298A patent/JP3631985B2/ja not_active Expired - Fee Related
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