JP2005251563A - Ion conductor and electrochemical device using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ion conductor of which ion conductivity is high as it keeps large amount of electrolyte, whose electrolyte hardly leaks out, of which electrolyte solvent has no confinement, of which electrolyte supporter density can be raised, and which has high electron insulation property, high mechanical strength, high heat resistivity, processability and function as separator, and to provide an electrochemical device using it. <P>SOLUTION: The ion conductor with the ion conductivity of 10<SP>-3</SP>S/cm or more, has organic polymer chosen from a constellation consisting of polyamide, polyurethane and polyurea, complex with inorganic compound chosen from a constellation consisting of silica and metal oxide, and the electrolyte supported by the complex. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン伝導体、およびこれを用いた電気化学デバイスに関する。   The present invention relates to an ionic conductor and an electrochemical device using the ionic conductor.

電池や電気二重層キャパシタ(電気二重層コンデンサ)等の電極間に用いる部材として、電極間の短絡を防ぐ構造材が不要であり、かつ電解液の漏洩のおそれがない固体型の材料が開発されつつある。これらに用いる材料は、イオン伝導体としての高いイオン伝導度と、セパレーターとしての構造的な安定性や加工性の2つの機能とを、高いレベルで兼備している必要がある。こうした材料として、真性ポリマー電解質(全固体型)とポリマーゲル電解質とがある。しかしながら、これら電解質のうち、真性ポリマー電解質は、基本的にイオン伝導度が低く(室温で10-4S/cm未満)、そのため常温で使用されるポリマー電解質としてはいまだに実用化にはいたっていない。 As a member used between electrodes of batteries, electric double layer capacitors (electric double layer capacitors), etc., a solid material has been developed that does not require a structural material that prevents short-circuiting between electrodes and that does not cause electrolyte leakage. It's getting on. The material used for these needs to have a high level of high ion conductivity as an ionic conductor and two functions of structural stability and workability as a separator. Such materials include intrinsic polymer electrolytes (all solid type) and polymer gel electrolytes. However, among these electrolytes, intrinsic polymer electrolytes basically have low ionic conductivity (less than 10 −4 S / cm at room temperature), and therefore have not yet been put into practical use as polymer electrolytes used at room temperature.

一方、ポリマーゲル電解質は、真性ポリマー電解質に比べると、イオン伝導度が高いという特徴を持っている。ゲル電解質の例としては、支持電解質(LiClO4 、四級アンモニウム塩など)を極性溶媒に溶解させた電解液によって、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンなどの有機ポリマーを膨潤させた均一系のもの(例えば、特許文献1、2参照)、ポリオレフィン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンなどの有機ポリマーを多孔質体にし、多孔質体の微細孔に電解液を保持させた構造系のもの(例えば、特許文献3、4参照)や、電子伝導性を有していないポリマーからなる網状支持体に電解質を含浸させたもの(例えば、特許文献5参照)を例示することができる。 On the other hand, the polymer gel electrolyte has a feature of higher ionic conductivity than the intrinsic polymer electrolyte. As an example of the gel electrolyte, a homogeneous system in which an organic polymer such as polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or polyvinylidene fluoride is swollen by an electrolytic solution obtained by dissolving a supporting electrolyte (LiClO 4 , quaternary ammonium salt, etc.) in a polar solvent. (For example, see Patent Documents 1 and 2), a structure system in which an organic polymer such as polyolefin, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or polyvinylidene fluoride is made into a porous body, and an electrolytic solution is held in the micropores of the porous body (For example, refer patent documents 3 and 4) and what impregnated electrolyte with the net-like support body which consists of a polymer which does not have electronic conductivity (for example, refer patent document 5) can be illustrated.

均一系のゲル電解質は、電解液が漏洩しにくいものの、電解液の保持量が最大でも有機ポリマーの5倍程度であるため、イオン伝導度が低く、電解液単独のイオン伝導度(10-3S/cm以上)に及ばないという欠点があった。また、電解液保持体としての有機ポリマーと溶媒との相溶性の観点から、用いる有機ポリマーの種類によって電解液の溶媒の種類が制限を受けるという問題があった。例えば、水溶液系の電解液を用いた場合はイオン伝導度が10-2S/cm以上と高い反面、分解電圧が2V以下と小さいため高電圧下で用いることができない。一方、有機電解液は分解電圧が2V以上と高い一方、イオン伝導度は10-3S/cmオーダーと水溶液系には劣る。このように電解液の種類によって電気化学的な特性は異なるが、いずれの極性溶媒を用いる電解液に対しても適応可能な電解液保持体は存在していない。 Although the homogeneous gel electrolyte does not easily leak, the ionic conductivity is low because the amount of electrolyte retained is about five times that of the organic polymer at the maximum, and the ionic conductivity of the electrolyte alone (10 −3 S / cm or more). In addition, from the viewpoint of compatibility between the organic polymer as the electrolytic solution holder and the solvent, there is a problem that the type of the solvent of the electrolytic solution is limited depending on the type of the organic polymer used. For example, when an aqueous electrolyte solution is used, the ionic conductivity is as high as 10 −2 S / cm or more, but it cannot be used under a high voltage because the decomposition voltage is as low as 2 V or less. On the other hand, the organic electrolyte has a high decomposition voltage of 2 V or higher, while the ionic conductivity is in the order of 10 −3 S / cm, which is inferior to the aqueous solution system. As described above, although the electrochemical characteristics vary depending on the type of the electrolytic solution, there is no electrolytic solution holder that can be applied to any electrolytic solution using any polar solvent.

また、構造系のゲル電解質は、電解液が液体状態で存在しているため電解液が漏洩しやすいという問題があった。また、依然として電解液単独のイオン伝導度には及ばないという欠点があった。そのためイオン伝導度を上げるために、電解液の保持量を増やそうとすると、有機ポリマーの多孔質体の空隙率を上げる必要があるが、多孔質体の空隙率を上げるとゲル電解質の強度が低下し、セパレーターとしての機能が不十分になるという問題があった。   In addition, the structural gel electrolyte has a problem that the electrolytic solution is likely to leak because the electrolytic solution exists in a liquid state. In addition, there is a drawback that it still does not reach the ionic conductivity of the electrolyte alone. Therefore, in order to increase the ionic conductivity, it is necessary to increase the porosity of the porous body of the organic polymer when increasing the amount of the electrolyte solution retained. However, increasing the porosity of the porous body decreases the strength of the gel electrolyte. However, there is a problem that the function as a separator becomes insufficient.

また、いずれのタイプのポリマーゲル電解質とも、セパレーターとして短絡が起こり得ない構造に必要とされる、耐屈曲性、耐熱性等の膜特性と、高イオン伝導性との両立が必ずしも十分とはいえない。また、二次電池や、電気二重層キャパシタとして用いた場合には充放電の繰り返しに伴う化学的な劣化や、耐溶剤性についても高いレベルで満足できる材料は見出されていない。
特開2001−351832号公報 特開平11−149825号公報 特表平8−509100号公報 特表平9−500485号公報 特開2000−11758号公報
In addition, with any type of polymer gel electrolyte, it is not always sufficient to satisfy both the film properties such as bending resistance and heat resistance required for a structure in which a short circuit cannot occur as a separator, and high ion conductivity. Absent. In addition, when used as a secondary battery or an electric double layer capacitor, no material has been found that can be satisfied at a high level with respect to chemical deterioration and solvent resistance due to repeated charge and discharge.
JP 2001-351832 A JP-A-11-149825 JP-T 8-509100 Publication Japanese National Patent Publication No. 9-500485 JP 2000-11758 A

よって本発明の目的は、電解液の溶媒の種類によらずに電解液の保持量を多くでき、これによりイオン伝導度を高くすることが可能であり、保持された電解液が漏洩しにくく、電解液の溶媒の種類に制限なく電解液中の支持電解質の濃度を上げることが可能であり、しかも電子絶縁性や強度や耐熱性が高い上に加工性もあり、セパレーターとしての機能も有するイオン伝導体、およびこれを用いた電気化学デバイスを提供することにある。また、上記の特徴を有するイオン伝導体を容易に製造できる製造方法を提供することにある。   Therefore, the purpose of the present invention is to increase the amount of electrolyte retained regardless of the type of solvent of the electrolyte, thereby making it possible to increase the ionic conductivity, and the retained electrolyte is less likely to leak, It is possible to increase the concentration of the supporting electrolyte in the electrolyte without limiting the type of solvent of the electrolyte, and it has high electronic insulation, strength, heat resistance, processability, and functions as a separator. An object is to provide a conductor and an electrochemical device using the same. Moreover, it is providing the manufacturing method which can manufacture the ion conductor which has said characteristic easily.

すなわち、本発明のイオン伝導体は、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機ポリマーと、シリカおよび金属酸化物から選ばれる少なくとも1種の無機化合物との複合体と、該複合体に保持された電解液とを有し、イオン伝導度が10-3S/cm以上であることを特徴とするものである。 That is, the ionic conductor of the present invention is a composite of at least one organic polymer selected from the group consisting of polyamide, polyurethane and polyurea, and at least one inorganic compound selected from silica and metal oxides, And having an ionic conductivity of 10 −3 S / cm or more.

ここで、前記無機化合物の平均粒子径は1μm以下であり、前記複合体(100質量%)中の無機化合物の含有率は20〜80質量%であることが望ましい。
また、前記複合体は、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物およびホスゲン系化合物からなる群から選ばれる1種の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物およびジアミンを水に溶解した水溶液(B)とを接触させることにより得られる反応生成物であることが望ましい。
Here, the average particle diameter of the inorganic compound is 1 μm or less, and the content of the inorganic compound in the composite (100 mass%) is preferably 20 to 80 mass%.
The complex includes an organic solution (A) obtained by dissolving one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound in an organic solvent, an alkali silicate, An aqueous solution (B) in which at least one compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, and metal carbonates and a diamine is dissolved in water, the metal element having one of the metal elements is an alkali metal It is desirable that the reaction product be obtained by contacting

また、前記電解液の保持量は、複合体100質量部に対して、500〜2000質量部であることが望ましい。
また、前記複合体は、繊維径が20μm以下でアスペクト比が10以上のパルプ形状を有することが望ましい。
Moreover, it is preferable that the holding amount of the electrolytic solution is 500 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite.
The composite preferably has a pulp shape having a fiber diameter of 20 μm or less and an aspect ratio of 10 or more.

また、本発明のイオン伝導体の製造方法は、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物およびホスゲン系化合物からなる群から選ばれる1種の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物およびジアミンを水に溶解した水溶液(B)とを接触させて、有機ポリマーと無機化合物との複合体を得る複合体合成工程と、
前記複合体に電解液を含浸させて、複合体に電解液を保持させる含浸工程とを有することを特徴とする。
The method for producing an ionic conductor according to the present invention includes an organic solution (A) obtained by dissolving one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound in an organic solvent, and silicic acid. Alkali, at least one compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates, having two or more metal elements and one of the metal elements is an alkali metal, and diamine in water A composite synthesis step of contacting the aqueous solution (B) dissolved in the solution to obtain a composite of an organic polymer and an inorganic compound;
And an impregnation step of impregnating the composite with an electrolytic solution and retaining the electrolytic solution in the composite.

また、本発明の電気化学デバイスは、本発明のイオン伝導体を用いたことを特徴とするものである。   The electrochemical device of the present invention is characterized by using the ionic conductor of the present invention.

本発明のイオン伝導体は、電解液の溶媒の種類によらずに電解液の保持量を多くでき、これによりイオン伝導度を高くすることが可能であり、保持された電解液が漏洩しにくく、電解液の溶媒の種類に制限なく電解液中の支持電解質の濃度を上げることが可能であり、しかも電子絶縁性や強度や耐熱性が高い上に加工性もあり、セパレーターとしての機能も有する。
また、本発明のイオン伝導体の製造方法によれば、このようなイオン伝導体を容易に製造することができる。
The ionic conductor of the present invention can increase the amount of electrolyte retained regardless of the type of solvent of the electrolyte, thereby increasing the ionic conductivity, and the retained electrolyte is less likely to leak. It is possible to increase the concentration of the supporting electrolyte in the electrolyte without limitation on the type of solvent in the electrolyte, and it has high electronic insulation, strength, heat resistance, processability, and also functions as a separator. .
Moreover, according to the manufacturing method of the ion conductor of this invention, such an ion conductor can be manufactured easily.

また、このようなイオン伝導体を用いた本発明の電気化学的デバイスを、例えば電池に用いた場合には大電流化が可能であることに加えて、活物質利用効率、低温動作特性等に優れる。また、電気二重層キャパシタに用いた場合には、内部抵抗が小さいことにより充放電特性や、低温動作特性等に優れる。加えて、エレクトロクロミック素子用の電解質としても用いることができる。   In addition, when the electrochemical device of the present invention using such an ionic conductor is used for, for example, a battery, in addition to being able to increase the current, the active material utilization efficiency, low-temperature operating characteristics, etc. Excellent. In addition, when used in an electric double layer capacitor, it has excellent charge / discharge characteristics, low temperature operation characteristics, etc. due to its low internal resistance. In addition, it can be used as an electrolyte for an electrochromic device.

以下、本発明について詳細に説明する。
<イオン伝導体>
本発明のイオン伝導体は、有機ポリマーと無機化合物との複合体に、電解液が保持されイオン伝導度が10-3S/cm以上であるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Ionic conductor>
The ionic conductor of the present invention is a composite of an organic polymer and an inorganic compound in which an electrolytic solution is held and an ionic conductivity is 10 −3 S / cm or more.

(複合体)
本発明における有機ポリマーと無機化合物との複合体とは、有機ポリマー中にサブミクロンメートルからナノメートルオーダー(すなわち平均粒径が1μm以下)の無機化合物が微粒子状ないし3次元ネットワークないしは2次元ネットワーク状に微分散した有機/無機ナノコンポジット構造を有するものである。従来技術の中にはイオン伝導体の膜強度や耐圧特性等を改良することを目的として、真性ポリマー電解質やポリマーゲル電解質にシリカやアルミナの無機微粒子を添加することを記載した従来技術(例えば特許文献2や特許文献3)も見られるが、本発明で用いる複合体は、単に有機ポリマーと無機化合物とを混ぜ合わせた混合物とは本質的に異なるものである。また、いわゆるゾル−ゲル法によって得られる、有機材料と無機化合物ゲルとの複合体とも本質的に異なるものである。
(Complex)
The composite of an organic polymer and an inorganic compound in the present invention is an organic polymer in which an inorganic compound of submicrometer to nanometer order (that is, an average particle size of 1 μm or less) is in a fine particle shape, a three-dimensional network, or a two-dimensional network It has an organic / inorganic nanocomposite structure finely dispersed in. The prior art describes the addition of inorganic fine particles of silica or alumina to intrinsic polymer electrolytes or polymer gel electrolytes for the purpose of improving the film strength and pressure resistance characteristics of ion conductors (for example, patents) Document 2 and Patent Document 3) are also found, but the composite used in the present invention is essentially different from a mixture obtained by simply mixing an organic polymer and an inorganic compound. Further, it is also essentially different from a composite of an organic material and an inorganic compound gel obtained by a so-called sol-gel method.

有機ポリマーは、ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
ポリアミドは、例えば、後述のジカルボン酸ハロゲン化物とジアミンとの重縮合によって得られるものであり、その構造は、重縮合に用いるこれらモノマーの種類によって決まる。
ポリウレタンは、例えば、後述のジクロロホーメート化合物とジアミンとの重縮合によって得られるものであり、その構造は、重縮合に用いるこれらモノマーの種類によって決まる。
ポリ尿素は、例えば、後述のホスゲン系化合物とジアミンとの重縮合によって得られるものであり、その構造は、重縮合に用いるこれらモノマーの種類によって決まる。
The organic polymer is at least one selected from the group consisting of polyamide, polyurethane and polyurea.
Polyamide is obtained, for example, by polycondensation of a dicarboxylic acid halide and a diamine, which will be described later, and its structure depends on the type of these monomers used for polycondensation.
Polyurethane is obtained, for example, by polycondensation of a dichloroformate compound and a diamine, which will be described later, and its structure depends on the type of these monomers used for polycondensation.
Polyurea is obtained, for example, by polycondensation of a phosgene compound and a diamine, which will be described later, and its structure depends on the type of these monomers used for polycondensation.

無機化合物は、シリカ(SiO2 )および金属酸化物から選ばれる少なくとも1種である。
金属酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化テルルなどが挙げられる。保持することができる電解液の量およびイオン伝導度の大きさの観点から、無機化合物としては、シリカまたは酸化アルミニウムが好ましい。
The inorganic compound is at least one selected from silica (SiO 2 ) and metal oxides.
Examples of the metal oxide include aluminum oxide, tin oxide, zirconium oxide, zinc oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, and tellurium oxide. From the viewpoint of the amount of electrolyte solution that can be retained and the magnitude of ionic conductivity, the inorganic compound is preferably silica or aluminum oxide.

また、前記複合体中の無機化合物の平均粒径は1μm以下であり、複合体(100質量%)中の無機化合物の含有率は、20〜80質量%であることが好ましい。
無機化合物は、後述の複合体の合成方法によれば、その平均粒径が1μm以下の微粒子状にすることが可能である。また、複合体中の電解質保持特性および粒子が脱落しにくいという観点から、無機化合物の平均粒径は、好ましくは500nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。無機化合物の含有率は、後述の複合体の合成方法によれば、無機化合物の含有率を、20〜80質量%の高含有率とすることが可能である。また、複合体のイオン伝導体の機能としての電解質保持特性と、セパレーターとしての加工性や、耐屈曲性、耐熱性等の膜特性とのバランスの観点から、無機化合物の含有率は、複合体中30〜70質量%であることが好ましい。通常、エクストリューダー等の混合装置を用いて有機ポリマーに無機化合物を複合化させようとした場合、無機化合物を1μm以下の微分散状態で、かつ20質量%以上の高含有質で均一に分散させることは、無機化合物特有の自己凝集性に起因して極めて困難である。
また、前記複合体の形状は、繊維径が20μm以下でアスペクト比が10以上のパルプ(屈曲微小繊維)形状であることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the inorganic compound in the said composite is 1 micrometer or less, and the content rate of the inorganic compound in a composite (100 mass%) is 20-80 mass%.
The inorganic compound can be made into fine particles having an average particle diameter of 1 μm or less according to the composite synthesis method described below. In addition, from the viewpoint of the electrolyte retention characteristics in the composite and the particles are less likely to fall off, the average particle size of the inorganic compound is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less. According to the composite synthesis method described below, the inorganic compound content can be set to a high content of 20 to 80% by mass. In addition, from the viewpoint of balance between electrolyte retention characteristics as a function of the ionic conductor of the composite and processability as a separator, and film properties such as bending resistance and heat resistance, the content of the inorganic compound is It is preferable that it is 30-70 mass% inside. Normally, when an inorganic compound is combined with an organic polymer using a mixing device such as an extruder, the inorganic compound is uniformly dispersed with a fine dispersion of 1 μm or less and a high content of 20% by mass or more. This is extremely difficult due to the self-aggregation characteristic of inorganic compounds.
The shape of the composite is preferably a pulp (bent microfiber) shape having a fiber diameter of 20 μm or less and an aspect ratio of 10 or more.

(電解液)
本発明における電解液は、支持電解質とこれを溶解させる溶媒とから構成される。
溶媒としては水系、非水系のどちらでもよく、水のほかに、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、2−エトキシエタノール、2−メトキシメタノール、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ブチロニトリル、グルタロニトリル、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、プロピレングリコール等の極性有機溶媒を例示することができる。なお、水系の場合には、0℃以下での凝固を防止し、低温条件下であってもイオン伝導体を用いることができるようにするために、上記非水系溶媒のうち、水と相溶する溶媒を相溶させて用いることができる。
(Electrolyte)
The electrolytic solution in the present invention is composed of a supporting electrolyte and a solvent for dissolving the supporting electrolyte.
The solvent may be either aqueous or non-aqueous. In addition to water, propylene carbonate, dimethyl carbonate, 2-ethoxyethanol, 2-methoxymethanol, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, acetonitrile, butyronitrile. And polar organic solvents such as glutaronitrile, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, ethylene glycol, and propylene glycol. In the case of an aqueous system, in order to prevent solidification at 0 ° C. or lower and to use an ionic conductor even under a low temperature condition, the non-aqueous solvent is compatible with water. The solvent to be used can be used in a compatible state.

支持電解質としては、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、過塩素酸リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩;塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム等のハロゲン化アルカリ金属;テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムクロリド、ホウフッ化アンモニウム、ホウフッ化テトラエチルアンモニウム、ホウフッ化テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラn-ブチルアンモニウム等のアンモニウム塩、硫酸、塩酸、過塩素酸などの無機酸などを例示することができる。
支持電解質の濃度は、本発明のイオン伝導体の用途、要求性能に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
Examples of the supporting electrolyte include lithium salts such as lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, lithium perchlorate, lithium nitrate, lithium sulfate, lithium borofluoride, and lithium hexafluorophosphate; sodium chloride, sodium bromide, iodine Alkali metal halides such as sodium chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide; tetrabutylammonium bromide, tetrabutylammonium chloride, ammonium borofluoride, tetraethylammonium borofluoride, tetrabutylammonium borofluoride, tetraethylammonium perchlorate Examples thereof include ammonium salts such as tetra-n-butylammonium perchlorate, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and perchloric acid.
The concentration of the supporting electrolyte may be appropriately set according to the use and required performance of the ion conductor of the present invention, and is not particularly limited.

<イオン伝導体の製造方法>
本発明のイオン伝導体は、例えば、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物およびホスゲン系化合物からなる群から選ばれる1種の化合物(以下、モノマーとも記す)を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(以下、アルカリ金属含有無機化合物とも記す)およびジアミンを水に溶解した水溶液(B)とを接触させて、有機ポリマーと無機化合物との複合体を得る複合体合成工程と、前記複合体に電解液を含浸させて、複合体に電解液を保持させる含浸工程とを有する方法によって製造することができる。
<Production method of ion conductor>
The ionic conductor of the present invention includes, for example, an organic solution in which one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound (hereinafter also referred to as a monomer) is dissolved in an organic solvent (A And at least one compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates, having an alkali silicate, two or more metal elements, and one of the metal elements is an alkali metal (Hereinafter, also referred to as an alkali metal-containing inorganic compound) and an aqueous solution (B) in which a diamine is dissolved in water, and a composite synthesis step for obtaining a composite of an organic polymer and an inorganic compound; It can be produced by a method having an impregnation step of impregnating a liquid and holding the electrolyte in the composite.

(複合体合成工程)
複合体合成工程においては、例えば、常温、常圧下で10秒〜数分程度の攪拌操作により、有機溶液(A)中のモノマーと水溶液(B)中のジアミンとが迅速に重縮合し、有機ポリマーが収率よく得られる。この際、珪酸アルカリなどのアルカリ金属含有無機化合物中のアルカリ金属が、モノマーとジアミンとの重縮合の際に発生するハロゲン化水素の除去剤として作用することで有機ポリマーの生成を促進する。本反応と同時に、アルカリ金属含有無機化合物は、そのアルカリ金属成分が除去され、珪酸アルカリを用いた場合はシリカ(ガラス)へ、他の金属化合物を用いた場合はアルカリ金属以外の金属元素を有する無機化合物へと転化することで有機溶液や水に不溶化し、固体として析出する。さらにこの際、モノマーとジアミンとの重縮合による有機ポリマーの生成と、無機化合物の析出とは、どちらか一方のみが生じることはなく平行して起こるため、サブミクロンメートルからナノメートルオーダーの微粒子状ないし3次元ネットワークないしは2次元ネットワーク状の無機化合物が有機ポリマーに微分散した複合体が得られる。
(Composite synthesis process)
In the composite synthesis step, for example, the monomer in the organic solution (A) and the diamine in the aqueous solution (B) are rapidly polycondensed by an agitation operation at room temperature and normal pressure for about 10 seconds to several minutes, and organic A polymer is obtained with good yield. At this time, the alkali metal in the alkali metal-containing inorganic compound such as an alkali silicate acts as a removing agent for the hydrogen halide generated during the polycondensation of the monomer and the diamine, thereby promoting the production of the organic polymer. Simultaneously with this reaction, the alkali metal-containing inorganic compound has its alkali metal component removed, and when alkali silicate is used, it contains silica (glass), and when other metal compounds are used, it has a metal element other than alkali metal. By converting to an inorganic compound, it becomes insoluble in an organic solution or water and precipitates as a solid. Furthermore, at this time, the formation of organic polymer by polycondensation of monomer and diamine and the precipitation of inorganic compound occur in parallel without causing only one of them, so fine particles in submicrometer to nanometer order In addition, a composite in which an inorganic compound in a three-dimensional network or a two-dimensional network is finely dispersed in an organic polymer is obtained.

有機溶液(A)中のジカルボン酸ハロゲン化物としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物;イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物;あるいは芳香環の水素をハロゲン原子、ニトロ基、アルキル基などで置換した芳香族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物などが挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。   Examples of the dicarboxylic acid halide in the organic solution (A) include acid halides of aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, azelaic acid, and sebacic acid; aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid and terephthalic acid. An acid halide; or an acid halide of an aromatic dicarboxylic acid obtained by substituting hydrogen of an aromatic ring with a halogen atom, a nitro group, an alkyl group, or the like. These can be used alone or in combination of two or more.

有機溶液(A)中のジクロロホーメート化合物としては、例えば、1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール等の脂肪族ジオール類の水酸基を全てホスゲン化処理によりクロロホーメート化したもの;レゾルシン(1,3−ジヒドロキシベンゼン)、ヒドロキノン(1,4−ジヒドロキシベンゼン)、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,2’−ビフェノール、ビスフェノールS、ビスフェノールA、テトラメチルビフェノール等、1個または2個以上の芳香環に水酸基を2個持つ2価フェノール類の水酸基を全てホスゲン化処理によりクロロホーメート化したものが挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。   Examples of the dichloroformate compound in the organic solution (A) include 1,2-ethanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and 1,8-octanediol. All the hydroxyl groups of aliphatic diols such as chlorogenated by phosgenation treatment; resorcin (1,3-dihydroxybenzene), hydroquinone (1,4-dihydroxybenzene), 1,6-dihydroxynaphthalene, 2, 2'-biphenol, bisphenol S, bisphenol A, tetramethylbiphenol, etc., all of the hydroxyl groups of dihydric phenols having two hydroxyl groups on one or more aromatic rings are chlorogenated by phosgenation treatment Can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more.

有機溶液(A)中のホスゲン系化合物としては、例えば、ホスゲン、ジホスゲンおよびトリホスゲンを挙げることができる。これらは単独で、または両種を組み合わせて使用することができる。
本発明においては、有機溶液(A)中のモノマーを選択することにより、複合体のマトリクスである有機ポリマーの種類を変えることができる。モノマーとしてジカルボン酸ハロゲン化物を用いた場合はポリアミドを、ジクロロホーメート化合物を用いた場合はポリウレタンを、ホスゲン系化合物を用いた場合にはポリ尿素を、水溶液(B)中のジアミンとの反応によって得ることができる。
Examples of the phosgene compound in the organic solution (A) include phosgene, diphosgene and triphosgene. These may be used alone or in combination of both species.
In the present invention, by selecting a monomer in the organic solution (A), the type of the organic polymer that is the matrix of the complex can be changed. By reaction with polyamide in the case of using a dicarboxylic acid halide as a monomer, polyurethane in the case of using a dichloroformate compound, polyurea in the case of using a phosgene compound, by reaction with a diamine in the aqueous solution (B). Can be obtained.

有機溶液(A)に用いる有機溶媒としては、上記各種モノマーやジアミンとは反応せず、有機溶液(A)中の各種モノマーを溶解させるものであれば特に制限なく用いることができる。このうち水と非相溶なものとしては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素類、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類を、水と相溶するものとしては、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸プロピル等の酢酸アルキルなどを代表的な例として挙げることができる。   The organic solvent used in the organic solution (A) can be used without particular limitation as long as it does not react with the various monomers and diamines and dissolves the various monomers in the organic solution (A). Among these, those incompatible with water include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as n-hexane, halogenated hydrocarbons such as chloroform and methylene chloride, and fats such as cyclohexane. Typical examples of the cyclic hydrocarbons that are compatible with water include ethers such as tetrahydrofuran, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and alkyl acetates such as ethyl acetate and propyl acetate. .

有機溶液(A)の有機溶媒として水と非相溶なものを用いた場合、生じる重縮合反応は有機溶液(A)と水溶液(B)との界面のみで生じる界面重縮合となる。この場合は得られる有機ポリマーの分子量を容易に高くすることができるため、繊維形状(パルプ状)の複合体が得られやすい。また、有機溶液(A)と水溶液(B)との界面で生じた複合体膜を引き上げつつ紡糸することで、強度の高い長繊維を得ることもできる。一方、有機溶液(A)の有機溶媒として水と相溶するものを用いた場合には、有機溶媒と水とが乳化した状態で重縮合が生じるため、粉体形状の複合体が容易に得られる。
いずれの有機溶媒を用いた場合でも、得られる複合体は、粉体またはパルプ状であり、バルク形状に比べて外表面積が大きいため、粉砕等の処理を行うことなしに電解液を容易、速やかに、かつ大量に保持させることができる。
When an organic solvent (A) that is incompatible with water is used, the resulting polycondensation reaction is interfacial polycondensation that occurs only at the interface between the organic solution (A) and the aqueous solution (B). In this case, since the molecular weight of the obtained organic polymer can be easily increased, a fiber-shaped (pulp-like) composite is easily obtained. Moreover, a high-strength long fiber can also be obtained by spinning while pulling up the composite film produced at the interface between the organic solution (A) and the aqueous solution (B). On the other hand, when an organic solvent that is compatible with water is used as the organic solvent in the organic solution (A), polycondensation occurs in an emulsified state of the organic solvent and water, so that a powder-shaped composite can be easily obtained. It is done.
Regardless of which organic solvent is used, the resulting composite is in the form of powder or pulp, and has a larger external surface area than the bulk shape, so that the electrolyte can be easily and quickly processed without pulverization or the like. And can be held in large quantities.

水溶液(B)中のジアミンとしては、有機溶液(A)中の各モノマーと反応し、有機ポリマーを生成するものであれば特に制限なく用いることができる。具体的には、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,8−ジアミノオクタンなどの脂肪族ジアミン;m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン、2,3−ジアミノナフタレンなどの芳香族ジアミン;あるいは芳香環の水素をハロゲン原子、ニトロ基、またはアルキル基などで置換した芳香族ジアミンなどが例として挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。   The diamine in the aqueous solution (B) can be used without particular limitation as long as it reacts with each monomer in the organic solution (A) to produce an organic polymer. Specifically, aliphatic diamines such as 1,2-diaminoethane, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane; m-xylylenediamine , P-xylylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,5-diaminonaphthalene, 1,8-diaminonaphthalene, 2,3-diaminonaphthalene, and other aromatic diamines; Examples include aromatic diamines substituted with atoms, nitro groups, alkyl groups, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

有機溶液(A)中のモノマー濃度、および水溶液(B)中のジアミン濃度は、重縮合反応が十分に進行すれば特に制限されないが、各々のモノマー同士を良好に接触させる観点から、0.01〜3モル/Lの濃度範囲、特に0.05〜1モル/Lが好ましい。   The monomer concentration in the organic solution (A) and the diamine concentration in the aqueous solution (B) are not particularly limited as long as the polycondensation reaction proceeds sufficiently, but from the viewpoint of bringing each monomer into good contact, 0.01 A concentration range of ˜3 mol / L, particularly 0.05 to 1 mol / L is preferred.

水溶液(B)中の珪酸アルカリとしては、JIS K 1408に記載された水ガラス1号、2号、3号などのA2O・nSiO2の組成式で表されるもの等が挙げられる。ここで、Aはアルカリ金属、nの平均値は1.8〜4である。また、nの平均値が0.8〜1.1である、メタ珪酸アルカリ(たとえばメタ珪酸ナトリウム1種、2種)も用いることができる。珪酸アルカリに含まれるアルカリ金属化合物が有機溶液(A)中のモノマーと水溶液(B)中のジアミンとが重縮合する際に発生する酸の除去剤として作用することで、水ガラス(珪酸アルカリ)は、モノマーとジアミンとの重縮合を促進すると同時に、極性溶媒に不溶の固体ガラス(シリカ)に転化することで複合体を構成する無機化合物の原料ともなる。 Examples of the alkali silicate in the aqueous solution (B) include those represented by the composition formula of A 2 O · nSiO 2 such as water glass No. 1, No. 2, No. 3, etc. described in JIS K 1408. Here, A is an alkali metal, and the average value of n is 1.8-4. Moreover, the metasilicate alkali (for example, 1 type, 2 types of sodium metasilicate) whose average value of n is 0.8-1.1 can also be used. Water glass (alkali silicate) by acting as a remover of the acid generated when the alkali metal compound contained in the alkali silicate is polycondensed between the monomer in the organic solution (A) and the diamine in the aqueous solution (B) Promotes the polycondensation of the monomer and the diamine, and at the same time becomes a raw material for the inorganic compound constituting the composite by being converted to solid glass (silica) insoluble in the polar solvent.

水溶液(B)中の、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物(以下、アルカリ金属含有金属化合物とも記す)としては、一般式AxMyBzとして表すことができる化合物を挙げることができる。ここで、Aはアルカリ金属元素であり、Mはアルカリ金属以外の金属元素からなる群から選ばれる少なくとも1種類以上の金属元素であり、BはO、CO3 、OHからなる群から選ばれる少なくとも1種の基であり、x、y、zは、A、MおよびBの結合を可能とする数である。上記一般式AxMyBzで表される化合物は、水に溶解し塩基性を示すものが好ましい。アルカリ金属含有金属化合物に含まれるアルカリ金属もまた、珪酸アルカリ中のアルカリ金属化合物と同様に、重縮合の際に発生する酸の除去剤として作用することで、モノマーとジアミンとの重縮合を促進すると同時に、極性溶媒に不溶の金属化合物に転化することで複合体を構成する無機化合物の原料となる。 A metal oxide, a metal hydroxide and a metal carbonate (hereinafter also referred to as an alkali metal-containing metal compound) having two or more metal elements in the aqueous solution (B) and one of the metal elements being an alkali metal ) Can include compounds that can be represented by the general formula AxMyBz. Here, A is an alkali metal element, M is at least one metal element selected from the group consisting of metal elements other than alkali metals, and B is at least selected from the group consisting of O, CO 3 and OH. It is one kind of group, and x, y, and z are numbers that allow bonding of A, M, and B. The compound represented by the general formula AxMyBz is preferably a compound that dissolves in water and exhibits basicity. The alkali metal contained in the alkali metal-containing metal compound, like the alkali metal compound in the alkali silicate, also acts as a remover of the acid generated during the polycondensation, thereby promoting the polycondensation of the monomer and diamine. At the same time, it is converted into a metal compound insoluble in a polar solvent, thereby becoming a raw material for the inorganic compound constituting the composite.

アルカリ金属含有金属化合物の内、上記一般式中のBがOである化合物としては、亜鉛酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、亜クロム酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、スズ酸ナトリウム、亜テルル酸ナトリウム、チタン酸ナトリウム、バナジン酸ナトリウム、タングステン酸ナトリウム等のナトリウム複合酸化物;亜鉛酸カリウム、アルミン酸カリウム、亜クロム酸カリウム、モリブデン酸カリウム、スズ酸カリウム、マンガン酸カリウム、タンタル酸カリウム、亜テルル酸カリウム、鉄酸カリウム、バナジン酸カリウム、タングステン酸カリウム、金酸カリウム、銀酸カリウム等のカリウム複合酸化物;アルミン酸リチウム、モリブデン酸リチウム、スズ酸リチウム等のリチウム複合酸化物のほか、ルビジウム複合酸化物、セシウム複合酸化物などが挙げられる。   Among the alkali metal-containing metal compounds, the compound in which B in the above general formula is O includes sodium zincate, sodium aluminate, sodium chromite, sodium molybdate, sodium stannate, sodium tellurite, titanic acid. Sodium composite oxides such as sodium, sodium vanadate, sodium tungstate; potassium zincate, potassium aluminate, potassium chromite, potassium molybdate, potassium stannate, potassium manganate, potassium tantalate, potassium tellurite, Potassium composite oxides such as potassium ferrate, potassium vanadate, potassium tungstate, potassium goldate, and potassium silverate; lithium composite oxides such as lithium aluminate, lithium molybdate, and lithium stannate, and rubidium composite oxides , Cesi Beam composite oxide and the like.

上記一般式中のBがCO3 とOHとの双方の基を含むアルカリ金属含有金属化合物としては、炭酸亜鉛カリウム、炭酸ニッケルカリウム、炭酸ジルコニウムカリウム、炭酸コバルトカリウム、炭酸スズカリウム等を例示することができる
これらのアルカリ金属含有金属化合物は、水等の極性溶媒に溶解させて用いるため、水和物であってもよい。また、これらは単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。また、前述の珪酸アルカリと同時に用いてもよい。
Examples of the alkali metal-containing metal compound in which B in the above general formula contains both CO 3 and OH groups include zinc carbonate potassium, nickel carbonate potassium, zirconium carbonate potassium, cobalt potassium carbonate, and tin carbonate potassium. Since these alkali metal-containing metal compounds are used after being dissolved in a polar solvent such as water, they may be hydrates. Moreover, these can be used individually or in combination of 2 or more types. Moreover, you may use simultaneously with the above-mentioned alkali silicate.

水溶液(B)中のアルカリ金属含有無機化合物の濃度は、有機溶液(A)中のモノマー濃度および水溶液(B)中のジアミン濃度によってある程度は決定されるが、複合体の高収率を維持し、かつ重縮合時の過剰な発熱により生じうる有機溶液(A)中のモノマーと水との副反応を防止する理由より、1〜200g/Lが望ましい。   The concentration of the alkali metal-containing inorganic compound in the aqueous solution (B) is determined to some extent by the monomer concentration in the organic solution (A) and the diamine concentration in the aqueous solution (B), but maintains a high yield of the complex. In addition, the amount of 1 to 200 g / L is desirable for the purpose of preventing side reaction between the monomer and water in the organic solution (A) that may be generated due to excessive heat generation during polycondensation.

アルカリ金属含有無機化合物は、重縮合反応時に生じるハロゲン化水素を中和して重縮合反応を促進させる作用も有するため、これらの配合量が少なく、生じるハロゲン化水素が重縮合反応の進行を阻害する場合には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの酸受容体を水溶液(B)に添加してもよく、上記酸受容体の溶液を合成系に後添加してもよい。   Alkali metal-containing inorganic compounds also have the effect of accelerating the polycondensation reaction by neutralizing the hydrogen halide produced during the polycondensation reaction. In this case, an acid acceptor such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, or potassium carbonate may be added to the aqueous solution (B), or the acid acceptor solution may be added later to the synthesis system. Good.

(電子絶縁性)
本発明のイオン伝導体を電池の電解質や電気二重層キャパシタのセパレーターに用いる場合、イオン伝導体は電子絶縁性を有する必要があることから、複合体の有機ポリマーおよび無機化合物に電子伝導性を有する材料を用いないことが好ましい。
無機化合物の原料として、電子伝導性を有する酸化スズを与えうるスズ酸ナトリウム、スズ酸カリウム等のスズ酸アルカリや炭酸スズカリウムを用い、かつ無機化合物を60質量%の高い割合にする場合には使用に注意を要するが、これ以外の無機化合物の原料は問題なく用いることができる。また、有機ポリマーがポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素のいずれの場合でも電子伝導性を有しないため、特に問題なく用いることができる。
(Electronic insulation)
When the ionic conductor of the present invention is used for a battery electrolyte or a separator of an electric double layer capacitor, the ionic conductor needs to have an electronic insulating property, so the organic polymer and the inorganic compound of the composite have an electronic conductivity. Preferably no material is used.
In the case of using alkali stannate such as sodium stannate and potassium stannate and potassium tin carbonate, which can provide tin oxide having electronic conductivity, as a raw material of the inorganic compound, and making the inorganic compound a high proportion of 60% by mass Care is required for use, but other raw materials for inorganic compounds can be used without any problem. In addition, even when the organic polymer is any of polyamide, polyurethane, and polyurea, it can be used without any problem because it does not have electron conductivity.

電池の電解質や電気二重層キャパシタのセパレーターに特に好適なイオン伝導体の複合体の原料としては、有機溶液(A)として、脂肪族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物を水に非相溶な溶媒に溶解させた系が、水溶液(B)として、脂肪族ジアミンと珪酸アルカリまたはアルミン酸アルカリとを溶解した系を用いることができる。また、水溶液(B)中の無機化合物の原料として、亜鉛酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、亜テルル酸ナトリウム、チタン酸ナトリウム、モリブデン酸カリウム等のアルカリ金属複合酸化物や、炭酸亜鉛カリウム、炭酸ジルコニウムカリウム等のアルカリ金属複合炭酸化物を用いることでも本用途に好適な有機無機複合体を得ることができる。   As an organic solution (A), an acid halide of an aliphatic dicarboxylic acid is dissolved in a solvent incompatible with water as an organic solution (A) as a raw material for an ion conductor composite that is particularly suitable for battery electrolytes and separators for electric double layer capacitors As the aqueous solution (B), a system in which aliphatic diamine and alkali silicate or alkali aluminate are dissolved can be used. In addition, as raw materials for inorganic compounds in the aqueous solution (B), alkali metal composite oxides such as sodium zincate, sodium molybdate, sodium tellurite, sodium titanate, potassium molybdate, zinc carbonate potassium, potassium zirconium carbonate An organic-inorganic composite suitable for this application can also be obtained by using an alkali metal composite carbonate such as.

複合体の製造に用いられる製造装置としては、有機溶液(A)と水溶液(B)とを良好に接触させることができる装置であればとくに限定されず、連続式、バッチ式のいずれの方式でも可能である。連続式の具体的な装置としては、大平洋機工株式会社製「ファインフローミルFM−15型」、同社製「スパイラルピンミキサSPM−15型」、あるいは、インダク・マシネンバウ・ゲーエムベー(INDAG Machinenbau Gmb)社製「ダイナミックミキサDLM/S215型」などが挙げられる。バッチ式の装置としては、有機溶液(A)と水溶液(B)との接触を良好に行わせる必要があるので、プロペラ状翼、マックスブレンド翼、ファウドラー翼等を持つような汎用の攪拌装置を用いることができる。   The production apparatus used for production of the composite is not particularly limited as long as it is an apparatus that can satisfactorily contact the organic solution (A) and the aqueous solution (B). Is possible. Specific examples of continuous devices include “Fine Flow Mill FM-15” manufactured by Taihei Koki Co., Ltd., “Spiral Pin Mixer SPM-15” manufactured by the same company, or INDAG Machinenbau GmbH. "Dynamic mixer DLM / S215 type" manufactured by the company can be mentioned. As a batch-type device, it is necessary to make good contact between the organic solution (A) and the aqueous solution (B). Therefore, a general-purpose stirring device having a propeller blade, a Max blend blade, a Faudler blade, etc. Can be used.

水溶液(B)中のジアミンとして脂肪族ジアミンを、有機溶液(A)中のモノマーとして脂肪族ジカルボン酸ハロゲン化物を用いた場合には、重縮合によって強固なゲル状物が生成する場合がある。その場合にはゲルを破砕し反応を進行させるために高い剪断力を持つミキサーを用いることが好ましく、ミキサーの例としては、オスタライザー(OSTERIZER)社製ブレンダーなどが挙げられる。   When an aliphatic diamine is used as the diamine in the aqueous solution (B) and an aliphatic dicarboxylic acid halide is used as the monomer in the organic solution (A), a strong gel may be generated by polycondensation. In that case, it is preferable to use a mixer having a high shearing force for crushing the gel and advancing the reaction, and examples of the mixer include a blender manufactured by osterizer.

有機溶液(A)中のモノマーと水溶液(B)中のジアミンとの重縮合反応は、例えば−10〜50℃の常温付近の温度範囲で十分に進行する。したがって、有機溶液(A)と水溶液(B)とを接触させる温度は、−10〜50℃の常温付近の温度範囲とされる。この際、加圧、減圧も必要としない。また、重縮合反応は、用いるモノマー種や反応装置にもよるが、通常10分以下で完結する。   The polycondensation reaction between the monomer in the organic solution (A) and the diamine in the aqueous solution (B) proceeds sufficiently in a temperature range of, for example, −10 to 50 ° C. near room temperature. Therefore, the temperature at which the organic solution (A) and the aqueous solution (B) are brought into contact with each other is set to a temperature range of about −10 to 50 ° C. near room temperature. At this time, neither pressurization nor decompression is required. The polycondensation reaction is usually completed in 10 minutes or less, depending on the type of monomer used and the reaction apparatus.

(含浸工程)
こうして得られた複合体に電解液を含浸、保持させることで本発明のイオン伝導体を得ることができる。上記複合体合成工程で得られる複合体は、およそ4〜7倍質量の水を主体とする極性溶媒を保持したウエットケーキの状態で得られるが、ウエットケーキ状態の複合体に電解液を含浸させ、極性溶媒を電解液に置換してもよいし、ウエットケーキ状態の複合体を一旦乾燥させ、乾燥状態の複合体に電解液を含浸させてもよい。ただし、ウエットケーキ状態の複合体を乾燥させると、有機ポリマーの極性基に由来する水素結合により、複合体が強固に固化し、複合体が電解液を吸収しにくくなって、電解液の保持量をあまり多くすることができなくなるので、ウエットケーキ状態の複合体に電解液を含浸させ、極性溶媒を電解液に置換する方法が好ましい。
(Impregnation process)
The ionic conductor of the present invention can be obtained by impregnating and holding the electrolytic solution in the composite thus obtained. The composite obtained in the composite synthesis step is obtained in the state of a wet cake containing a polar solvent mainly composed of about 4 to 7 times the mass of water. The composite in a wet cake state is impregnated with an electrolytic solution. Alternatively, the polar solvent may be replaced with an electrolytic solution, or the wet cake composite may be once dried, and the dry composite may be impregnated with the electrolytic solution. However, when the wet cake-like composite is dried, the composite is firmly solidified by hydrogen bonds derived from the polar groups of the organic polymer, and the composite becomes difficult to absorb the electrolytic solution. Therefore, it is preferable to impregnate the wet cake composite with the electrolytic solution and replace the polar solvent with the electrolytic solution.

複合体に電解液を含浸、保持させる方法としては、あらかじめ調製した電解液中に複合体を投入し、十分に分散させた後に濾過する方法や、電解液を複合体に流通させることで電解液を含浸させる方法、複合体を電解液中で分散させた後、元から含有している極性溶媒を留去する方法等が挙げられるがこれらに限定されない。本発明における複合体は、後述の推定機構により、電解液保持特性が極めて高いため、電解液中に複合体を投入、分散させ濾過を行うといった簡単な操作を行うのみで、5〜20倍質量の電解液を保持させたウエットケーキとすることができる。また、複合体の電解液への分散も該複合体がパルプ状または粉体で得られるため、汎用のバッチ式攪拌層を用いて容易に行うことができる。   As a method for impregnating and holding the electrolyte in the composite, the composite is poured into a pre-prepared electrolytic solution and sufficiently dispersed, and then filtered, or the electrolytic solution is circulated through the composite. Examples of such a method include impregnating the composite, and dispersing the composite in the electrolytic solution, followed by distilling off the polar solvent originally contained, but the method is not limited thereto. Since the composite in the present invention has extremely high electrolyte retention characteristics by an estimation mechanism described later, it is 5 to 20 times the mass only by performing a simple operation such as charging, dispersing and filtering the composite in the electrolyte. It can be set as the wet cake holding the electrolyte solution. Moreover, since the composite is obtained in the form of pulp or powder, the composite can be easily dispersed in the electrolytic solution by using a general-purpose batch type stirring layer.

(加工特性)
複合体が繊維形状の場合は抄紙性を、粉体の場合は塗工性を有しており、複合体自身が加工性を有し、ハンドリングしやすい特徴を持っている。特に複合体が繊維形状の場合は、複合体に電解液を分散させた液を濾過することにより、引っ張り強度や、可とう性や、屈曲に対する追随性が高いウエットケーキシートを得ることができる。そのため、他の材料との複合化や混合の必要がなく、本複合体のみからなるイオン伝導体を用いてもセパレーターとしての役割を兼備させることができる。
複合体に電解液を含浸、保持させたウエットケーキを、さらに所望の形状に成形することを目的に、ウエットケーキに結合材や各種樹脂等の結着材を、必要とされる電解液保持性、電子絶縁性等を損なわない範囲で含有させてもよい。
(Processing characteristics)
When the composite has a fiber shape, it has paper-making properties, and when it has a powder, it has coating properties. The composite itself has processability and is easy to handle. In particular, when the composite has a fiber shape, a wet cake sheet having high tensile strength, flexibility, and high followability to bending can be obtained by filtering a liquid in which an electrolyte is dispersed in the composite. For this reason, there is no need to compound or mix with other materials, and even if an ion conductor made of only the present composite is used, it can also serve as a separator.
For the purpose of forming a wet cake impregnated with and holding the electrolyte in the composite, and further shaping the wet cake into a desired shape, binders such as binders and various resins are required to hold the electrolyte. Further, it may be contained within a range that does not impair the electronic insulating properties.

(電解液の保持機構)
本発明のイオン伝導体は、5〜20倍質量の多量の電解液を保持できるので、支持電解質を溶解させた電解液とほとんど同等なイオン伝導性を有することが可能である一方、電子的には絶縁性を保っている。
本発明のイオン伝導体における電解液保持特性は、複合体の有機ポリマーおよび無機化合物の各成分が持つ化学的特性及び形状的な因子により発現している。
(Electrolytic solution retention mechanism)
Since the ionic conductor of the present invention can hold a large amount of electrolyte solution having a mass of 5 to 20 times, it can have almost the same ionic conductivity as the electrolyte solution in which the supporting electrolyte is dissolved. Keeps insulation.
The electrolyte solution retention characteristics of the ionic conductor of the present invention are manifested by the chemical characteristics and shape factors of the organic polymer and inorganic compound components of the composite.

複合体中の無機化合物の役割は以下の通りである。
複合体の無機化合物は、シリカ、金属酸化物であり、これらは極性溶媒との親和性が極めて高い。また、無機化合物の含有率は20〜80質量%と高く、さらに無機化合物の大きさはサブミクロンメートルからナノメートルオーダー(すなわち平均粒径が1μm以下)と極めて小さい。
The role of the inorganic compound in the composite is as follows.
The inorganic compound of the composite is silica or metal oxide, and these have extremely high affinity with polar solvents. Moreover, the content rate of an inorganic compound is as high as 20-80 mass%, and also the magnitude | size of an inorganic compound is very small with the order of submicrometer to nanometer (namely, average particle diameter is 1 micrometer or less).

無機化合物がサブミクロンメートルからナノメートルオーダー(すなわち平均粒径が1μm以下)であることは単位質量当たりの表面積が極めて大きい微粒子状ないし3次元ネットワークないしは2次元ネットワーク状の無機化合物が無数に複合体中に存在していることを意味する。これらの無機化合物の広い表面により極性溶媒への強い親和性が付与されることで、複合体には多量の電解液の保持特性が発現する。そのため、無機化合物の平均粒径は好ましくは500nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。また、該複合体は無機化合物の含有率を最大で80質量%と極めて大きくできるため、無機化合物の有する上記の特性を更に一層高くできる(無機化合物による、化学吸着的電解液の保持機構)。   The fact that the inorganic compound is in the order of submicrometer to nanometer (that is, the average particle size is 1 μm or less) means that an infinite number of fine particles, a three-dimensional network, or a two-dimensional network inorganic compound with a very large surface area per unit mass. It means that it exists in. A large surface of these inorganic compounds imparts a strong affinity to a polar solvent, so that the composite exhibits a large amount of electrolyte retention characteristics. Therefore, the average particle size of the inorganic compound is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less. In addition, since the composite can have an extremely high content of the inorganic compound as high as 80% by mass, the above-mentioned properties of the inorganic compound can be further enhanced (a mechanism for holding the chemisorbing electrolytic solution by the inorganic compound).

特に無機化合物がシリカまたは酸化アルミニウムの場合は、微粒子状の無機化合物の粒子径が約10ナノメートルと極めて微小となる上、該無機化合物の微粒子同士が一部分で連結したネットワーク構造を形成していることが、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により明らかになっている。この構造により該複合体は50〜150m2 /gの高い比表面積(つまりは多孔質性)を有しており、さらに高い電解液保持性を持ち得る。このような構造を付与できる無機化合物の原料は前述のとおり珪酸アルカリ、アルミン酸アルカリである(物理吸着的電解液の保持機構)。 In particular, when the inorganic compound is silica or aluminum oxide, the particle size of the particulate inorganic compound is extremely small, about 10 nanometers, and a network structure in which the fine particles of the inorganic compound are partially connected is formed. This has been clarified by observation with a transmission electron microscope (TEM). With this structure, the composite has a high specific surface area (that is, porosity) of 50 to 150 m 2 / g, and can have higher electrolyte solution retention. As described above, the raw materials of the inorganic compound that can impart such a structure are alkali silicate and alkali aluminate (physical adsorption electrolyte holding mechanism).

一方、電解液保持性に対する有機ポリマーの役割は次の通りである。
複合体の有機成分であるポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素はそれらが高い頻度で有するアミド結合、ウレタン結合、尿素結合の高極性に由来して、ポリオレフィン等にくらべ、高い極性溶媒への親和性を持つ。そのため、有機ポリマー成分も電解液保持性に寄与している(有機ポリマーによる、化学吸着的電解液の保持機構)。ただし、本機構のみでは自重100質量部に対して500質量部以上の電解液保持能力がないため、無機化合物を有しない有機ポリマー成分のみの材料を用いては、十分なイオン伝導度を持ちかつ電解液が漏洩しないイオン伝導体を作製することはできない。また、有機ポリマーがマトリクス(基材)となっていることにより、本来高極性に起因して自己凝集性が高い無機化合物を微分散状態にし、かつハンドリング可能な形状を与えている。
On the other hand, the role of the organic polymer with respect to the electrolyte retention is as follows.
Polyamide, polyurethane, and polyurea, which are the organic components of the composite, are derived from the high polarity of amide bonds, urethane bonds, and urea bonds that they frequently have, and have a higher affinity for polar solvents than polyolefins. . For this reason, the organic polymer component also contributes to electrolyte retention (a mechanism for retaining a chemisorbing electrolyte by an organic polymer). However, since this mechanism alone does not have an electrolyte solution holding capacity of 500 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of its own weight, it has sufficient ionic conductivity when using only an organic polymer component material having no inorganic compound. It is not possible to produce an ionic conductor that does not leak electrolyte. Further, since the organic polymer is a matrix (base material), an inorganic compound having high self-aggregation property due to its high polarity is made into a finely dispersed state and can be handled.

加えて、特に有機ポリマーが脂肪族ポリアミドの場合は、容易に分子量を高くできるので、複合体の合成時に高せん断力を加えることで、繊維径が20μm以下でアスペクト比が10以上のパルプ形状(屈曲微小繊維)に加工することもできる。複合体がこのようなパルプ形状を有している場合は、複合体の繊維間に水を強固に保持できるので、さらに電解液の保持特性を高めることが可能である。この構造を与えることができる有機ポリマーは、前述の通り有機溶媒(A)として脂肪族ジカルボン酸の酸ハロゲン化物を水に非相溶な溶媒に溶解させた系と、水溶液(B)として脂肪族ジアミンを水に溶解させた系とを接触させた場合である。また、複合体の有機ポリマー成分が脂肪族ポリアミド以外の有機ポリマーの場合は複合体形状が粉体となるが、この場合でもブロック形状の複合体にくらべて、材料の外表面積が高いため、高い電解液保持特性、電解液吸収速度を有する(複合体形状による電解液保持性)。   In addition, in particular, when the organic polymer is an aliphatic polyamide, the molecular weight can be easily increased. Therefore, by applying a high shear force during the synthesis of the composite, a pulp shape (fiber diameter of 20 μm or less and aspect ratio of 10 or more) Bending microfibers). When the composite has such a pulp shape, water can be firmly held between the fibers of the composite, so that it is possible to further improve the electrolyte retention characteristics. As described above, the organic polymer capable of providing this structure includes a system in which an acid halide of an aliphatic dicarboxylic acid is dissolved as an organic solvent (A) in a solvent incompatible with water, and an aliphatic as an aqueous solution (B). This is a case where a system in which diamine is dissolved in water is brought into contact. In addition, when the organic polymer component of the composite is an organic polymer other than aliphatic polyamide, the composite shape is a powder, but even in this case, the outer surface area of the material is high compared to the block-shaped composite, so that the high It has electrolyte retention characteristics and electrolyte absorption rate (electrolyte retention by complex shape).

このように、本発明のイオン伝導体は、上述の機構により水をはじめとした極性溶媒のほとんどを保持することができるので、電解液の極性溶媒の種類に制限がない。また、電解液中の支持電解質の濃度を上げても、電解液保持特性はあまり影響を受けない。   Thus, since the ionic conductor of the present invention can retain most of polar solvents including water by the above-described mechanism, there is no limitation on the type of polar solvent in the electrolytic solution. Moreover, even if the concentration of the supporting electrolyte in the electrolytic solution is increased, the electrolytic solution retention characteristics are not significantly affected.

(耐熱性)
また、有機ポリマーと無機化合物との複合体は、無機化合物が有する、有機ポリマーへの補強効果に起因して耐熱性が高く(例えば、有機ポリマーとしてポリアミドを、無機化合物としてシリカとから構成されシリカの含有率が60質量%である複合体は300℃以上まで物性変化を生じない)、これに極性溶媒を保持させた本発明のイオン伝導体もまた耐熱性に優れる。一方、ゾルゲル法により作製した有機無機複合体ゲルは、一般に100℃以上の高温下ではゲルの脱水反応に伴う硬化等の物性変化が生じることによりゲル状態を安定的に維持できない。
(Heat-resistant)
In addition, a composite of an organic polymer and an inorganic compound has high heat resistance due to the reinforcing effect of the inorganic compound on the organic polymer (for example, a polyamide composed of polyamide as an organic polymer and silica as an inorganic compound). The composite having a content of 60% by mass does not cause a change in physical properties up to 300 ° C. or higher), and the ion conductor of the present invention in which a polar solvent is held is also excellent in heat resistance. On the other hand, the organic-inorganic composite gel produced by the sol-gel method generally cannot maintain the gel state stably at a high temperature of 100 ° C. or higher due to changes in physical properties such as curing accompanying the dehydration reaction of the gel.

加えて、本発明における有機無機複合体は極めて高い耐溶媒性を有していることが特徴である。例えば、有機ポリマーとしてポリアミドと、無機化合物としてシリカとから構成される複合体を用いた場合には、ポリアミドを溶解するクレゾール類と、シリカを溶解する強アルカリ溶液以外の液体には極めて安定であるため、例えば、塩酸や硫酸や硝酸が溶解した強酸溶液であっても電解液として用いることができる。また、本発明のイオン伝導体を、二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスの部材として用いた場合、繰り返し充放電等を行っても複合体の劣化は殆どない。   In addition, the organic-inorganic composite in the present invention is characterized by having extremely high solvent resistance. For example, when a composite composed of polyamide as an organic polymer and silica as an inorganic compound is used, it is extremely stable in liquids other than cresols that dissolve polyamide and strong alkaline solutions that dissolve silica. Therefore, for example, even a strong acid solution in which hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid is dissolved can be used as the electrolytic solution. Further, when the ion conductor of the present invention is used as a member of an electrochemical device such as a secondary battery or an electric double layer capacitor, there is almost no deterioration of the composite even if repeated charge / discharge is performed.

本発明のイオン伝導体は前述の通り、単独で用いることができることが特徴の一つではあるが、イオン伝導体の製膜時の強度を向上させる等を目的として、結合材や各種樹脂等の結着材を、必要とされる諸特性を損なわない範囲で含有させてもよい。   As described above, the ion conductor of the present invention is one of the features that can be used alone, but for the purpose of improving the strength of the ion conductor during film formation, it is possible to use a binder, various resins, etc. The binder may be contained within a range that does not impair the required properties.

<電池>
本発明の電気化学デバイスの一例として、各種電池を例示することができる。電池は、正極、負極、および本発明のイオン伝導体からなる電解質を備えたものである。
以下、リチウムイオン二次電池を例に、本発明の電池を説明する。
図1は、本発明の電池の一例を示す断面図である。この電池1は、負極端子(図示略)が接続された正極集電体2と、これに接触する正極3と、負極端子(図示略)が接続された負極集電体4と、これに接触する負極5と、正極3と負極5との間に挟まれた電解質6と、これらを収納する外装材7とから概略構成されるものである。
<Battery>
Various batteries can be illustrated as an example of the electrochemical device of the present invention. The battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte composed of the ionic conductor of the present invention.
Hereinafter, the battery of the present invention will be described taking a lithium ion secondary battery as an example.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the battery of the present invention. The battery 1 includes a positive electrode current collector 2 to which a negative electrode terminal (not shown) is connected, a positive electrode 3 in contact with the positive electrode current collector 2, a negative electrode current collector 4 to which a negative electrode terminal (not shown) is connected, and a contact therewith. The negative electrode 5 to be formed, the electrolyte 6 sandwiched between the positive electrode 3 and the negative electrode 5, and the exterior material 7 for storing them are roughly constituted.

正極3の正極活物質としては、従来公知のものが用いられ、例えば、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等の遷移金属酸化物;ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子などが用いられる。
負極5の負極活物質としては、従来公知のものが用いられ、例えば、リチウムイオンを貯蔵できる炭素材料、リチウム金属、リチウム合金、導電性高分子等が用いられる。
As the positive electrode active material of the positive electrode 3, conventionally known materials are used, for example, transition metal oxides such as lithium manganate, lithium nickelate and lithium cobaltate; conductive polymers such as polyacetylene, polyphenylene, polyaniline and polypyrrole. Etc. are used.
As the negative electrode active material of the negative electrode 5, conventionally known materials are used, and for example, carbon materials that can store lithium ions, lithium metal, lithium alloys, conductive polymers, and the like are used.

正極集電体2および負極集電体4としては、従来公知のものが用いられ、例えば、アルミニウム等の金属、炭素材料などが用いられる。
電解質6は、本発明のイオン伝導体からなるものである。リチウムイオン二次電池の場合、イオン伝導体に保持させる電解液の支持電解質としては、過塩素酸リチウム等のリチウムイオンを含むものが用いられ、溶媒としては、プロピレンカーボネート等の非水系溶剤が用いられる。
外装材7としては、従来公知のものが用いられ、例えば、金属ケース、樹脂ケース、樹脂フィルムなどが用いられる。
As the positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 4, conventionally known ones are used. For example, a metal such as aluminum, a carbon material, or the like is used.
The electrolyte 6 is made of the ionic conductor of the present invention. In the case of a lithium ion secondary battery, an electrolyte containing lithium ions such as lithium perchlorate is used as a supporting electrolyte for an electrolyte solution to be held in an ionic conductor, and a nonaqueous solvent such as propylene carbonate is used as a solvent. It is done.
As the exterior material 7, a conventionally known material is used. For example, a metal case, a resin case, a resin film, or the like is used.

<電気二重層キャパシタ>
本発明の電気化学デバイスの他の例として、電気二重層キャパシタを例示することができる。電気二重層キャパシタは、本発明のイオン伝導体からなるセパレーターと、セパレーターを介して対向配置された分極性電極とを備えたものである。
図2は、本発明の電気二重層キャパシタの一例を示す断面図である。この電気二重層キャパシタ10は、セパレーター11と、このセパレーター11を介して対向配置された一対の分極性電極12と、セパレーター11と分極性電極12を側面から保持するガスケット13と、分極性電極12に接する一対の集電体14とから概略構成されるものである。
<Electric double layer capacitor>
As another example of the electrochemical device of the present invention, an electric double layer capacitor can be exemplified. The electric double layer capacitor includes a separator made of the ionic conductor of the present invention and a polarizable electrode disposed so as to face the separator.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the electric double layer capacitor of the present invention. The electric double layer capacitor 10 includes a separator 11, a pair of polarizable electrodes 12 disposed so as to face each other via the separator 11, a gasket 13 that holds the separator 11 and the polarizable electrode 12 from the side surface, and the polarizable electrode 12. And a pair of current collectors 14 in contact with each other.

セパレーター11は、本発明のイオン伝導体からなるものである。電気二重層キャパシタの場合、イオン伝導体に保持させる電解液としては、従来公知のものが用いられ、例えば、硫酸を水に溶解させた水系電解液、プロピレンカーボネート等の非水系溶媒に電解質として四級アンモニウム塩を溶解させた有機系電解液が用いられる。   The separator 11 is made of the ionic conductor of the present invention. In the case of an electric double layer capacitor, a conventionally known electrolyte is used as an electrolyte to be held in an ionic conductor. An organic electrolytic solution in which a quaternary ammonium salt is dissolved is used.

分極性電極12としては、従来公知のものが用いられ、例えば、活性炭、または活性炭をバインダーにより固形化したものに、電解液を染み込ませたものなどが用いられる。
集電体14としては、従来公知のものが用いられ、例えば、カーボン粉末等により導電性を付与された導電性樹脂などが用いられる。
ガスケット13としては、従来公知のものが用いられ、例えば、樹脂材料のものが用いられる。
As the polarizable electrode 12, a conventionally known electrode is used. For example, activated carbon or an electrode obtained by impregnating activated carbon into a solid with a binder is used.
As the current collector 14, a conventionally known one is used, and for example, a conductive resin imparted with conductivity by carbon powder or the like is used.
As the gasket 13, a conventionally known one is used, and for example, a resin material is used.

以下に実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。特に断らない限り、「部」は「質量部」を表す。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by mass”.

(合成例1:シリカ/ポリアミド複合体の合成)
イオン交換水81.1部に1,6−ジアミノヘキサン1.58部、水ガラス3号9.18部を加え、25℃で15分間攪拌し、均質透明な水溶液(B)を得た。室温下でこの水溶液(B)をオスタライザー社製ブレンダー瓶中に仕込み、毎分10000回転で攪拌しながら、アジポイルクロライド2.49部をトルエン44.4部に溶解させた有機溶液(A)を20秒かけて滴下した。生成したゲル状物をスパチュラで砕き、さらに毎分10000回転で40秒間攪拌した。この操作で得られたパルプ状の生成物が分散した液を、直径90mmのヌッチェを用い目開き4μmのろ紙上で減圧濾過した。ヌッチェ上の生成物をメタノール100部に分散させスターラーで30分間攪拌し減圧濾過することで洗浄処理を行った。引き続き同様な洗浄操作を蒸留水100部を用いて行い減圧濾過することで、純白色のシリカ/ポリアミド複合体のウエットケーキ(ウエットケーキ(1))を得た。
(Synthesis Example 1: Synthesis of silica / polyamide composite)
1.58 parts of 1,6-diaminohexane and 9.18 parts of water glass No. 3 were added to 81.1 parts of ion-exchanged water, followed by stirring at 25 ° C. for 15 minutes to obtain a homogeneous transparent aqueous solution (B). An organic solution (A) in which 2.49 parts of adipoyl chloride was dissolved in 44.4 parts of toluene while the aqueous solution (B) was charged into a blender bottle manufactured by Osterizer at room temperature and stirred at 10,000 rpm. Was added dropwise over 20 seconds. The generated gel was crushed with a spatula and further stirred at 10,000 rpm for 40 seconds. The liquid in which the pulp-like product obtained by this operation was dispersed was filtered under reduced pressure on a filter paper having a mesh size of 4 μm using a Nutsche having a diameter of 90 mm. The product on Nutsche was dispersed in 100 parts of methanol, stirred for 30 minutes with a stirrer, and filtered under reduced pressure for washing treatment. Subsequently, the same washing operation was performed using 100 parts of distilled water, followed by filtration under reduced pressure to obtain a pure white silica / polyamide composite wet cake (wet cake (1)).

(合成例2:酸化アルミニウム/ポリアミド複合体の合成)
水溶液(B)としてイオン交換水81.1部に1,6−ジアミノヘキサン1.58部、アルミン酸ナトリウム(Na2O/Al23 モル比=1.13)2.26部を入れ、室温で15分間攪拌して得られた均質透明な水溶液(B)を用いた以外は、実施例1に記載した方法と同様にして、純白色の酸化アルミニウム/ポリアミド複合体のウエットケーキ(ウエットケーキ(2))を得た。
(Synthesis Example 2: Synthesis of aluminum oxide / polyamide composite)
As an aqueous solution (B), 1.58 parts of 1,6-diaminohexane and 2.26 parts of sodium aluminate (Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio = 1.13) are placed in 81.1 parts of ion-exchanged water, A pure white aluminum oxide / polyamide composite wet cake (wet cake) in the same manner as described in Example 1 except that the homogeneous transparent aqueous solution (B) obtained by stirring at room temperature for 15 minutes was used. (2)) was obtained.

(合成例3:酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体の合成)
水溶液(B)としてイオン交換水38.5部に1,6−ジアミノヘキサン1.58部と炭酸ジルコニウムカリウム(K2[Zr(OH)2(CO32])3.79部を入れ、攪拌して得られた均質な水溶液(B)を用いた以外は、実施例1に記載した方法と同様にして、純白色の酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体のウエットケーキ(ウエットケーキ(3))を得た。
(Synthesis Example 3: Synthesis of zirconium oxide / polyamide composite)
As an aqueous solution (B), 1.58 parts of 1,6-diaminohexane and 3.79 parts of potassium zirconium carbonate (K 2 [Zr (OH) 2 (CO 3 ) 2 ]) are placed in 38.5 parts of ion-exchanged water. A pure white zirconium oxide / polyamide composite wet cake (wet cake (3)) was prepared in the same manner as described in Example 1 except that the homogeneous aqueous solution (B) obtained by stirring was used. Obtained.

(合成例4:無機化合物を含まないポリアミドの合成)
水溶液(B)として、水ガラス3号の代わりに水酸化ナトリウム1.18部を加えたものを用いた以外は、実施例1に記載した方法と同様にして、無機化合物を一切含まない淡黄色のポリアミドのウエットケーキ(ウエットケーキ(4))を得た。
(Synthesis Example 4: Synthesis of polyamide containing no inorganic compound)
Pale yellow containing no inorganic compound in the same manner as described in Example 1, except that 1.18 parts of sodium hydroxide was used instead of water glass 3 as the aqueous solution (B). Polyamide wet cake (wet cake (4)) was obtained.

(電解液の作製)
有機系極性溶媒を用いた二次電池用電解液として、溶媒であるプロピレンカーボネート11.9部に、支持電解質である過塩素酸リチウム1.06部を溶解して均一透明溶液を得た。
また、有機系極性溶媒を用いた電気二重層キャパシタ用電解液として、溶媒であるプロピレンカーボネート11.9部に、支持電解質であるホウフッ化テトラブチルアンモニウム3.29部を溶解して均一透明溶液を得た。
また、水系の電池用および電気二重層キャパシタ用電解液として、超純水10.0部に、濃硫酸0.98部を添加して均一透明溶液を得た。
以上いずれの電解液とも、各支持電解質の液体中の濃度が1mol/Lに相当する。これらの電解液を用いて電解液のみを用いた際のイオン伝導度を測定した。
(Preparation of electrolyte)
As an electrolytic solution for a secondary battery using an organic polar solvent, 1.06 parts of lithium perchlorate as a supporting electrolyte was dissolved in 11.9 parts of propylene carbonate as a solvent to obtain a uniform transparent solution.
Further, as an electrolytic solution for an electric double layer capacitor using an organic polar solvent, 3.29 parts of tetrabutylammonium borofluoride as a supporting electrolyte is dissolved in 11.9 parts of propylene carbonate as a solvent to obtain a uniform transparent solution. Obtained.
Further, 0.98 parts of concentrated sulfuric acid was added to 10.0 parts of ultrapure water as an aqueous electrolyte solution for battery and electric double layer capacitor to obtain a uniform transparent solution.
In any of the above electrolytic solutions, the concentration of each supporting electrolyte in the liquid corresponds to 1 mol / L. Using these electrolytic solutions, the ionic conductivity when only the electrolytic solution was used was measured.

<複合体およびポリアミドの材料特性の評価>
上記操作で得られた複合体および無機化合物を含まないポリアミドについて、以下の項目の測定、あるいは試験を行い、得られた結果を表1に示した。
<Evaluation of material properties of composite and polyamide>
The composite obtained by the above operation and the polyamide not containing an inorganic compound were subjected to the measurement or test of the following items, and the results obtained are shown in Table 1.

Figure 2005251563
Figure 2005251563

(1)無機化合物含有率(灰分)の測定法:
各材料に含まれる無機化合物の含有率の測定法は以下の通りである。
各材料を絶乾後に精秤(複合体質量)し、これを空気中、600℃で3時間焼成し、有機ポリマー成分を完全に焼失させ、焼成後の質量を測定し灰分質量(=無機化合物質量)とした。下式により無機化合物含有率を算出した。
無機化合物含有率(質量%)=(灰分質量/複合体質量)×100
(1) Measuring method of inorganic compound content (ash content):
The measuring method of the content rate of the inorganic compound contained in each material is as follows.
After each material is completely dried, it is precisely weighed (composite mass), calcined in air at 600 ° C. for 3 hours, completely burned off the organic polymer component, measured after calcining, and ash mass (= inorganic compound) Mass). The inorganic compound content was calculated from the following formula.
Inorganic compound content (mass%) = (ash content / composite mass) × 100

(2)複合体中の無機化合物種の検証(FP法):
各材料を蒸留水に0.2g/dLの濃度に分散させた分散液200gを、直径55mmのヌッチェを用い目開き4μmのろ紙上で減圧濾過した。得られたケーキを170℃、5MPa/cm2 の条件で2分間熱プレスし、不織布を作製した。得られた不織布は柔軟性に富むものであり、無機化合物を含有するものでも、折り曲げても粒子の脱落は一切なかった。
(2) Verification of inorganic compound species in the composite (FP method):
200 g of a dispersion in which each material was dispersed in distilled water at a concentration of 0.2 g / dL was filtered under reduced pressure on a filter paper having a mesh size of 4 μm using a Nutsche having a diameter of 55 mm. The obtained cake was hot-pressed at 170 ° C. and 5 MPa / cm 2 for 2 minutes to produce a nonwoven fabric. The obtained non-woven fabric was rich in flexibility and contained no inorganic compound, and no particles dropped out even when bent.

不織布を3cm角に切り出し、これを開口部が直径20mmの測定用ホルダーにセットし測定用試料とした。該試料について、理化学電気工業株式会社製蛍光X線分析装置「ZSX100e」を用いて全元素分析を行った。得られた全元素分析の結果を用い、測定用試料の試料データ(試料形状;フィルム、化合物種;酸化物、補正成分;セルロース、実測した試料の面積当たりの質量値)を装置に与えることにより、FP法(Fundamental Parameter法;試料の均一性、表面平滑性を仮定し装置内の定数を用いて補正を行い成分の定量を行う方法)にて該複合体中の元素存在割合を算出した。FP法から算出した無機化合物量は、(1)の灰分測定法より算出した値と良い一致を示した。この値から、目的とする無機化合物(原料に水ガラスを用いた場合はシリカ、アルミン酸ナトリウムを用いた場合は酸化アルミニウム、炭酸ジルコニウムカリウムを用いた場合は酸化ジルコニウム)が複合体中に多量に(40質量%以上)存在していることが検証できた。   A non-woven fabric was cut into 3 cm square, and this was set in a measurement holder having an opening of 20 mm in diameter to obtain a measurement sample. The sample was subjected to total elemental analysis using a fluorescent X-ray analyzer “ZSX100e” manufactured by RIKEN. By using the obtained results of total elemental analysis, the sample data of the measurement sample (sample shape; film, compound type; oxide, correction component; cellulose, mass value per area of the measured sample) is given to the apparatus. The ratio of elements in the complex was calculated by the FP method (Fundamental Parameter method; a method in which sample uniformity and surface smoothness are assumed and correction is performed using constants in the apparatus and components are quantified). The amount of the inorganic compound calculated from the FP method showed good agreement with the value calculated from the ash content measuring method of (1). From this value, the target inorganic compound (silica when water glass is used as raw material, aluminum oxide when sodium aluminate is used, zirconium oxide when potassium zirconium carbonate is used) is contained in a large amount in the composite. It was verified that it was present (40% by mass or more).

また、本測定ではアルカリ金属(合成例1及び2ではナトリウム、合成例3ではカリウム)はいずれの試料とも0.03質量%以下しか検出されず、本発明におけるモノマーの重縮合および無機化合物原料からのアルカリ金属除去、および無機化合物の固体化反応が予測された反応機構のとおり行われていることが明らかとなった。   In this measurement, alkali metal (sodium in synthesis examples 1 and 2 and potassium in synthesis example 3) was detected only in 0.03% by mass or less in any sample. It was revealed that the alkali metal removal and solidification reaction of the inorganic compound were carried out according to the predicted reaction mechanism.

(3)複合体中の無機化合物の粒径測定および分散状態の観察:
複合体を170℃、20MPa/cm2 の条件で2時間熱プレスを行い、厚さ約1mmの複合体からなる薄片を得た。これをマイクロトームを用いて厚さ75nmの超薄切片とした。得られた切片を日本電子社製透過型電子顕微鏡「JEM−200CX」にて100000倍の倍率で観察した。無機化合物は暗色の像として、明るい有機ポリマーに微分散しているのが観察された。図3は、シリカ/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真であり、図4は、酸化アルミニウム/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真であり、図5は、酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真である。
(3) Measurement of particle size of inorganic compound in composite and observation of dispersion state:
The composite was hot-pressed for 2 hours under conditions of 170 ° C. and 20 MPa / cm 2 to obtain a flake made of the composite having a thickness of about 1 mm. This was made into an ultrathin section having a thickness of 75 nm using a microtome. The obtained section was observed with a transmission electron microscope “JEM-200CX” manufactured by JEOL Ltd. at a magnification of 100,000. It was observed that the inorganic compound was finely dispersed in a bright organic polymer as a dark image. FIG. 3 is a transmission electron micrograph of the silica / polyamide composite, FIG. 4 is a transmission electron micrograph of the aluminum oxide / polyamide composite, and FIG. 5 is a transmission type of the zirconium oxide / polyamide composite. It is an electron micrograph.

続いて、100個の無機化合物粒子の粒径を測定し、その平均値を無機化合物平均粒径とした。本観察においては、シリカ/ポリアミド複合体では約10nmの無機化合物(シリカ)が網目状、すなわち3次元的にネットワークを形成しポリアミド中に微分散しているのが観察された。酸化アルミニウム/ポリアミド複合体では約10nmの酸化アルミニウムが層状、すなわち2次元的にネットワークを形成しポリアミド中に微分散しているのが観察された。一方、酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体では、850nm近辺の酸化ジルコニウム粒子の各々の粒子が独立して分散しているのが観察された。   Subsequently, the particle size of 100 inorganic compound particles was measured, and the average value was defined as the inorganic compound average particle size. In this observation, in the silica / polyamide composite, it was observed that an inorganic compound (silica) of about 10 nm was network-like, that is, a three-dimensional network was formed and finely dispersed in the polyamide. In the aluminum oxide / polyamide composite, it was observed that about 10 nm of aluminum oxide was layered, that is, a two-dimensional network was formed and finely dispersed in the polyamide. On the other hand, in the zirconium oxide / polyamide composite, it was observed that each of the zirconium oxide particles in the vicinity of 850 nm was dispersed independently.

(4)イオン伝導体の作製:
(4−1)有機系極性溶媒を用いた電解液を含浸させたイオン伝導体の作製:
(溶媒:プロピレンカーボネート、支持電解質:過塩素酸リチウム)
得られたウエットケーキ(1)〜(4)約10gをそれぞれ、100gの超純水中で分散し、減圧濾過をする工程を3回繰り返すことにより洗浄処理を行い、超純水を有するウエットケーキを約10g得た。該ウエットケーキにプロピレンカーボネート100gを加え、攪拌しつつ、120℃で減圧処理を2時間行い、ウエットケーキ中の水のみを除去した。得られたパルプが分散したプロピレンカーボネートを、5分間、0.02MPaで減圧濾過することで、プロピレンカーボネートのみを液体成分として有するウエットケーキ(1a)〜(4a)をそれぞれ約10g得た。
該ウエットケーキを質量測定後(湿潤質量)、280℃で2時間減圧乾燥させてプロピレンカーボネートを除き、質量を測定した(乾燥質量)。これらの数値より、ウエットケーキ(1a)〜(4a)のプロピレンカーボネート保有量が得られる。また、固形分率を下式により算出した。
固形分率(質量%)=(乾燥質量/湿潤質量)×100
(4) Production of ion conductor:
(4-1) Production of an ion conductor impregnated with an electrolytic solution using an organic polar solvent:
(Solvent: propylene carbonate, supporting electrolyte: lithium perchlorate)
About 10 g of the obtained wet cakes (1) to (4) are each dispersed in 100 g of ultrapure water and subjected to washing treatment by repeating vacuum filtration three times to obtain a wet cake having ultrapure water. About 10 g of was obtained. 100 g of propylene carbonate was added to the wet cake, and a vacuum treatment was performed at 120 ° C. for 2 hours while stirring to remove only water in the wet cake. About 10 g of wet cakes (1a) to (4a) each having only propylene carbonate as a liquid component were obtained by filtering the propylene carbonate in which the obtained pulp was dispersed under reduced pressure at 0.02 MPa for 5 minutes.
After measuring the mass of the wet cake (wet mass), it was dried under reduced pressure at 280 ° C. for 2 hours to remove propylene carbonate, and the mass was measured (dry mass). From these numerical values, the propylene carbonate holding amounts of the wet cakes (1a) to (4a) are obtained. Moreover, the solid content rate was computed by the following formula.
Solid fraction (mass%) = (dry mass / wet mass) × 100

得られたプロピレンカーボネート保有量とさらに加えるプロピレンカーボネートとを合わせた量を全プロピレンカーボネートとして計算して、支持電解質としての過塩素酸リチウム濃度が1mol/Lになるようにプロピレンカーボネートと過塩素酸リチウムとを加えた。これを攪拌することで分散、溶解させた後、0.02MPaで減圧濾過を約3分間行い、厚みが300μmになるように調整することにより、1mol/Lの支持電解質を含有した有機溶媒系電解液を含浸させたウエットケーキシート(1b)〜(4b)を得た。得られたウエットケーキは、均一で穴等の欠損がなく、強度に富むものであった。また、ウエットケーキシートからは電解液の漏洩は一切認められなかった。また、今回用いたいずれの有機無機複合体とも、耐有機溶媒性にすぐれるため本工程中に複合体の劣化等は一切生じなかった。しかしながら、0.02MPaで減圧濾過を30秒分間のみ行い、固形分100質量部に対するプロピレンカーボネートベースの電解液含有量を900質量部以上にしたウエットケーキシートでは、ウエットケーキシート(1b)〜(3b)では電解液の漏洩は見られなかったものの、無機成分を含まないウエットケーキシート(4b)では、シートを構成するパルプ間より電解液漏洩が見られた。   The total amount of propylene carbonate retained and the amount of propylene carbonate added is calculated as total propylene carbonate, so that the concentration of lithium perchlorate as the supporting electrolyte is 1 mol / L. And added. This was dispersed and dissolved by stirring, then filtered under reduced pressure at 0.02 MPa for about 3 minutes, and adjusted to have a thickness of 300 μm, thereby organic solvent electrolysis containing 1 mol / L of supporting electrolyte. Wet cake sheets (1b) to (4b) impregnated with the liquid were obtained. The obtained wet cake was uniform, free from defects such as holes, and rich in strength. Moreover, no leakage of the electrolyte solution was observed from the wet cake sheet. In addition, since any of the organic-inorganic composites used this time was excellent in organic solvent resistance, the composite did not deteriorate at all during this step. However, the wet cake sheet (1b) to (3b) is a wet cake sheet in which the filtration under reduced pressure at 0.02 MPa is performed only for 30 seconds and the content of the electrolyte solution based on propylene carbonate with respect to 100 parts by mass of the solid is 900 parts by mass or more. ), No leakage of the electrolyte was observed, but in the wet cake sheet (4b) containing no inorganic component, leakage of the electrolyte was observed between the pulps constituting the sheet.

(4−2)有機系極性溶媒を用いた電解液を含浸させたイオン伝導体の作製:
(溶媒:プロピレンカーボネート、支持電解質:ホウフッ化テトラブチルアンモニウム)
支持電解質がホウフッ化テトラブチルアンモニウムであること以外は(4−1)と同様な方法で、1mol/Lの支持電解質を含有した有機溶媒系電解液を含浸させたウエットケーキシートを得た。この電解液を含有したウエットケーキシートもまた、電解液保持特性に優れ電解液の漏洩が無く、均一で、かつ強度に富むものであった。
(4-2) Production of ion conductor impregnated with electrolytic solution using organic polar solvent:
(Solvent: propylene carbonate, supporting electrolyte: tetrabutylammonium borofluoride)
A wet cake sheet impregnated with an organic solvent electrolyte containing 1 mol / L of supporting electrolyte was obtained in the same manner as in (4-1) except that the supporting electrolyte was tetrabutylammonium borofluoride. The wet cake sheet containing this electrolytic solution was also excellent in electrolytic solution retention characteristics, free from leakage of the electrolytic solution, and was uniform and rich in strength.

(4−3)水系電解液を含浸させたイオン伝導体の作製:
(溶媒:超純水、支持電解質:硫酸)
(4−1)と同様な超純水での洗浄処理を行った後、得られたウエットケーキを150℃で2時間乾燥させ、(4−1)と同様の方法で、ウエットケーキの超純水の保持量および固形分率を算出した。
得られた超純粋保有量とさらに加える超純水とを合わせた量を全超純水量として計算して、硫酸の液体中の濃度が1mol/Lになるように加えた。これ以外は(4−1)と同様な方法で、1mol/Lの硫酸を含有した水系電解液を含浸させた、電解液保持特性に優れ電解液の漏洩が無く、均一で、かつ強度に優れたウエットケーキシートを得た。今回用いたいずれの有機無機複合体とも、耐酸性に優れるため本工程中に複合体の劣化等は一切生じなかった。
しかしながら、0.02MPaで減圧濾過を30秒分間のみ行い、固形分100質量部に対する超純水ベースの電解液含有量を1000質量部以上にしたウエットケーキシートでは、ウエットケーキシート(1b)〜(3b)では電解液の漏洩は見られなかったものの、無機成分を含まないウエットケーキシート(4b)では、シートを構成するパルプ間より電解液漏洩が見られた。
(4-3) Production of ion conductor impregnated with aqueous electrolyte:
(Solvent: ultrapure water, supporting electrolyte: sulfuric acid)
After washing with ultrapure water similar to (4-1), the obtained wet cake was dried at 150 ° C. for 2 hours, and ultrapure wet cake was obtained in the same manner as in (4-1). The amount of water retained and the solid content rate were calculated.
The total amount of ultrapure water added and the ultrapure water added was calculated as the total amount of ultrapure water, and added so that the concentration of sulfuric acid in the liquid was 1 mol / L. Except for this, it was impregnated with a water-based electrolyte containing 1 mol / L sulfuric acid in the same manner as in (4-1), excellent in electrolyte retention characteristics, no leakage of electrolyte, uniform and excellent in strength A wet cake sheet was obtained. None of the organic-inorganic composites used this time were excellent in acid resistance, and thus the composites did not deteriorate at all during this step.
However, the wet cake sheet (1b) to (1b) to (2) which are filtered under reduced pressure at 0.02 MPa only for 30 seconds and the electrolyte solution content of ultrapure water based on 100 parts by mass of the solid content is 1000 parts by mass or more. In 3b), no leakage of the electrolyte solution was observed, but in the wet cake sheet (4b) containing no inorganic component, leakage of the electrolyte solution was observed between the pulps constituting the sheet.

(5)複合体質量に対する電解液保持量の測定:
(4−1)および(4−2)と同一の操作を行い、それぞれの得られたウエットケーキシート(ウエットケーキシート(1b)および(2b))の質量測定後(ケーキ質量)、ケーキ質量の15倍のプロピレンカーボネートを加え、常温下30分間の分散洗浄、減圧濾過を3回繰り返すことで、支持電解質を除去し、プロピレンカーボネートのみに置換したプロピレンカーボネートのみを有するウエットケーキを得た。このウエットケーキを280℃で2時間減圧乾燥させ、質量を測定した(乾燥質量)。これらの数値より、複合体(またはポリアミド)100質量部に対する電解液の保持量(電解液保持量)を下式により算出した。
電解液保持量(質量部)={(ケーキ質量−乾燥質量)/乾燥質量}×100
(5) Measurement of electrolyte retention with respect to composite mass:
After performing the same operation as (4-1) and (4-2) and measuring the mass of each obtained wet cake sheet (wet cake sheet (1b) and (2b)) (cake mass), 15 times of propylene carbonate was added, and dispersion washing at room temperature for 30 minutes and vacuum filtration were repeated three times to remove the supporting electrolyte and obtain a wet cake having only propylene carbonate substituted with propylene carbonate alone. The wet cake was dried under reduced pressure at 280 ° C. for 2 hours, and the mass was measured (dry mass). From these numerical values, the retention amount of the electrolytic solution (electrolytic solution retention amount) with respect to 100 parts by mass of the composite (or polyamide) was calculated by the following equation.
Electrolyte retention amount (parts by mass) = {(cake mass−dry mass) / dry mass} × 100

また、(4−3)と同一の操作を行い、得られたウエットケーキシート(ウエットケーキシート(3b))の支持電解質(硫酸)の除去操作を超純水を用いて行い超純水に置換し、洗浄後ケーキの乾燥を150℃で2時間乾燥処理を行った以外は上記と同一の方法により、電解液保持量を算出した。   Also, the same operation as in (4-3) is performed, and the operation of removing the supporting electrolyte (sulfuric acid) from the obtained wet cake sheet (wet cake sheet (3b)) is performed using ultra pure water and replaced with ultra pure water. Then, the amount of electrolyte solution retained was calculated by the same method as above except that the cake was washed and dried at 150 ° C. for 2 hours.

(6)イオン伝導度の測定:
各イオン伝導体の25℃におけるイオン伝導度を、東陽テクニカ製インピーダンスアナライザー1260型、液体測定用サンプルホルダー用いて交流インピーダンス法により測定した。また、各種液体電解液のイオン伝導度も同様に測定を行った。
(6) Measurement of ionic conductivity:
The ion conductivity at 25 ° C. of each ion conductor was measured by an AC impedance method using an impedance analyzer 1260 type manufactured by Toyo Technica and a liquid sample holder. Moreover, the ionic conductivity of various liquid electrolytes was measured similarly.

(実施例1)
合成例1で得られたシリカ/ポリアミド複合体であるウエットケーキ(1)を用いて、(4−1)、(4−2)および(4−3)に記載の方法で各種電解液を保持させたウエットケーキシートを得た。得られたウエットケーキシートのイオン伝導度を上記の方法で測定した。また、各ウエットケーキシートに保持される電解液含有量を、複合体100質量部に対する電解液含有量として測定した。
Example 1
Using the wet cake (1) which is the silica / polyamide composite obtained in Synthesis Example 1, various electrolytic solutions are held by the methods described in (4-1), (4-2) and (4-3). A wet cake sheet was obtained. The ionic conductivity of the obtained wet cake sheet was measured by the above method. Moreover, the electrolyte solution content hold | maintained at each wet cake sheet | seat was measured as electrolyte solution content with respect to 100 mass parts of composites.

(実施例2)
合成例2で得られた酸化アルミニウム/ポリアミド複合体であるウエットケーキ(2)を用いて、(4−1)、(4−2)および(4−3)に記載の方法で各種電解液を保持させたウエットケーキシートを得た。得られたウエットケーキシートのイオン伝導度を上記の方法で測定した。また、各ウエットケーキシートに保持される電解液含有量を、複合体100質量部に対する電解液含有量として測定した。
(Example 2)
Using the wet cake (2) which is the aluminum oxide / polyamide composite obtained in Synthesis Example 2, various electrolyte solutions were prepared by the methods described in (4-1), (4-2) and (4-3). A retained wet cake sheet was obtained. The ionic conductivity of the obtained wet cake sheet was measured by the above method. Moreover, the electrolyte solution content hold | maintained at each wet cake sheet | seat was measured as electrolyte solution content with respect to 100 mass parts of composites.

(実施例3)
合成例3で得られた酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体であるウエットケーキ(3)を用いて、(4−1)、(4−2)および(4−3)に記載の方法で各種電解液を保持させたウエットケーキシートを得た。得られたウエットケーキシートのイオン伝導度を上記の方法で測定した。また、各ウエットケーキシートに保持される電解液含有量を、複合体100質量部に対する電解液含有量として測定した。
(Example 3)
Using the wet cake (3) which is the zirconium oxide / polyamide composite obtained in Synthesis Example 3, various electrolytes were prepared by the methods described in (4-1), (4-2) and (4-3). A retained wet cake sheet was obtained. The ionic conductivity of the obtained wet cake sheet was measured by the above method. Moreover, the electrolyte solution content hold | maintained at each wet cake sheet | seat was measured as electrolyte solution content with respect to 100 mass parts of composites.

(比較例1)
合成例4で得られた無機化合物を有しないポリアミドであるウエットケーキ(4)を用いて、(4−1)、(4−2)および(4−3)に記載の方法で各種電解液を保持させたウエットケーキシートを得た。得られたウエットケーキシートのイオン伝導度を上記の方法で測定した。また、各ウエットケーキシートに保持される電解液含有量を、複合体100質量部に対する電解液含有量として測定した。
(Comparative Example 1)
Using the wet cake (4) which is a polyamide having no inorganic compound obtained in Synthesis Example 4, various electrolyte solutions were prepared by the methods described in (4-1), (4-2) and (4-3). A retained wet cake sheet was obtained. The ionic conductivity of the obtained wet cake sheet was measured by the above method. Moreover, the electrolyte solution content hold | maintained at each wet cake sheet | seat was measured as electrolyte solution content with respect to 100 mass parts of composites.

以上実施例1〜3と比較例1の結果を表2に示した。   The results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in Table 2.

Figure 2005251563
Figure 2005251563

(比較例2)
均一系のポリマーゲル電解質に相当する比較例として特開平11−149825号公報中の実施例2の方法に従って、以下の方法でゲル電解質を作製した。ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、4フッ化エチレンが各々60:15:25のモル%よりなるポリマーに、該ポリマーの25質量%のシリカ充填材を混合した材料を2−ブタノンに溶解して、200μm厚のフィルムをアプリケーターによる塗工法によって得た。得られたフィルムを、プロピレンカーボネートに1mol/LのLiPF4 (支持電解質)が溶解した電解液中に室温下で2時間浸漬させることにより、ゴム状共重合体100質量部に対して電解液を80質量部含有するゲル電解質フィルムが得られた。得られたフィルムのイオン伝導度を(6)の方法に従って測定したところ、6.5×10-4S/cmであった。電解液含有量を高めることを目的として浸漬時間を6時間に延長したが、電解液含有量およびイオン伝導度に大きな変化はなかった。
(Comparative Example 2)
As a comparative example corresponding to a homogeneous polymer gel electrolyte, a gel electrolyte was prepared by the following method according to the method of Example 2 in JP-A-11-149825. A material obtained by mixing polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene in a polymer composed of 60:15:25 mol% and a silica filler of 25 mass% of the polymer was dissolved in 2-butanone, A film having a thickness of 200 μm was obtained by a coating method using an applicator. The obtained film was immersed in an electrolytic solution in which 1 mol / L LiPF 4 (supporting electrolyte) was dissolved in propylene carbonate at room temperature for 2 hours, whereby the electrolytic solution was added to 100 parts by mass of the rubbery copolymer. A gel electrolyte film containing 80 parts by mass was obtained. When the ionic conductivity of the obtained film was measured according to the method of (6), it was 6.5 × 10 −4 S / cm. Although the immersion time was extended to 6 hours for the purpose of increasing the electrolyte content, there was no significant change in the electrolyte content and ionic conductivity.

(比較例3)
構造系のポリマーゲル電解質に相当する比較例として、特表平8−509100号公報中の実施例1の方法に準じて、以下の方法でゲル電解質を作製した。テトラヒドロフラン(THF)溶液9部にポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体1.5部溶解したポリマー溶液に、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの質量比1:1の混合溶液に1mol/LのLiPF4 (支持電解質)が溶解した電解液1.5gを導入した。これを60℃で加温しつつ30分間攪拌し、ポリマー溶液に電解液を溶解させつつTHFを除去することで、THFが除去されたことによる微小な空隙に電解液を有するゲル電解質を得た。該電解質の100μm厚のフィルムをアプリケーターによる塗工法によって得た。得られたフィルムのイオン伝導度を(6)の方法に従って測定したところ、3.7×10-4S/cmであった。また、本比較例のポリマー100部に対する電解液含有量は100部に相当した。本比較例の電解液の含有量ポリマー溶液に対する、電解液の量を増加させようと試みたところ、電解液の含有量が120部以上では、フィルムより電解液が漏洩して保持することができなかった。
(Comparative Example 3)
As a comparative example corresponding to a structural polymer gel electrolyte, a gel electrolyte was prepared by the following method according to the method of Example 1 in JP-T-8-509100. In a polymer solution obtained by dissolving 1.5 parts of a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene in 9 parts of tetrahydrofuran (THF) solution, 1 mol / L LiPF 4 was added to a mixed solution of ethylene carbonate and propylene carbonate in a mass ratio of 1: 1. 1.5 g of an electrolytic solution in which (supporting electrolyte) was dissolved was introduced. This was stirred for 30 minutes while being heated at 60 ° C., and THF was removed while dissolving the electrolyte in the polymer solution, thereby obtaining a gel electrolyte having an electrolyte in a minute gap due to the removal of THF. . A 100 μm-thick film of the electrolyte was obtained by a coating method using an applicator. When the ion conductivity of the obtained film was measured according to the method of (6), it was 3.7 × 10 −4 S / cm. Further, the electrolytic solution content with respect to 100 parts of the polymer of this comparative example corresponded to 100 parts. Electrolyte content of this comparative example When an attempt was made to increase the amount of the electrolyte solution relative to the polymer solution, the electrolyte solution leaked from the film and could be retained when the electrolyte solution content was 120 parts or more. There wasn't.

以上比較例2および比較例3の結果と、実施例1のプロピレンカーボネートに過塩素酸リチウム電解液を用いた際の結果を表3に示した。   Table 3 shows the results of Comparative Examples 2 and 3 and the results of using the lithium perchlorate electrolyte for the propylene carbonate of Example 1.

Figure 2005251563
Figure 2005251563

以上実施例1〜3に見られるように、本発明のイオン伝導体は、電解液の溶媒や支持電解質の種類に係わらず、電解液を漏洩させることなく、複合体100質量部に対して700質量部以上の多量の電解液を保持することができた。そのため、電解液のみのイオン伝導率に近い非常に高いイオン伝導率を有した。また、本発明のイオン伝導体はシート形状への加工も容易であった。一方、比較例1では、ポリマーが無機化合物を有していないことにより電解液保持量が低く、イオン伝導率も各実施例よりも劣った。加えて無機化合物の有機化合物に対する補強効果を有していないことにおいて実施例1〜3に劣り、イオン伝導度と耐熱性、シート強度を両立させることができなかった。また、比較例2および比較例3もポリマー質量に対して保持できる電解液の量が少ないため、イオン伝導度を10-3S/cm以上にすることができなかった。 As can be seen from Examples 1 to 3 above, the ionic conductor of the present invention is 700 with respect to 100 parts by mass of the composite without leaking the electrolyte regardless of the solvent of the electrolyte and the type of the supporting electrolyte. A large amount of the electrolytic solution over part by mass could be retained. Therefore, it had a very high ionic conductivity close to the ionic conductivity of the electrolyte only. Further, the ion conductor of the present invention was easily processed into a sheet shape. On the other hand, in Comparative Example 1, since the polymer did not have an inorganic compound, the amount of electrolyte solution retained was low, and the ionic conductivity was also inferior to each example. In addition, it is inferior to Examples 1 to 3 in that it does not have a reinforcing effect on the organic compound of the inorganic compound, and it has been impossible to achieve both ion conductivity, heat resistance, and sheet strength. Further, in Comparative Examples 2 and 3, since the amount of the electrolytic solution that can be held with respect to the polymer mass is small, the ionic conductivity could not be increased to 10 −3 S / cm or more.

本発明のイオン伝導体は、電解液の保持量を多くでき、これによりイオン伝導度を高くすることが可能であり、保持された電解液が漏洩しにくく、電解液の溶媒の種類に制限がなく、電解液中の支持電解質の濃度を上げることが可能であり、しかも強度、耐熱性が高くセパレーターとしての機能も有する。したがって、本発明のイオン伝導体は、電池の電解質、電気二重層キャパシタのセパレーター、エレクトロクロミック素子の電解質等の電気化学デバイスとして好適に用いられる。   The ionic conductor of the present invention can increase the amount of electrolyte solution retained, thereby making it possible to increase ionic conductivity, the retained electrolyte solution is difficult to leak, and the type of solvent in the electrolyte solution is limited. In addition, the concentration of the supporting electrolyte in the electrolytic solution can be increased, and the strength and heat resistance are high, and the separator also has a function. Therefore, the ion conductor of the present invention is suitably used as an electrochemical device such as a battery electrolyte, an electric double layer capacitor separator, and an electrochromic element electrolyte.

本発明の電気化学デバイスである電池の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the battery which is an electrochemical device of this invention. 本発明の電気化学デバイスである電気二重層キャパシタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the electrical double layer capacitor which is the electrochemical device of this invention. シリカ/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真である。It is a transmission electron micrograph of a silica / polyamide composite. 酸化アルミニウム/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真である。2 is a transmission electron micrograph of an aluminum oxide / polyamide composite. 酸化ジルコニウム/ポリアミド複合体の透過型電子顕微鏡写真である。2 is a transmission electron micrograph of a zirconium oxide / polyamide composite.

符号の説明Explanation of symbols

1 電池(電気化学デバイス)
10 電気二重層キャパシタ(電気化学デバイス)
1 Batteries (electrochemical devices)
10 Electric double layer capacitor (electrochemical device)

Claims (7)

ポリアミド、ポリウレタンおよびポリ尿素からなる群から選ばれる少なくとも1種の有機ポリマーと、シリカおよび金属酸化物から選ばれる少なくとも1種の無機化合物との複合体と、該複合体に保持された電解液とを有し、
イオン伝導度が10-3S/cm以上であることを特徴とするイオン伝導体。
A composite of at least one organic polymer selected from the group consisting of polyamide, polyurethane and polyurea; at least one inorganic compound selected from silica and metal oxide; and an electrolyte solution retained in the composite Have
An ionic conductor having an ionic conductivity of 10 −3 S / cm or more.
前記無機化合物の平均粒子径が1μm以下であり、前記複合体(100質量%)中の無機化合物の含有率が20〜80質量%である請求項1記載のイオン伝導体。   The average particle diameter of the said inorganic compound is 1 micrometer or less, The content rate of the inorganic compound in the said composite body (100 mass%) is 20-80 mass%, The ion conductor of Claim 1. 前記複合体が、ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物およびホスゲン系化合物からなる群から選ばれる1種の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物およびジアミンを水に溶解した水溶液(B)とを接触させることにより得られる反応生成物である請求項1または請求項2に記載のイオン伝導体。   The complex is an organic solution (A) in which one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound is dissolved in an organic solvent, an alkali silicate, and two or more metal elements An aqueous solution (B) in which at least one compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates and diamines are dissolved in water, wherein one of the metal elements is an alkali metal The ionic conductor according to claim 1, wherein the ionic conductor is a reaction product obtained by contacting the ionic conductor. 前記電解液の保持量が、複合体100質量部に対して、500〜2000質量部である請求項1ないし3のいずれか一項に記載のイオン伝導体。   The ion conductor according to any one of claims 1 to 3, wherein a holding amount of the electrolytic solution is 500 to 2000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite. 前記複合体が、繊維径が20μm以下でアスペクト比が10以上のパルプ形状を有する請求項1ないし4のいずれか一項に記載のイオン伝導体。   5. The ion conductor according to claim 1, wherein the composite has a pulp shape with a fiber diameter of 20 μm or less and an aspect ratio of 10 or more. ジカルボン酸ハロゲン化物、ジクロロホーメート化合物およびホスゲン系化合物からなる群から選ばれる1種の化合物を有機溶媒に溶解した有機溶液(A)と、珪酸アルカリ、2種以上の金属元素を有しその金属元素の1種がアルカリ金属である、金属酸化物、金属水酸化物および金属炭酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物およびジアミンを水に溶解した水溶液(B)とを接触させて、有機ポリマーと無機化合物との複合体を得る複合体合成工程と、
前記複合体に電解液を含浸させて、複合体に電解液を保持させる含浸工程とを有することを特徴とするイオン伝導体の製造方法。
An organic solution (A) obtained by dissolving one compound selected from the group consisting of a dicarboxylic acid halide, a dichloroformate compound, and a phosgene compound in an organic solvent; an alkali silicate; a metal having two or more metal elements Contacting at least one compound selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides and metal carbonates, wherein one of the elements is an alkali metal, and an aqueous solution (B) in which diamine is dissolved in water; A composite synthesis step for obtaining a composite of an organic polymer and an inorganic compound;
An impregnation step of impregnating the composite with an electrolytic solution and retaining the electrolytic solution in the composite.
請求項1ないし5のいずれか一項に記載のイオン伝導体を用いた電気化学デバイス。
An electrochemical device using the ionic conductor according to any one of claims 1 to 5.
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