JP2006152290A - 液晶性化合物、およびこれを用いたイオン伝導体 - Google Patents

Abstract

【課題】電極間の方向について高いイオン伝導率を有するイオン伝導体を提供する。
【解決手段】下記式の液晶性化合物と電解質とを含むイオン伝導体とする。

ｎは１〜５の整数、Ｒ₁はＣＮ基またはＦ、Ｒ₂は炭素数が５〜１０のアルキル基またはアルキルオキシ基、Ｘは無しまたはＣＯＯ基、Ｙは炭素数が１〜５のアルキル基。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶性化合物、およびこれを用いたイオン伝導体に関する。本発明は、より具体的には、リチウムおよびリチウムイオン電池、キャパシタ、光電気化学電池、イオンセンサ、フォトクロミック素子、燃料電池等の各種デバイスに適した特性を有するイオン伝導体に関する。

従来知られているイオン伝導体としては、無機材料を用いた無機固体電解質、有機高分子を用いた高分子固体電解質、水または非水溶媒を用いた液状電解質が挙げられる。高分子固体電解質は、液漏れのおそれがなく不揮発性であり、次世代リチウム二次電池用の電解質等として注目を集めている。しかし、高分子固体電解質は、現段階ではイオン伝導率が十分に高くはない。

イオン伝導率の向上のため、液状電解質をゲル化剤で固化させたゲル電解質も検討されている。しかし、ゲル電解質には揮発しやすい液状成分が残存しているため、デバイスの安全性を十分に確保できない。

近年、固体と液体の中間的性質を有する液晶性化合物を用い、液晶性化合物が有する配向性を利用したイオン伝導体が提案されている（特許文献１〜特許文献３）。
特開２００１−３３８５２７号 特開２００２−１０５０３３号 特開２００２−３５８８２１号

実用に供される条件を考慮すると、電極間に配置されるイオン伝導体は、室温下で、電極間の方向に高いイオン伝導率を示すことが望まれる。しかし、従来の液晶性化合物は、このような特性を得るには適していない。例えば、特許文献２，３に開示されている液晶性化合物は、各化合物（分子）が電極の表面に対して垂直に配向したスメクチック液晶相を有するが、スメクチック液晶相では、有効なイオンのパスが電極の表面に平行に形成されるため、電極間の方向についてのイオン伝導率が十分に高くならない。また例えば、特許文献１に開示されている液晶性化合物は、イオンのパスが電極の表面に垂直方向に形成されるディスコチック液晶相を有するが、ディスコチック液晶相では、電極間の方向についてのイオン伝導率が高くはならない。

そこで、本発明は、下記一般式により示される液晶性化合物を提供する。

ただし、ｎは１から５の整数であり、Ｒ₁はＣＮ基またはＦであり、Ｒ₂は炭素数が５から１０のアルキル基またはアルキルオキシ基であり、Ｘは無しまたはＣＯＯ基であり、Ｙは炭素数が１から５のアルキル基である。Ｘが「無し」の場合、上記液晶性化合物は、３つのベンゼン環が連続して結合した構造を有することになる。Ｒ₂およびＹは、好ましくは直鎖アルキル（オキシ）基である。なお、慣用に従い、上記一般式では記載を簡略化したが、側鎖におけるｎが付された繰り返し単位は、オキシエチレン単位（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）である。

本発明は、さらに、上記液晶性化合物と、電解質とを含むイオン伝導体を提供する。

本発明による液晶性化合物を用いると、互いに相対するように配置した電極間の方向について高いイオン伝導率を有するイオン伝導体を提供できる。本発明によるイオン伝導体は、室温下で、電極間の方向について良好なイオン伝導率を示すものとなる。

上記一般式により示される液晶性化合物は、３つのベンゼン環を含むメソゲン基を有する。そして、この液晶性化合物を含むイオン伝導体は、メソゲン基が電極の表面に対して垂直に配向したときに、電極間の方向について高いイオン伝導率を示す。これは、メソゲン基が電極の表面に垂直に配向したときに、オキシエチレン単位を含む側鎖が電極間の方向に沿って伸長する領域に集まり、この領域がイオンのパスになるためと考えられる。

本発明によるイオン伝導体には、上記一般式（化１）により示される液晶性化合物（Ａ）とともに、これとは異なる液晶性化合物であってネマチック液晶相を示す液晶性化合物（Ｂ）をさらに含ませるとよい。イオン伝導体を構成する液晶性化合物を電極間の方向に配向させることが容易となるためである。

液晶性化合物（Ｂ）は、下記一般式（化２）〜（化６）から選ばれるいずれかにより示されるものとするとよい。これら液晶性化合物は、ＩＴＯ（indium tin oxide）膜を形成したガラス電極に代表される電極基板に対して垂直に配向する特性を有する。

ただし、Ｒ₀は炭素数が２から８の直鎖アルキル基であり、Ｒ₃〜Ｒ₆は炭素数が２から１０の直鎖アルキル基である。

液晶性化合物（Ｂ）は２種以上含ませてもよい。液晶相を示す温度範囲を拡張できるからである。なお、本明細書では、同じ一般式により示すことができても、直鎖アルキル基の炭素数が異なれば同じ化合物ではないとして取り扱う。

本発明のイオン伝導体は、液晶性化合物（Ｂ）に加え、下記一般式（化７）〜（化１１）から選ばれるいずれかにより示される液晶性化合物を添加してもよい。液晶相を示す温度範囲を高温側に拡張できるからである。

ただし、Ｒ₇およびＲ₈は炭素数が３から６の直鎖アルキル基であり、Ｒ₉はエチル基であり、Ｒ₁₀は炭素数がエチル基またはプロピル基であり、Ｒ₁₁はヘキシル基である。

本発明のイオン伝導体では、液晶性化合物（Ａ）と液晶性化合物（Ｂ）とのモル比を、５：９５〜５０：５０とするとよい。また、液晶性化合物全体に対する電解質の含有率を、１〜３０モル％とするとよい。電解質が不足すると伝導性の発現に必要なイオンが不足し、電解質が過剰となると液晶相の発現が阻害されて高いイオン伝導率を得にくくなることがある。

本発明のイオン伝導体は、オリゴマーをさらに含んでいてもよい。オリゴマーを添加したイオン伝導体とすると、イオン伝導率がさらに向上する場合がある。オリゴマーとしては、例えば、エチレンオキシドオリゴマー、プロピレンオキシドオリゴマー、側鎖にオキシエチレン単位を含むシロキサンオリゴマーを例示できる。オリゴマーとは、重合度が低い重合体、具体的には重合度が２〜２０の範囲にある重合体をいう。イオン伝導体に添加するオリゴマーとしては、不揮発性のオリゴマーが好ましい。

イオン伝導率の向上のためには、オリゴマーとして、エチレンオキシドオリゴマーを添加することが好ましい。エチレンオキシドオリゴマーは、様々な分子量および末端基を有するものが市販されているが、オキシエチレン単位の数が１０以下のものを選択するとよい。オキシエチレン単位の数が１０を超えると、液晶性化合物との間で相分離が生じやすくなり、均一な電解質を得ることが困難となるためである。一方、オキシエチレン単位の数が２以下ではオリゴマーが揮発性になる。以上を考慮すると、オキシエチレン単位は、３〜１０が好適である。エチレンオキシドオリゴマーは、その末端に、メトキシ基を有するものが好ましい。

エチレンオキシドオリゴマー等のオリゴマーは、イオン伝導体全体の２０モル％以下、例えば３〜１５モル％を占めるように添加するとよい。オリゴマーの比率が高すぎると相分離する場合があり、オリゴマーの比率が低すぎるとオリゴマー添加によるイオン伝導率向上の効果が十分に得られない。

電解質としては、アルカリ金属塩、特にリチウム塩が好適であり、具体的には、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｌＦ₄、ＬｉＧａＦ₄、ＬｉＩｎＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＳｉＦ₆、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）（Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₂）等を用いることができる。

電解質はデバイスに応じて適宜選択するとよい。リチウム塩以外の電解質としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ₂等の金属ヨウ化物、４級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウム化合物のヨウ素塩、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ₂等の金属臭化物を例示できる。

電解質の別の好ましい例はプロトン酸である。プロトン酸は無機酸でも有機酸でもよい。無機酸としては、硝酸、硫酸、亜硫酸、重亜硫酸、燐酸、亜燐酸、次燐酸、メタ燐酸、次亜燐酸、アミド燐酸、炭酸、重炭酸、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、オルトホウ酸、メタホウ酸、アルミン酸、アミド硫酸、ヒドラジノ硫酸、スルファミン酸を例示できる。また、有機酸としては、イソ吉草酸、イソ酪酸、オクタン酸、シクロヘキサンカルボン酸、乳酸、酢酸、酪酸、クロトン酸、アゼライン酸、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、酒石酸、フマル酸、マロン酸、リンゴ酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アニス酸、安息香酸、ｐ−アミノ安息香酸、ナフトエ酸、テレフタル酸、ピロメリット酸、アスパラギン、アスパラギン酸、４−アミノ酪酸、アラニン、アルギニン、イソロイシン、グリシン、グルタミン酸、システイン、セリン、バリン、ヒスチジン、メチオニン、ロイシン、安息香酸、安息香酸−２−燐酸、アデノシン−２’−燐酸、フェノール−３−燐酸、ガラクトース−１−燐酸、ベンゼンホスホン酸、２−アミノエチルホスホン酸、２−ブロム−ｐ−トリルホスホン酸、２−メトキシフェニルホスホン酸、ｔ−ブチルホスフィン酸、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、４−アミノ−ｍ−クレゾール、２，４−ジニトロフェノール、ｏ−ブロモフェノール、ｐ−フェノールスルホン酸、ｐ−アセチルフェノール、アスコルビン酸、レダクチン、３−ヒドロキシフェニルホウ酸、３−アミノフェニルホウ酸、β−フェニルエチルボロン酸、ヒドラジン−Ｎ，Ｎ−ジ酢酸、ヒドラジン−Ｎ，Ｎ’−ジ酢酸を例示できる。プロトン酸は、上記に限らず、例えば、スルフォニルイミド酸、その誘導体等であってもよい。

本発明のイオン伝導体は、上記液晶性化合物、電解質以外に、ゲル化剤その他成分を含んでいてもよいが、その他成分の含有率は、２０モル％以下とすることが好ましい。

本発明のイオン伝導体は、基板、特にＩＴＯ膜を形成したガラス電極等の電極基板に対して容易に垂直配向する。しかし、垂直配向性を高める必要があれば、レシチン、ヘキサデシルアミン等の垂直配向剤を添加してもよい。電極基板間に電場や磁場を印加して液晶性化合物の垂直配向性を高めてもよい。

本発明のイオン伝導体は、リチウムイオン電池、燃料電池等各種デバイスへの適用が可能である。例えば色素増感型太陽電池では不揮発性のイオン伝導体が求められているが、本発明のイオン伝導体は十分に要求特性を満たす。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。まず、イオン伝導率の測定方法について説明する。
（垂直方向イオン伝導率の測定方法）
図１に、イオン伝導率の測定に用いたセルを示す。このセルを作製するために、まず、アルゴングローブボックス内にて、予め透明導電膜としてＩＴＯ膜３を形成した縦１５ｍｍ、横１０ｍｍのガラス板（ＩＴＯ膜付きガラス電極）４に、試料充填部１として直径（ｒ）６ｍｍの円を打ち抜いた厚み２５μｍの粘着剤付きポリイミドフィルム（図２参照）をスペーサー２として貼り付けた。次いで、試料充填部１に、加熱して等方性液体状態とした試料（イオン伝導体）を充填し、その後、もう１枚のＩＴＯ膜付きガラス電極４をＩＴＯ膜３が充填部１側となるように配置した。

こうして得た垂直方向イオン伝導率測定用セルは、室温（２３℃）まで自然冷却し、インピーダンス測定装置（横河ヒューレットパッカード製4284A）を用い、複素インピーダンス法により、高周波数側の円弧と低周波数側の直線との交点の実数成分インピーダンスを求め、以下の式に基づいて伝導率σ（Ｓ／ｃｍ）を算出した。

σ_v＝ｄ／（Ｒ×Ａ）
ｄ：スペーサー厚み（ｃｍ）、Ｒ：実数成分インピーダンス（Ω）、Ａ：極板面積（ｃｍ²）

（水平方向イオン伝導率の測定方法）
図３に、水平方向イオン伝導率の測定に用いた櫛型電極を示す。この櫛型電極１１は、ガラス板上に、ＩＴＯを厚み３０ｎｍとなるように蒸着し、さらにＡｇとＡｕとからなる合金を総厚みが０．８μｍとなるように蒸着することにより形成した。互いに対向するように配置した櫛型電極１１は、それぞれ３つの櫛部１２を有し、各櫛部１２の幅Ｗは２ｍｍ、櫛部１２の間隔Ｄは３ｍｍ、対向する櫛部の重複幅Ｖは７ｍｍとした。この櫛型電極１１の櫛部１２の間に、測定対象とする試料を等方性状態となるように加熱してから塗布し、この試料を覆う領域に縦１０ｍｍ、横２５ｍｍのガラス板を重ねてこの領域（測定領域１３）でのみ試料を保持した。その後、垂直方向イオン伝導率の測定と同様にして伝導率σ_pを求めた。なお、伝導率σ_pの絶対値は、試料が等方性液体状態のときの測定値で補正した。

（配向状態観察）
偏光顕微鏡（オリンパス製）を用い、液晶相の観察を行なった。

（合成例１）
一般式（化１）において、ｎ＝３、Ｒ₁＝ＣＮ基、Ｒ₂＝オクチルオキシ基、Ｘ＝ＣＯＯ基に相当する液晶性化合物を、図４に示したスキームに従って合成した。化合物の同定は¹Hおよび¹³C NMR測定により行なった。以下、各化合物は、図４に付した数字により、「化合物１」等と表記する。

［化合物３の合成］
２，４−ジヒドロキシ安息香酸（３．０２ｇ，１９．６ｍｍｏｌ）のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１０ｍＬ溶液に炭酸水素ナトリウム（５．００ｇ，５９．５ｍｍｏｌ）を加え、アルゴン雰囲気にした後、７０℃で１時間激しく攪拌した。この溶液にベンジルブロマイド（４．０１ｇ，２３．４ｍｍｏｌ）を加え、さらに７０℃で１０時間激しく攪拌した。反応溶液を室温に冷ました後、酢酸エチルおよび飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて有機層を抽出し、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。硫酸マグネシウムを加え、有機層を乾操し、ろ過した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒：ジクロロメタン）によって精製し、白色固体の化合物３を収率８９％（４．２６ｇ，１７．４ｍｍｏｌ）で得た。

［化合物４の合成］
化合物３（４．２６ｇ，１７．４ｍｍｏｌ）とオクチルブロマイド（３．６９ｇ，１９．１ｍｍｏｌ）のＤＭＦ５０ｍＬ溶液に炭酸カリウム（８．００ｇ，５７．９ｍｍｏｌ）を加え、アルゴン雰囲気にした後、７０℃で５時間激しく攪拌した。反応溶液に酢酸エチルおよび飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて有機層を抽出し、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。硫酸マグネシウムを加え、有機層を乾焼し、ろ過した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン）によって精製し、白色固体の化合物４を収率６８％（４．１９ｇ， １１．８ｍｍｏｌ）で得た。

［化合物５の合成］
化合物４（１．０１ｇ，２．８３ｍｍｏｌ）とトリエチレングリコールモノメチルエーテルモノトシレート（１．０６ｇ，３．３３ｍｍｏｌ）のＤＭＦ５０ｍＬ溶液に炭酸カリウム（１．２８ｇ，９．２６ｍｍｏｌ）を加え、アルゴン雰囲気にした後、７０℃で３時間激しく攪拌した。反応溶液に酢酸エチルおよび飽和塩化アンモニウム水溶液を加えて有機層を抽出し、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。硫酸マグネシウムを加え、有機層を乾焼し、ろ過した後、ロータリーエバボレーターを用いて溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）によって精製し、無色粘性液体の化合物５を収率９６％（１．３７ｇ，２．７３ｍｍｏｌ）で得た。

¹H NMR(CDCl₃, 400MHz):δ=0.89(t, J=6.8Hz, 3H), 1.25-1.46(m, 10H), 1.74-1.81(m, 2H), 3.36(s, 3H), 3.51-3.70(m, 8H), 3.84(t, J=5.1Hz, 2H), 3.96(t, J=6.6Hz, 2H), 4.16(t, J=5.1Hz, 2H), 5.30(s, 2H), 6.46-6.49(m, 2H), 7.27-7.45(m, 5H), 7.87(d, J=4.6Hz, 1H). ¹³C NMR(CDCl₃, 100MHz):δ=13.95, 22.48, 25.80, 28.94, 29.05, 29.15, 31.62, 58.83, 65.95, 68.07, 68.54, 69.23, 70.31, 70.47, 70.72, 71.74, 100.42, 105.63, 112.15, 127.76, 127.90, 128.27, 133.80, 136.40, 160.52, 163.68, 165.36.

［化合物６の合成］
化合物５（１．３７ｇ，２．７３ｍｍｏｌ）のエタノール５０ｍＬ溶液に水酸化ナトリウム（０．６３ｇ，１５．８ｍｍｏｌ）を加え、３時間還流攪拌した。反応溶液を室温に冷ました後、５％塩酸水溶液を加えて中和した。ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を減圧留去し、残渣に酢酸エチルと水を加え、有機層を抽出した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾焼し、ろ過した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝５／１）によって精製し、無色粘性液体の化合物６を収率７１％（０．８０ｇ，１．９４ｍｍｏｌ）で得た。

¹H NMR(CDCl₃, 400MHz):δ=0.89, (t, J=6.8Hz, 3H), 1.25-1.49(m, 10H), 1.76-1.83(m, 2H), 3.37(s, 3H), 3.53-3.55(m, 2H), 3.64-3.75(m, 6H), 3.92(d, J=4.4Hz, 2H), 4.00(d, J=6.6Hz, 2H), 4.33(d, J=4.6Hz, 2H), 6.51(d, J=2.0Hz, 1H), 6.61-6.64(m, 1H), 8.09(d, J=8.8Hz, 1H), 10.82(S, 1H). ¹³C NMR(CDCl₃, 100MHz):δ=14.05, 22.59, 22.88, 28.97, 29,14, 29.23, 31.71, 58.94, 68.51, 68.56, 68.93, 70.51, 70.53, 70.71, 71.79, 100.26, 107.55, 110,83, 135.23, 158.74, 164.42, 165.48.

［化合物１の合成］
化合物６（２．６４ｇ，６．４０ｍｍｏｌ）、４’−ヒドロキシ−４−シアノビフェニル（１．５８ｇ，８．０９ｍｍｏｌ）、４−ジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）（８．４ｇ， ０．０６９ｍｍｏｌ）、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド塩酸（ＥＣＤ）（１．４２ｇ，７．４１ｍｍｏｌ）のジクロロメタン５０ｍＬ溶液を室温で３時間攪拌した。反応溶液に酢酸エチルと飽和塩化ナトリウム水溶液を加え、有機層を抽出した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、ろ過した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を減圧留去した。残渣をシリカゲルクロマトグラフィー（展開溶媒：ヘキサン／酢酸エチル＝４／１）によって精製し、白色固体の化合物１を収率５５％（２．０６ｇ，３．５０ｍｍｏｌ）で得た。

¹H NMR(CDCl₃, 400MHz):δ=0.81(t, J=6.8Hz, 3H), 1.17-1.42(m, 10H), 1.69-1.76(m, 2H) ,3,25(s, 3H), 3.41-3.43(m, 2H), 3.51-3.55(m, 4H), 3.65-3.68(m, 2H),3.83(t, J=5.1Hz, 2H), 3.94(t, J=6.6Hz, 2H), 4.13(t, J=5.1Hz, 2H), 6.45-6.49(m, 2H), 7.23(d, J=8.8Hz, 2H), 7.53(d, J=6.8Hz, 2H), 7.59(d, J=8, 3Hz, 2H), 7.64(d, J=8.3Hz, 2H), 7.96(d, J=8.3Hz, 1H). ¹³C NMR(CDCl₃, 100MHz):δ=13.57, 22.11, 25.43, 28.54, 28.67, 28.76, 31.25, 58.45, 67.86, 68.26, 68.94, 69.94, 70.10, 70.45, 71.34, 99.99, 105.47, 110.32, 110.50, 118.37, 122.19, 127.11, 127.72, 132.08, 133.90, 135.88, 144.41, 151.16, 160.87, 163.19,164.06.

得られた化合物を、示差走査熱量測定および偏光顕微鏡観察により、熱相転移挙動を調べた。融点は６７℃であり、冷却時に−３７℃〜８℃でネマチック液晶相が観察された。

（合成例２）
一般式（化１）において、ｎ＝２、Ｒ₁＝ＣＮ基、Ｒ₂＝オクチルオキシ基、Ｘ＝ＣＯＯ基に相当する液晶性化合物を、トリエチレングリコールモノメチルエーテルモノトシレートに代えて、ジエチレングリコールモノメチルエーテルモノトシレートを使用した以外は、合成例１と同様、図４に示したスキームに従って合成した。化合物の同定は¹Hおよび¹³C NMR測定により行なった。

以下に化合物２の¹Hおよび¹³C NMRについてのみ記載する。

1H NMR(CDCl3, 400MHz):δ=0.89(t, J=6.8Hz, 3H), 1.26-1.48(m, 10H), 1.78-1.83(m ,2H), 3.35(s, 3H), 3.51-3.53(m, 2H), 3.73-3.75(m, 2H), 3.92-3.94(m, 2H), 4.02(t, J=6.4Hz, 2H), 4.24(t, J=5.2Hz, 2H), 6.54-6.58(m, 2H), 7.32(d, J=8.8KHz, 2H), 7.62(d, J=8.8H, 2H), 7.68(d, J=8.4Hz, 2H), 7.74(d, J=8.4Hz, 2H), 8.05(d, J=8.8Hz, 1H). ¹³C NMR(CDCl₃, 100MHz):δ=14.09, 22.63, 25.95, 29.07, 29.19, 29.30, 31.77, 57.70, 59.00, 68.40, 68.81, 69.50, 70.90, 71.92, 100.50, 106.07, 110.85, 110.99, 118.90, 122.71, 127.64, 128.25, 132.61, 134.43, 136.43, 144.95, 151.67, 161.40, 163.72, 164.60.

得られた化合物を、示差走査熱量測定および偏光顕微鏡観察により、熱相転移挙動を調べた。融点は８４℃であり、冷却時に４３℃以下でネマチック液晶相が観察された。

（実施例１）
合成例１により得た液晶化合物と、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂（キシダ化学製、ＬｉＴＦＳｉ）とを、モル比で９５：５となるように混合した。

こうして得たイオン伝導体を用い、垂直方向イオン伝導率測定用セルを作製した。このとき、イオン伝導体は１００℃で溶解させた。このセルの室温での偏光顕微鏡観察により、イオン伝導体は等方性液体状態にあることが確認された。室温における垂直方向についての（即ち、電極間の）イオン伝導率は１．０×１０^-7Ｓ／ｃｍであった。

（実施例２）
合成例１により得た液晶化合物と、一般式（化３）においてＲ₃がペンチル基に相当する４’−ペンチルオキシ−ビフェニル−４−カルボニトリル（ワコーケミカル製、５ＯＣＢ）と、一般式（化３）においてＲ₃がヘプチル基に相当する４’−ヘプチルオキシ−ビフェニル−４−カルボニトリル（ワコーケミカル製、７ＯＣＢ）と、一般式（化８）においてＲ₈がペンチル基に相当する４’−（４−ペンチルシクロヘキシル）−ビフェニル−４−カルボニトリル（Valiant Fine Chemicals製、ＢＣＨ５）と、ＬｉＴＦＳｉ（キシダ化学製）とを、モル比で、５０：２１．４：２１．４：４．７５：５となるように混合した。

こうして得たイオン伝導体を用い、垂直方向イオン伝導率測定用セルを作製した。このとき、イオン伝導体は１００℃で溶解させた。このセルの室温での偏光顕微鏡観察により、ネマチック液晶相のシュリーレン組織が観察された。室温における垂直方向についての（即ち、電極間の）イオン伝導率は２．３×１０^-7Ｓ／ｃｍであり、実施例１よりも高い値が得られた。

（実施例３）
合成例２により得た液晶化合物と、一般式（化３）においてＲ₃がペンチル基に相当する５ＯＣＢ（ワコーケミカル製）と、一般式（化３）においてＲ₃がヘプチル基に相当する７ＯＣＢと、ＬｉＴＦＳｉ（キシダ化学製）とを、モル比で、９．５：４２．７５：４２．７５：５となるように混合した。

こうして得たイオン伝導体を用い、垂直方向イオン伝導率測定用セルを作製した。このとき、イオン伝導体は１００℃で溶解させた。このセルの室温での偏光顕微鏡観察により、オルソスコープ観察にて暗視野、コノスコープ観察にてアイソジャイヤが観察された。室温における垂直方向についての（即ち、電極間の）イオン伝導率は３．８×１０^-6Ｓ／ｃｍであった。また、このイオン伝導体の水平方向についてのイオン伝導率は３．０×１０^-6Ｓ／ｃｍであり、垂直方向についてのイオン伝導率よりもやや低い値となった。

（実施例４）
合成例２により得た液晶化合物と、一般式（化３）においてＲ₃がペンチル基に相当する５ＯＣＢ（ワコーケミカル製）と、一般式（化３）においてＲ₃がヘプチル基に相当する７ＯＣＢと、末端にメトキシ基を有するオキシエチレン単位数が４であるエチレンオキシドオリゴマーに相当するテトラエチレングリコールジメチルエーテル（東京化成製）と、ＬｉＴＦＳｉ（キシダ化学製）とを、モル比で、３．８：４３．７：４３．７：３．８：５となるように混合した。

こうして得たイオン伝導体を用い、垂直方向イオン伝導率測定用セルを作製した。このとき、イオン伝導体は１００℃で溶解させた。このセルの室温での偏光顕微鏡観察により、オルソスコープ観察にて暗視野、コノスコープ観察にてアイソジャイヤが観察された。室温における垂直方向についての（即ち、電極間の）イオン伝導率は１．０×１０^-5Ｓ／ｃｍであり、実施例１〜３よりも高い値となった。

本発明のイオン伝導体は、不揮発性であって、実用面で重要となる電極間の伝導率が大きい。本発明のイオン伝導体は、リチウムイオン電池、燃料電池に代表される各種デバイスの材料として多大な利用価値を有する。

本発明の実施例で用いたイオン伝導率測定用セルの断面図である。 図１のセルに用いたスペーサーの平面図である。 本発明の実施例で用いた水平方向イオン伝導率測定用セルにおける櫛型電極を示す平面図である。 本発明の実施例で合成した液晶性化合物の構造式およびその合成スキームである。

符号の説明

１ 試料充填部
２ スペーサー
３ ＩＴＯ膜
４ ＩＴＯ膜付きガラス電極
１１ 櫛型電極
１２ 櫛部
１３ 測定領域

Claims (6)

1. 下記一般式（化１）により示される液晶性化合物。
   

   

   ただし、ｎは１から５の整数であり、Ｒ₁はＣＮ基またはＦであり、Ｒ₂は炭素数が５から１０のアルキル基またはアルキルオキシ基であり、Ｘは無しまたはＣＯＯ基であり、Ｙは炭素数が１から５のアルキル基である。
2. 請求項１に記載の液晶性化合物（Ａ）と、電解質とを含むイオン伝導体。
3. 前記液晶性化合物（Ａ）とは異なる液晶性化合物であってネマチック液晶相を示す液晶性化合物（Ｂ）をさらに含む請求項２に記載のイオン伝導体。
4. 前記液晶性化合物（Ｂ）が、下記一般式（化２）〜（化６）のいずれかにより示される請求項３に記載のイオン伝導体。
   

   

   

   

   

   

   ただし、Ｒ₂は炭素数が２から８の直鎖アルキル基であり、Ｒ₃〜Ｒ₆は炭素数が２から１０の直鎖アルキル基である。
5. 前記液晶性化合物（Ｂ）を２種以上含む請求項３または４に記載のイオン伝導体。
6. エチレンオキシドオリゴマーをさらに含む請求項２〜５のいずれか１項に記載のイオン伝導体。

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