JP2003020479A - 高分子液晶、それを含む電解質およびそれを利用した二次電池 - Google Patents

高分子液晶、それを含む電解質およびそれを利用した二次電池

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JP2003020479A
JP2003020479A JP2001206977A JP2001206977A JP2003020479A JP 2003020479 A JP2003020479 A JP 2003020479A JP 2001206977 A JP2001206977 A JP 2001206977A JP 2001206977 A JP2001206977 A JP 2001206977A JP 2003020479 A JP2003020479 A JP 2003020479A
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group
electrolyte
monomer
polymer liquid
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JP2001206977A
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Shinichi Nakamura
真一 中村
Satoshi Igawa
悟史 井川
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Canon Inc
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スメクチック液晶材料として有用な新規の高
分子液晶を含むイオン伝導性に異方性がある電解質を提
供する。 【解決手段】 液晶性メソーゲン基と、該液晶性メソー
ゲン基と結合する2つの側鎖を有し、かつ該側鎖が(O
CH2CH2m あるいは(OCH2CHCH3n(m、
nは3〜25の整数を示す)からなる骨格部分と重合性
官能基を有するモノマーを重合してなる高分子液晶と金
属塩からなる電解質。その電解質は液晶性を有し、金属
塩がアルカリ金属塩であり、有機溶剤を含み、イオン伝
導性に異方性がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高分子液晶および、
電池、センサデバイス等エレクトロニクス分野に用いる
電解質および二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】1973年にWrightらによって、
ポリエチレンオキシド(PEO)とアルカリ金属塩の錯
体のイオン伝導特性が報告され、1979年にArma
ndらにより電池に用いる電解質の可能性が示されたこ
とにより、固体電解質の研究が世界的に広まった。固体
電解質は形状が液体ではないので、部外への漏れがな
く、耐熱性、信頼性、安全性、デバイスの小型化に対し
て液状電解質に比べ有利である。また、有機物は無機物
に比べ柔軟である為、加工し易いという利点がある。
【0003】一般に電解質のイオン伝導率はキャリア密
度と電荷、イオン移動度の積で表わされる為にイオンを
解離する為の高い極性と解離したイオンを移動させる為
の低い粘性が必要とされる。その観点ではPEOは固体
電解質として十分な特性を備えているとは言えない。そ
もそもPEOのイオン輸送機構はドナー性極性基部分ヘ
の配位により解離されたイオンが熱によるセグメント運
動により次々に手渡される配位子交換によるものであ
る。その為に温度依存性を受けやすい。また、キャリア
密度を増加させる為に金属イオンを多く溶解させると結
晶化が起こり、逆にイオン移動度が低下してしまう。こ
の結晶化を防ぐ為にウレタン架橋によるPEO(M.W
atanabe et al,“Solid Stat
e Ionics”,28〜30,911,198
8),更には低温でのイオン移動度を向上させる為に架
橋部分に側鎖を導入したPEO(“第40回高分子討論
会予稿集”,3766,1991)も開発されている。
また最近ではPEOの末端に塩を導入した溶融塩型のP
EO(K.Ito et al.,“Solid St
ate Ionics”,86〜88,325,199
6、K.Ito et al.,“Electoroc
him.Acta”,42,1561,1997)も開
発されている。
【0004】しかしながら現状ではまだイオン伝導率が
十分に得られない為に高誘電率有機溶媒と低粘度溶媒を
混合した電解液あるいは電解液を有機高分子で固定化し
たゲル電解質が主流となっている。また、固体電解質を
電池デバイスとして利用する場合、イオン輸送効率だけ
ではなく電極との接触面において電気化学反応の効率性
が問題となっている。
【0005】また、スメクチック液晶の電解質への応用
として、メソーゲン基にエチレンオキシド鎖を1本導入
した液晶化合物(“J.Mater.Chem.”,1
079〜1086,6(7),1996年)、特開平4
−323260号公報及びエチレンオキシド鎖の両末端
にメソーゲン基を導入した2量体液晶(“日本液晶学会
討論会予稿集”,432,1998年)等が開発されて
いるが、まだイオン伝導率が十分に得られていない。ま
た、高分子液晶の電解質の応用としては特開平11−0
86629号公報及び特開平11−345629号公報
で示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な従
来技術に鑑みなされたものであり、新規な高分子液晶、
それを含む電解質およびそれを利用した二次電池を提供
する事を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、液晶性
メソーゲン基と、該液晶性メソーゲン基と結合する2つ
の側鎖を有し、かつ該側鎖が(OCH2 CH2m ある
いは(OCH2 CHCH3n (m、nは3〜25の整
数を示す)からなる骨格部分と重合性官能基を有するモ
ノマーを重合してなることを特徴とする高分子液晶であ
る。
【0008】前記モノマーが少なくとも一方の側鎖と液
晶性メソーゲン基との間に重合性官能基を有し、該モノ
マーが少なくとも一方の側鎖と液晶性メソーゲン基との
間の重合性官能基の部分で重合されているのが好まし
い。
【0009】また、本発明の高分子液晶は、下記一般式
(I)で示されるモノマーを重合してなる重合体が好ま
しい。
【0010】
【化4】
【0011】(式中、Aは液晶性メソーゲン基でA1−
B1−A2−B2−A3−B3−A4−B4−A5−B
5−A6を示す。A1,A2,A3は1,4−フェニレ
ン(1つ以上のCHはCFまたはNに置き換わっていて
もよい)または1,4−シクロヘキシレンを示す。A
4,A5,A6は単結合または1,4−フェニレン(1
つ以上のCHはCFまたはNに置き換わっていてもよ
い)または1,4−シクロヘキシレンを示す。B1,B
2,B3,B4,B5は単結合または−CH2 O−,−
OCH2 −,−COO−または−OOC−を示す。
【0012】D1は−(CH2p CHE(CH2q
O−を示し、D2は単結合または−O(CH2q CH
E(CH2p −を示す。Eは重合性官能基を示し、
p、qは1〜10の整数を示す。Xは−CH2 CH2
−または−CHCH3 CH2 O−を示し、Yは−OCH
2 CH2 −または−OCH2 CHCH3 −を示す。m,
nは3〜25の整数を示す。
【0013】R1、R2はそれぞれ独立に炭素原子数が1
から100までの直鎖状または分岐状のアルキル基であ
り、該アルキル基中の1つ以上のメチレンは−O−,−
CO−,−S−,−CH=CH−,−C≡C−またはエ
ポキシ基に置き換わっていてもよい。また、該アルキル
基中の水素原子はフッ素原子に置き換わっていてもよ
い。光学活性化合物でもよい。)
【0014】更に、本発明は、前記一般式(I)で示さ
れるモノマーのAが下記一般式(1a)〜(1i)で表
されるモノマーである。式中、zはそれぞれ独立に0〜
4の整数を示す。
【0015】
【化5】
【0016】
【化6】
【0017】また、本発明は、上記の高分子液晶と金属
塩からなる事を特徴とする電解質である。また、前記金
属塩がアルカリ金属塩である事を特徴とする電解質であ
る。また、有機溶剤を含む事を特徴とする電解質であ
る。更に、イオン伝導性に異方性のある事を特徴とする
電解質である。
【0018】さらに、本発明は、上記の電解質を用いた
二次電池である。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明によれば、液晶性メソーゲ
ン基と、該液晶性メソーゲン基と結合する2つの側鎖を
有し、かつ該側鎖が(OCH2 CH2m あるいは(O
CH2 CHCH3n (m、nは3〜25の整数を示
す)からなる骨格部分と重合性官能基を有するモノマー
を重合してなる重合体であって、特に該モノマーが少な
くとも一方の側鎖と液晶性メソーゲン基との間に重合性
官能基を有し、該少なくとも一方の側鎖と液晶性メソー
ゲン基との間の重合性官能基の部分で重合された重合体
からなる高分子液晶が提供される。
【0020】また、本発明の高分子液晶は、下記一般式
(I)で示されるモノマーを重合してなる重合体が好ま
しい。
【0021】
【化7】
【0022】前記一般式(I)において、Aは液晶性メ
ソーゲン基でA1−B1−A2−B2−A3−B3−A
4−B4−A5−B5−A6を示す。A1,A2,A3
は1,4−フェニレン(1つ以上のCHはCFまたはN
に置き換わっていてもよい)または1,4−シクロヘキ
シレンを示す。A4,A5,A6は単結合または1,4
−フェニレン(1つ以上のCHはCFまたはNに置き換
わっていてもよい)または1,4−シクロヘキシレンを
示す。
【0023】B1,B2,B3,B4,B5は単結合ま
たは−CH2 O−,−OCH2 −,−COO−または−
OOC−を示す。D1は−(CH2p CHE(CH
2q O−を示し、D2は単結合または−O(CH2
q CHE(CH2p −を示す。
【0024】Eは重合性官能基を示し、熱エネルギーあ
るいは光エネルギー線の照射により重合する官能基であ
れば特に限定されないが、例えばエポキシ基、アクリル
基、メタクリル基、ビニル基、アリル基等を有するもの
が好ましい。
【0025】p、qは1〜10の整数を示す。Xは−C
2 CH2 O−または−CHCH3 CH2 O−を示し、
Yは−OCH 2 CH2 −または−OCH2 CHCH3
を示す。m,nは3〜25の整数を示す。
【0026】R1、R2はそれぞれ独立に炭素原子数が1
から100までの直鎖状または分岐状のアルキル基であ
り、該アルキル基中の1つ以上のメチレンは−O−,−
CO−,−S−,−CH=CH−,−C≡C−またはエ
ポキシ基に置き換わっていてもよい。また、該アルキル
基中の水素原子はフッ素原子に置き換わっていてもよ
い。一般式(I)で示す化合物は、光学活性化合物でも
よい。
【0027】また、本発明によれば、前記一般式(I)
で示されるモノマーのAが下記一般式(1a)〜(1
i)で表されるモノマーが好ましい。式中、zはそれぞ
れ独立に0〜4の整数を示す。
【0028】
【化8】
【0029】
【化9】
【0030】モノマーの重合は光エネルギーによる重
合、熱エネルギーによる重合により行なわれる。本発明
の高分子液晶の重合度は2〜1000であることが望ま
しい。更に好ましくは2〜100であることが望まし
い。さらに、本発明の高分子液晶は液晶相を有している
ことが好ましいが、特にスメクチック液晶相が好まし
い。更に、本発明の高分子液晶は、重合反応の際に、他
のモノマー化合物と適当な割合で混合して、共重合する
事により、液晶相、液晶転移温度、重合度を調整する事
が出来る。
【0031】更に、本発明によれば本発明の高分子液晶
と金属塩からなる電解質が提供される。前記金属塩はア
ルカリ金属塩が好ましく、例えばMClO4 ,MBF
4 ,MPF6 ,MCF3 SO3 ,Li(CF3 SO2
2 N(MはLi,Na,Kを示す。)といったアルカリ
金属塩の他、CuSO4 ,Ni(NO32 ,Ni(B
42 等の金属塩を含有していることが好ましい。特
に好ましくは、LiClO 4 ,LiBF4 ,LiPF
6 ,LiCF3 SO3 ,Li(CF3 SO22 N等の
リチウム金属塩である。
【0032】また、本発明の電解質に含有される金属塩
の含有量は、通常0.01〜50重量%、好ましくは
0.1から30重量%が望ましい。
【0033】本発明の電解質は有機溶剤を含有しても良
い。好ましくは極性有機溶剤であるが、例えばエチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルエチ
ルケトン、メチルプロピオネート、ジメトキシエタン、
グリコール類である。
【0034】更に、本発明の高分子液晶は、他の液晶化
合物、非液晶化合物の1種以上と適当な割合で混合する
事により、液晶相、液晶転移温度を調整する事が出来
る。
【0035】前述したように、スメクチック液晶の電解
質への応用として、メソーゲン基と結合する1つの側鎖
がエチレンオキシド鎖骨格部分を有する液晶化合物
(“J.Mater.Chem.”,1079〜108
6,6(7),1996年)、特開平4−323260
及びエチレンオキシド鎖の両末端にメソーゲン基を導入
した2量体液晶(“日本液晶学会討論会予稿集”,43
2,1998年)また、高分子液晶の電解質では特開平
11−086629及び特開平11−345629等が
開発されているが、本発明の高分子液晶はメソーゲン基
と結合する2つの側鎖がエチレンオキシド鎖あるいはプ
ロピレンオキシド鎖の骨格部分を有する化合物であり構
造が異なる。また、本発明の高分子液晶は重合によりP
EO側鎖のフレキシブル性の低減を抑えるために、メソ
ーゲン骨格と側鎖の結合部分で重合化することによりモ
ノマーの側鎖部分の低粘性を保持することを狙ったもの
である。
【0036】本発明の電解質はイオン伝導性に異方性を
備えたものであるが、その起因となるものは、イオン伝
導性の小さいフェニレン等から構成される液晶メソーゲ
ン基とイオン伝導性の大きいエチレンオキシド鎖が、そ
のモノマーの液晶性から規則的に配列された構造体をつ
くることにある。即ち、液晶相の層構造に対して平行方
向にイオンが移動する場合、エチレンオキシド鎖が連続
して並んでいる為にその伝導度は高いが、垂直方向の場
合、エチレンオキシド鎖とメソーゲン基が交互に配列す
る為に、イオンはメソーゲン基を飛び越えなければ移動
できない。そこには大きなポテンシャルが存在し、その
為にイオン伝導度は小さくなる。それゆえ、液晶相の2
方向(XとY方向、図2参照)のイオン伝導度に差が生
じ、異方性を持つものである。
【0037】次に、本発明の一般式(I)で示される化
合物の具体的な構造を表1〜13に示す。但し、本発明
はこれらのみに限定されるものではない。尚、表中のA
の略記は、以下の基を示す。
【0038】
【化10】
【0039】
【化11】
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
【表5】
【0045】
【表6】
【0046】
【表7】
【0047】
【表8】
【0048】
【表9】
【0049】
【表10】
【0050】
【表11】
【0051】
【表12】
【0052】
【表13】
【0053】次に、本発明の電解質の応用例として、二
次電池について説明する。図1は二次電池の模式的な構
成例である。11、12はそれぞれ負、正の電極であ
る。13が電解質層であって、この層を通路として特定
極性のイオンが負電極から正電極へ、あるいは正電極か
ら負電極へ伝達される。上記負および正の電極はイオン
の放出と吸収の機能、外部デバイスとの連携機能(例え
ば電子伝導性機能)、機械的な支持機能等、多義に渉る
機能が要求されることから通常機能分離された複数の部
材からなる複合体となる場合が多い。
【0054】負電極11は外部回路との電子的接続機能
を兼ねた銅、アルミニウム、金、白金などの電子伝導性
支持体111に負極活物質112をコーティングしたも
のが用いられる。或いは支持体としての機能をかねた負
極活物質を用いることもできる。負極活物質材料として
はLiイオン、Naイオン、Kイオン等のアルカリイオ
ン、アルカリ土類イオン、水素イオン等のカチオンを放
出する能力を有する材料として、金属材料のなかからリ
チウム金属箔、リチウム−アルミニウム合金等が、高分
子材料のなかから好ましくはn型にドープされたポリア
セチレン、ポリチオフェン、ポリp−フェニレン、ポリ
アセン等およびその誘導体が、また炭素系材料のなかか
らグラファイト(黒鉛)、ピッチ、コークス、有機高分
子の焼結体、あるいはこれらの材料と有機高分子の複合
体が適宜選択的に用いられる。
【0055】正電極12は、外部回路との電子的接続機
能を兼ねた銅、アルミニウム、金、白金などの電子伝導
性支持体121に正極活物質122をコーティングした
ものが用いられる。或いは支持体としての機能をかねた
正極活物質を用いることもできる。正極活物質材料とし
ては無機材料のなかからコバルト、バナジウム、チタ
ン、モリブデン、鉄、マンガンなど遷移金属のカルコゲ
ン化合物及び酸化物、さらにこれらとリチウムの複合体
が、炭素系材料のなかからグラファイト、弗化カーボン
など一連の層状化合物、あるいはこれらの材料と有機高
分子の複合体が、高分子材料のなかから好ましくはp型
またはn型にドープされたポリアセチレン、ポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリp−フェニレ
ン、ポリアセン、ポリフタロシアニン、ポリピリジン
等、およびこれらの誘導体が適宜選択的に用いられる。
【0056】
【実施例】以下、実施例により本発明について更に詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
【0057】実施例1 (1)モノマー4’−(2−{2−[2−(2−メトキ
シエトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビ
フェニル−4−カルボン酸 4’−(2−アクリロイル
オキシ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エ
トキシ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル
エステル(例示化合物No.2)の製造
【0058】メチルオキシトリ(エチレンオキシ)エ
チルオキシトシレートの製造 ナスフラスコにテトラエチレングリコールモノメチルエ
ーテル20g(96mmol)とピリジン20mlを仕
込み、氷浴で0℃に冷却した。p−トルエンスルホン酸
クロリド23.8g(125mmol)を添加し、0℃
で12時間攪拌した。反応終了後、水を加えクロロホル
ムで抽出した。抽出液を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、
溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ
ー(クロロホルム/メタノール=100/1)で分離精
製して、メチルオキシジ(エチレンオキシ)エチルオキ
シトシレート34.5g(95.2mmol)を得た。
収率99%
【0059】4’−[メチルオキシトリ(エチレンオ
キシ)エチルオキシ]−4−ビフェニルカルボン酸の製
造 ナスフラスコに4’−ヒドロキシ−4−ビフェニルカル
ボン酸5g(23mmol)、水酸化カリウム3.3
g、メタノール400mlを仕込み、1時間加熱還流を
行った。メチルオキシトリ(エチレンオキシ)エチルオ
キシトシレート8.5g(23mmol)を加え、更に
24時間加熱還流を行った。反応終了後、室温まで冷却
し、1N塩酸で中和した後、水を加えクロロホルムで抽
出した。抽出液を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を
減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ク
ロロホルム/メタノール=30/1)で分離精製して
4’−[メチルオキシトリ(エチレンオキシ)エチルオ
キシ]−4−ビフェニルカルボン酸3.8g(9.4m
mol)を得た。収率40%
【0060】2−{2−[2−(2−メトキシエトキ
シ)エトキシ]エトキシメチル}オキシランの製造 ナスフラスコに2−[2−(2−メトキシエトキシ)エ
トキシ]エタノール6.6g(40mmol)、エピク
ロロヒドリン7.4g(80mmol)、50重量%水
酸化ナトリウム水溶液12.8g(160mmol)、
トリエチルアミン0.28g(2.8mmol)を仕込
み50℃でに4時間加熱撹拌した。反応終了後、室温ま
で冷却し、水を加え酢酸エチルで抽出した。抽出液を無
水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、シリ
カゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘキサ
ン=3/1)で分離精製して、2−[2−(2−メトキ
シエトキシ)エトキシ]エトキシメチル}オキシラン
5.8g(26.3mmol)を得た。収率66%
【0061】4’−(2−ヒドロキシ−3−{2−
[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]エトキシ}
プロポキシ)−4−ヒドロキシビフェニルの製造 ナスフラスコに4’,4−ビフェノール3.72g(2
0mmol)、炭酸カリウム1.52g(11mmo
l)、2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]
エトキシメチル}オキシラン2.2g(10mmo
l)、乾燥エタノール100mlを仕込み80℃でに5
時間加熱撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、溶媒
を減圧留去した。1N塩酸を加え酸性にした後、酢酸エ
チルで抽出し、抽出液を無水硫酸ナトリウムで乾燥し
た。溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラ
フィー(酢酸エチル/メタノール=10/1)で分離精
製して4’−(2−ヒドロキシ−3−{2−[2−(2
−メトキシエトキシ)エトキシ]エトキシ}プロポキ
シ)−4−ヒドロキシビフェニル2.2g(5.41m
mol)を得た。収率54%
【0062】4’−(2−{2−[2−(2−メトキ
シエトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビ
フェニル−4−カルボン酸 4’−(2−ヒドロキシ−
3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]
エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル エステ
ルの製造 ナスフラスコに4’−[メチルオキシトリ(エチレンオ
キシ)エチルオキシ]−4−ビフェニルカルボン酸0.
70g(1.73mmol)、4’−(2−ヒドロキシ
−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキ
シ]エトキシ}プロポキシ)−4−ヒドロキシビフェニ
ル0.70g(1.73mmol)、ジシクロヘキシル
カルボジイミド0.71g(3.46mmol)、
N’,N−ジメチルアミノピリジン0.01g、クロロ
ホルム20mlを仕込み室温でに24時間撹拌した。反
応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ過し除去
した。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマ
トグラフィー(クロロホルム/メタノール=50/1)
で分離精製して4’−(2−{2−[2−(2−メトキ
シエトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビ
フェニル−4−カルボン酸4’−(2−ヒドロキシ−3
−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]エ
トキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル エステル
1.04g(1.31mmol)を得た。収率76%
【0063】得られた化合物の相転移温度を示す。 昇温過程: K(102℃)SmC(143℃)N(1
56℃)Iso 降温過程: Iso(155℃)N(142℃)SmC
(99℃)K K:結晶相、SmC:スメクチックC相、N:ネマチッ
ク相、Iso:等方相
【0064】4’−(2−{2−[2−(2−メトキ
シエトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビ
フェニル−4−カルボン酸 4’−(2−アクリロイル
オキシ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エ
トキシ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル
エステルの製造 氷浴中、ナスフラスコに4’−(2−{2−[2−(2
−メトキシエトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキ
シ)−ビフェニル−4−カルボン酸 4’−(2−ヒド
ロキシ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エ
トキシ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル
エステル0.50g(0.63mmol)、トリエチ
ルアミン0.26g(2.52mmol)、クロロホル
ム5mlを仕込み撹拌した。それにアクリロイルクロリ
ド0.23g(2.52mmol)とクロロホルム5m
lの混合液を添加し、室温で24時間撹拌した。反応終
了後、水を加えクロロホルムで抽出し、抽出液を無水硫
酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を減圧留去し、、シリカ
ゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム/メタノ
ール=100/1)で分離精製して4’−(2−{2−
[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]−エトキ
シ}−エトキシ)−ビフェニル−4−カルボン酸 4’
−(2−アクリロイルオキシ−3−{2−[2−(2−
メトキシエトキシ)エトキシ]エトキシ}プロポキシ)
ビフェニル−4−イル エステル0.60g(0.71
mmol)を得た。収率88%
【0065】得られたモノマーの相転移温度を示す。 昇温過程: K(8℃)SmC(62℃)Iso 降温過程: Iso(60℃)SmC(4℃)K
【0066】(2)高分子液晶Aの作製 フラスコに4’−(2−{2−[2−(2−メトキシ
エトキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビフ
ェニル−4−カルボン酸 4’−(2−アクリロイルオ
キシ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エト
キシ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル
エステル100mg、2,6−ジ−tert−ブチル−
4−メチルフェノール0.05mg、光重合開始剤1−
ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン1.2mgに
乾燥テトラヒドロフラン4mlを加え、撹拌し完全に溶
解させた。溶媒をゆっくりと減圧留去した後、減圧乾燥
しモノマー混合物Aを得た。
【0067】2枚のガラス板を用意し、1枚のガラス
板上に金膜を400Å形成し、図2に示すパターンにエ
ッチングを行った。それぞれのガラス板上にポリイミド
樹脂前駆体[東レ(株)製SP−710]1.5%ジメ
チルアセトアミド溶液を回転数2000r.p.m.の
スピナーで15秒間塗布した。成膜後、60分間、30
0℃加熱縮合焼成処理を施した。この時の塗膜の膜厚は
約250Åであった。この焼成後の被膜にはアセテート
植毛布によるラビング処理がなされ、その後、イソプロ
ピルアルコール液で洗浄し、平均粒径2.0μmのシリ
カビーズを一方のガラス板上に散布した後、それぞれの
ラビング処理軸が互いに平行となるようにし、接着シー
ル剤[三井東圧(株)ストラクトボンド]を用いてガラ
ス板を張り合わせ、60分間、170℃にて加熱乾燥し
セルを作成した。
【0068】このセルにモノマー混合物Aを等方性液体
状態で注入し、等方相から20℃/hでスメクチックC
相を示す温度まで冷却した。このセルを偏光顕微鏡でク
ロスニコル下、テクスチャーを観察した所、スメクチッ
クC相のホモジニアス均一配向が観測された。次にこの
温度で高圧水銀ランプのUV光(10mW/cm2、1
分間)を照射し重合し高分子液晶Aを得た。この高分子
液晶は−20℃から150℃の温度領域に於いてスメク
チックC相が保持されていた。
【0069】実施例2 (1)高分子液晶電解質Aの作製 フラスコに4’−(2−{2−[2−(2−メトキシエ
トキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビフェ
ニル−4−カルボン酸 4’−(2−アクリロイルオキ
シ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキ
シ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル エ
ステル(例示化合物No.2)100mg、2,6−ジ
−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.05m
g、光重合開始剤1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニ
ルケトン1.2mg、トリフルオロメタンスルホン酸リ
チウム6.45mgに乾燥テトラヒドロフラン4mlを
加え、撹拌し完全に溶解させた。溶媒をゆっくりと減圧
留去した後、減圧乾燥しモノマー電解質Aを得た。
【0070】得られたモノマー電解質Aの相転移温度を
示す。 昇温過程: K(4℃)SmC(31℃)SmA(58
℃)Iso 降温過程: Iso(54℃)SmA(30℃)SmC
(0℃)K K:結晶相、SmC:スメクチックC相、SmA:スメ
クチックA相、Iso:等方相
【0071】次に実施例1で作製したセルにモノマー電
解質Aを等方性液体状態で注入し、等方相から20℃/
hでスメクチックA相を示す温度まで冷却した。このセ
ルを偏光顕微鏡でクロスニコル下、テクスチャーを観察
した所、スメクチックA相のホモジニアス均一配向が観
測された。次にこの温度で高圧水銀ランプのUV光(1
0mW/cm2、1分間)を照射し重合し高分子液晶電
解質Aを得た。この高分子液晶は−20℃から150℃
の温度領域に於いてスメクチックA相が保持されてい
た。
【0072】(2)イオン伝導度の評価 得られた高分子液晶電解質Aを0.001〜100kH
z、3000mVの交流電圧を印加した時の電流を測定
して複素インピーダンスを測定し、イオン伝導率を算出
した。図2はインピーダンス測定のセルのパターン図で
ある。その結果を以下に示す。
【0073】X方向 測定温度 イオン伝導率 30℃ 1.2×10-7S/cm Y方向 測定温度 イオン伝導率 30℃ 3.6×10-4S/cm
【0074】実施例3 (1)高分子液晶電解質Bの作製 フラスコに4’−(2−{2−[2−(2−メトキシエ
トキシ)エトキシ]−エトキシ}−エトキシ)−ビフェ
ニル−4−カルボン酸 4’−(2−アクリロイルオキ
シ−3−{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキ
シ]エトキシ}プロポキシ)ビフェニル−4−イル エ
ステル(例示化合物No.2)100mg、2,6−ジ
−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.05m
g、光重合開始剤1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニ
ルケトン1.2mg、Li(CF 3 SO22 N 1
1.86mgに乾燥テトラヒドロフラン4mlを加え、
撹拌し完全に溶解させた。溶媒をゆっくりと減圧留去し
た後、減圧乾燥しモノマー電解質Bを得た。
【0075】得られたモノマー電解質Bの相転移温度を
示す。 昇温過程: K(12℃)SmC(38℃)SmA(6
9℃)Iso 降温過程: Iso(66℃)SmA(36℃)SmC
(7℃)K
【0076】次に実施例1で作製したセルにモノマー電
解質Bを等方性液体状態で注入し、等方相から20℃/
hでスメクチックA相を示す温度まで冷却した。このセ
ルを偏光顕微鏡でクロスニコル下、テクスチャーを観察
した所、スメクチックA相のホモジニアス均一配向が観
測された。次にこの温度で高圧水銀ランプのUV光(1
0mW/cm2、1分間)を照射し重合し高分子液晶電
解質Bを得た。この高分子液晶は−20℃から150℃
の温度領域に於いてスメクチックA相が保持されてい
た。
【0077】(2)イオン伝導度の評価 得られた高分子液晶電解質Bを0.001〜100kH
z、3000mVの交流電圧を印加した時の電流を測定
して複素インピーダンスを測定し、イオン伝導率を算出
した。図2はインピーダンス測定のセルのパターン図で
ある。その結果を以下に示す。
【0078】X方向 測定温度 イオン伝導率 30℃ 7.2×10-7S/cm Y方向 測定温度 イオン伝導率 30℃ 1.1×10-3S/cm
【0079】実施例4〜8 (1)高分子液晶電解質C〜Gの作製 例示化合物No.2の代わりに表4に示す例示化合物を
用いる以外は実施例2と同様の方法により高分子電解質
C〜Gを作製し、実施例2と同様の方法でイオン伝導率
を算出した。その結果を表14に示す。
【0080】
【表14】
【0081】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、新
規な高分子液晶および電池、センサデバイス等エレクト
ロニクス分野に用いる電解質においてイオン伝導性に異
方性がある電解質および二次電池を提供する事が出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】二次電池の模式的な構成図である。
【図2】インピーダンス測定のセルのパターン図であ
る。
【符号の説明】
11 負電極 12 正電極 13 電解質層 111、121 電子伝導性支持体 112 負極活物質 122 正極活物質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H027 BA11 5H029 AJ06 AK02 AK03 AK05 AK07 AK16 AL06 AL07 AL12 AL16 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 CJ08 CJ11 HJ02

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶性メソーゲン基と、該液晶性メソー
    ゲン基と結合する2つの側鎖を有し、かつ該側鎖が(O
    CH2 CH2m あるいは(OCH2 CHCH3n
    (m、nは3〜25の整数を示す)からなる骨格部分と
    重合性官能基を有するモノマーを重合してなることを特
    徴とする高分子液晶。
  2. 【請求項2】 前記モノマーが少なくとも一方の側鎖と
    液晶性メソーゲン基との間に重合性官能基を有する請求
    項1に記載の高分子液晶。
  3. 【請求項3】 前記モノマーが少なくとも一方の側鎖と
    液晶性メソーゲン基との間の重合性官能基の部分で重合
    されている請求項1または2に記載の高分子液晶。
  4. 【請求項4】 前記モノマーが下記一般式(I)で示さ
    れる請求項1記載の高分子液晶。 【化1】 (式中、Aは液晶性メソーゲン基でA1−B1−A2−
    B2−A3−B3−A4−B4−A5−B5−A6を示
    す。A1,A2,A3は1,4−フェニレン(1つ以上
    のCHはCFまたはNに置き換わっていてもよい)また
    は1,4−シクロヘキシレンを示す。A4,A5,A6
    は単結合または1,4−フェニレン(1つ以上のCHは
    CFまたはNに置き換わっていてもよい)または1,4
    −シクロヘキシレンを示す。B1,B2,B3,B4,
    B5は単結合または−CH2 O−,−OCH2 −,−C
    OO−または−OOC−を示す。D1は−(CH2p
    CHE(CH2q O−を示し、D2は単結合または−
    O(CH2q CHE(CH2p −を示す。Eは重合
    性官能基を示し、p、qは1〜10の整数を示す。Xは
    −CH2 CH2 O−または−CHCH3 CH2 O−を示
    し、Yは−OCH 2 CH2 −または−OCH2 CHCH
    3 −を示す。m,nは3〜25の整数を示す。R1、R2
    はそれぞれ独立に炭素原子数が1から100までの直鎖
    状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基中の
    1つ以上のメチレンは−O−,−CO−,−S−,−C
    H=CH−,−C≡C−またはエポキシ基に置き換わっ
    ていてもよい。また、該アルキル基中の水素原子はフッ
    素原子に置き換わっていてもよい。光学活性化合物でも
    よい。)
  5. 【請求項5】 前記一般式(I)で示されるモノマーの
    Aが下記構造式(1a)〜(1i)である請求項4記載
    の高分子液晶。 【化2】 【化3】 (式中、zはそれぞれ独立に0〜4の整数を示す。)
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の高分
    子液晶の少なくとも1種と金属塩を含有してなる電解
    質。
  7. 【請求項7】 前記金属塩がアルカリ金属塩である請求
    項6に記載の電解質。
  8. 【請求項8】 有機溶剤を含む請求項6または7に記載
    の電解質。
  9. 【請求項9】 イオン伝導性に異方性のある請求項6乃
    至8のいずれかの項に記載の電解質。
  10. 【請求項10】 請求項6乃至9のいずれかに記載の電
    解質を用いた二次電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003062286A1 (fr) * 2002-01-22 2003-07-31 Japan Science And Technology Agency Composite a cristaux liquides conducteur d'ions polymerisable, composite polymere a cristaux liquides conducteur d'ions de maniere anisotrope et procede de production
JP2009249620A (ja) * 2008-04-11 2009-10-29 Dic Corp 強誘電性液晶組成物、及びそれを用いた表示素子
US9567524B2 (en) 2015-02-06 2017-02-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Polymerizable liquid crystal compound, and compensation film, antireflective film, and display device including the same

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