JP2011228219A - Electrolyte for magnesium secondary battery - Google Patents

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幸太 北村
Mayu Kobayashi
真由 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for magnesium secondary battery suitable for manufacturing a magnesium secondary battery having a large discharge capacity (mAh/g) per unit mass and capable of substituting for a lithium secondary battery having a risk of firing or explosion.SOLUTION: A polymer electrolyte for magnesium secondary battery has a glass transition temperature of 150°C or above, ion-exchange capacity of 1-5 meq/g, an aromatic group, a sulfonic acid group and/or its metal salt. A magnesium secondary battery using it is also provided.

Description

本発明は、マグネシウム二次電池用電解質、及び該電解質を用いたマグネシウム二次電池に関するものである。   The present invention relates to an electrolyte for a magnesium secondary battery, and a magnesium secondary battery using the electrolyte.

近年、電子機器の小型化や高機能化、電気自動車の普及に伴い、リチウムを用いた二次電池が広く用いられている。しかしながら、リチウムは資源的に限られており、また発火や爆発の危険性があるなどの問題があった。   2. Description of the Related Art In recent years, secondary batteries using lithium have been widely used with downsizing and high functionality of electronic devices and the spread of electric vehicles. However, lithium is limited in terms of resources, and there are problems such as risk of ignition and explosion.

そこで、リチウムに代わる金属を用いた二次電池が検討されており、例えばマグネシウムやアルミニウムを用いた二次電池が安全性や高容量化の面で期待されている。中でもマグネシウムは地球で豊富に存在する元素であり、安価に、かつ安定的に入手できるとともに、単位体積あたりのエネルギー容量がリチウムよりも大きい。また、二次電池に用いた場合、マグネシウムはリチウムに比べて格段に安全性が高い。これらのことから、マグネシウム二次電池は、革新的な二次電池としての期待が大きい。   Therefore, a secondary battery using a metal instead of lithium has been studied. For example, a secondary battery using magnesium or aluminum is expected in terms of safety and high capacity. Among them, magnesium is an abundant element on the earth, and can be obtained inexpensively and stably, and has an energy capacity per unit volume larger than that of lithium. Moreover, when used for a secondary battery, magnesium is much safer than lithium. For these reasons, the magnesium secondary battery is highly expected as an innovative secondary battery.

しかしながら、マグネシウム二次電池は解決すべき技術課題がいまだ多い。例えば、マグネシウムイオンの極性が高く電解質内での拡散が遅いため、実際の性能が理論的に期待される性能にはるかに及ばないなどの問題がある。   However, magnesium secondary batteries still have many technical problems to be solved. For example, there is a problem that the actual performance is far from the theoretically expected performance because the polarity of magnesium ions is high and the diffusion in the electrolyte is slow.

このため、これまで、マグネシウム二次電池用の電解質が種々開示されている。例えば、特許文献1には、金属マグネシウムとハロゲン化炭化水素とハロゲン化アルミニウムと第四級アンモニウム塩とが、エーテル系有機溶媒中で加熱処理されて生成された電解液が開示されている。また、特許文献2には、マグネシウム塩を含む電解質と、所定の化学式で表されるトリフルオロメタンスルホン酸またはビストリフルオロメタンスルホニルイミドとからなる非水電解液が開示されている。   For this reason, various electrolytes for magnesium secondary batteries have been disclosed so far. For example, Patent Document 1 discloses an electrolytic solution produced by heat-treating metal magnesium, a halogenated hydrocarbon, an aluminum halide, and a quaternary ammonium salt in an ether organic solvent. Patent Document 2 discloses a nonaqueous electrolytic solution comprising an electrolyte containing a magnesium salt and trifluoromethanesulfonic acid or bistrifluoromethanesulfonylimide represented by a predetermined chemical formula.

特開2009−064730号公報JP 2009-064730 A 特開2007−280627号公報JP 2007-280627 A

本発明者らは、上記電解質に代わる新たなマグネシウム二次電池用電解質を提供して、単位質量当たりの放電容量(mAh/g)の大きいマグネシウム二次電池を製造することを課題として掲げた。   The inventors of the present invention provided a new electrolyte for a magnesium secondary battery in place of the above electrolyte and produced a magnesium secondary battery having a large discharge capacity (mAh / g) per unit mass.

上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討した結果、特定の高分子電解質を用いれば、安全性に優れるのみならず単位質量当たりの容量も大きいマグネシウム二次電池が得られることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies by the present inventors to solve the above problems, it was found that a magnesium secondary battery not only having excellent safety but also having a large capacity per unit mass can be obtained by using a specific polymer electrolyte. The present invention has been reached.

すなわち、上記課題を解決することができたマグネシウム二次電池用電解質は、ガラス転移温度が150℃以上であり、かつイオン交換容量が1〜5meq/gの高分子電解質を含むことを特徴とする。   That is, the magnesium secondary battery electrolyte that can solve the above-described problems includes a polymer electrolyte having a glass transition temperature of 150 ° C. or higher and an ion exchange capacity of 1 to 5 meq / g. .

本発明において、前記高分子電解質が、芳香族基と、スルホン酸基および/またはその金属塩とを有していることや、前記金属塩がマグネシウム塩であることが好ましい実施態様である。   In the present invention, it is preferable that the polymer electrolyte has an aromatic group, a sulfonic acid group and / or a metal salt thereof, or the metal salt is a magnesium salt.

本発明には、上記マグネシウム二次電池用電解質を用いたことを特徴とするマグネシウム二次電池も包含される。   The present invention also includes a magnesium secondary battery using the above magnesium secondary battery electrolyte.

本発明のマグネシウム二次電池用電解質を用いることにより、単位質量当たりの放電容量(mAh/g)の大きいマグネシウム二次電池を得ることができる。   By using the magnesium secondary battery electrolyte of the present invention, a magnesium secondary battery having a large discharge capacity (mAh / g) per unit mass can be obtained.

(高分子電解質の特性)
本発明にかかるマグネシウム二次電池用電解質は、ガラス転移温度が150℃以上であり、かつイオン交換容量が1〜5meq/gの高分子電解質を含むことを特徴とする。
(Polymer electrolyte characteristics)
The electrolyte for a magnesium secondary battery according to the present invention includes a polymer electrolyte having a glass transition temperature of 150 ° C. or higher and an ion exchange capacity of 1 to 5 meq / g.

高分子電解質のガラス転移温度が150℃未満であると、高温下での安全性が低下する場合がある。高分子電解質のガラス転移温度は200℃以上であることが好ましく、300℃以下であることが好ましい。   When the glass transition temperature of the polymer electrolyte is less than 150 ° C., safety at high temperatures may be lowered. The glass transition temperature of the polymer electrolyte is preferably 200 ° C. or higher, and preferably 300 ° C. or lower.

高分子電解質のイオン交換容量が1meq/g未満であると、マグネシウムイオンの輸送性が低下し、電池性能が低下する場合がある。イオン交換容量が5meq/gを超えると、当該高分子電解質を用いて膜とした際に形態保持性が乏しくなり、電池の製造が困難になる場合がある。高分子電解質のイオン交換容量は、1.5meq/g以上が好ましく、2.5meq/g以下が好ましい。   When the ion exchange capacity of the polymer electrolyte is less than 1 meq / g, the transportability of magnesium ions may be lowered, and the battery performance may be lowered. When the ion exchange capacity exceeds 5 meq / g, shape retention may be poor when the polymer electrolyte is used to form a membrane, which may make it difficult to manufacture a battery. The ion exchange capacity of the polymer electrolyte is preferably 1.5 meq / g or more, and preferably 2.5 meq / g or less.

(高分子電解質の構造)
本発明の高分子電解質は、上記特性を持つものであれば、その構造は特に限定されるものではないが、芳香族基と、スルホン酸基および/またはその金属塩(以下、これらを単に「イオン交換基」と称する場合がある)とを有していることが好ましい。このような高分子電解質としては、イオン交換基を有している芳香族炭化水素系ポリマーが挙げられる。
(Polymer electrolyte structure)
The structure of the polymer electrolyte of the present invention is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics. However, an aromatic group, a sulfonic acid group and / or a metal salt thereof (hereinafter simply referred to as “ It may preferably be referred to as an “ion exchange group”. Examples of such a polymer electrolyte include aromatic hydrocarbon polymers having an ion exchange group.

芳香族炭化水素系ポリマーとは、ポリマー主鎖に芳香族環を有し、この芳香族環が単結合、エーテル結合、スルホン結合、イミド結合、複素環結合、エステル結合、アミド結合、ウレタン結合、スルフィド結合、カーボネート結合、及びケトン結合から選択される少なくとも1種の結合基で結合された構造を有する、非フッ素系あるいは部分フッ素系のイオン伝導性ポリマーである。   An aromatic hydrocarbon polymer has an aromatic ring in the polymer main chain, and this aromatic ring is a single bond, an ether bond, a sulfone bond, an imide bond, a heterocyclic bond, an ester bond, an amide bond, a urethane bond, A non-fluorinated or partially fluorinated ion-conducting polymer having a structure bonded with at least one linking group selected from a sulfide bond, a carbonate bond, and a ketone bond.

かかる構造を有する芳香族炭化水素系ポリマーとしては、例えば、ポリ(p−フェニレン)、ポリ(m−フェニレン)などのポリアリーレン系ポリマー;ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン類(ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンスルホン)などのポリアリーレン(チオ)エーテル系ポリマー;ポリイミド、ポリフェニルキノキサリン、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズイミダゾール、芳香族ポリエステル、芳香族ポリアミド、芳香族ポリウレタン、芳香族ポリカーボネート、ポリアリールケトン等が挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbon polymer having such a structure include polyarylene polymers such as poly (p-phenylene) and poly (m-phenylene); polysulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene oxide, and polyether sulfone. Polyarylene (thio) ether polymers such as polyether ketones (polyether ketone, polyether ketone ketone, polyether ether ketone, polyether ether ketone ketone, polyether ketone ether ketone ketone, polyether ketone sulfone); polyimide , Polyphenylquinoxaline, polybenzoxazole, polybenzthiazole, polybenzimidazole, aromatic polyester, aromatic polyamide, aromatic polyureta , Aromatic polycarbonates, polyaryl ketone.

高分子電解質は、これらの芳香族炭化水素系ポリマーの1種で構成されても、2種以上を組み合わせて構成されてもよい。特に、芳香族炭化水素系ポリマーとしては、ポリ(p−フェニレン)、ポリ(m−フェニレン)などのポリアリーレン系ポリマー;ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン類などのポリアリーレン(チオ)エーテル系ポリマー;前記ポリアリーレン/前記ポリアリーレン(チオ)エーテル共重合系ポリマーであることが好ましく、芳香族基や脂肪族基からなる側鎖を有していてもよい。   The polymer electrolyte may be composed of one of these aromatic hydrocarbon polymers or a combination of two or more. In particular, aromatic hydrocarbon polymers include polyarylene polymers such as poly (p-phenylene) and poly (m-phenylene); polysulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene oxide, polyether sulfone, polyether ketone. A polyarylene (thio) ether-based polymer such as a polyarylene; preferably the polyarylene / polyarylene (thio) ether copolymer-based polymer, and may have a side chain composed of an aromatic group or an aliphatic group. Good.

本発明の高分子電解質は、上記芳香族炭化水素系ポリマーがスルホン酸基および/またはその金属塩を有して構成される。イオン交換基は、芳香族炭化水素系ポリマーのいずれの位置で保持されていてもよく、例えば、ポリマー主鎖を構成する芳香環上や、ポリマー側鎖を構成する芳香族基上や脂肪族基上にイオン交換基を有する態様が挙げられる。   The polymer electrolyte of the present invention is constituted by the aromatic hydrocarbon polymer having a sulfonic acid group and / or a metal salt thereof. The ion exchange group may be held at any position of the aromatic hydrocarbon polymer, for example, on the aromatic ring constituting the polymer main chain, on the aromatic group constituting the polymer side chain, or on the aliphatic group The aspect which has an ion exchange group on the top is mentioned.

本発明の芳香族炭化水素系ポリマーが有するスルホン基の金属塩としては、プロトン以外のカチオン塩が好ましい。かかるカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属イオンやモノアンモニウム塩など1価のカチオン;マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属イオンなどの2価のカチオンが挙げられるが、2価のカチオンが好ましく、中でもマグネシウムイオンが好ましい。   As the metal salt of the sulfone group possessed by the aromatic hydrocarbon polymer of the present invention, a cation salt other than proton is preferable. Examples of such cations include monovalent cations such as alkali metal ions such as lithium, sodium and potassium and monoammonium salts; divalent cations such as alkaline earth metal ions such as magnesium and calcium. Of these, magnesium ions are preferred.

スルホン基の金属塩は、これらのカチオン塩の群から選択される単一種の塩で構成されても、2種以上を組み合わせた複数種の塩で構成されてもよいが、複数種の塩で構成される場合には、少なくともマグネシウム塩が含まれることが好ましい。   The metal salt of the sulfone group may be composed of a single type of salt selected from the group of these cationic salts, or may be composed of a plurality of types of salts in combination of two or more types. When constituted, it is preferable that at least a magnesium salt is contained.

スルホン基の金属塩が、マグネシウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属イオンなどの多価のカチオンである場合には、かかる多価のカチオンは高分子電解質中の複数のスルホン酸基と塩を形成してもよい。また、高分子電解質中のスルホン酸基と、塩化物イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオンなどの遊離のイオンとの両方と塩を形成してもよい。   When the metal salt of the sulfone group is a polyvalent cation such as an alkaline earth metal ion such as magnesium or calcium, the polyvalent cation forms a salt with a plurality of sulfonic acid groups in the polymer electrolyte. May be. Moreover, you may form a salt with both the sulfonic acid group in a polymer electrolyte, and free ions, such as a chloride ion, a nitrate ion, and a perchlorate ion.

本発明の高分子電解質は、イオン交換基が全てスルホン酸基で構成されても、あるいは一部または全てがスルホン酸基の金属塩で構成されてもよい。   In the polymer electrolyte of the present invention, all the ion exchange groups may be composed of sulfonic acid groups, or part or all may be composed of metal salts of sulfonic acid groups.

本発明で用いる高分子電解質は、上記芳香族炭化水素系ポリマーのホモポリマーやランダム共重合体の他、セグメント化ブロック共重合体、長鎖あるいは短鎖の分岐を有する重合体(例えば、櫛型重合体など)、星型重合体などの高次構造に、イオン交換基が保持される態様であってもよい。中でも、芳香族炭化水素系ポリマーとしてセグメント化ブロック共重合体など、親水性部と疎水性部の相分離によって共連続構造を形成し得る共重合体を用いると、高分子電解質の耐久性やマグネシウムイオン伝導性が向上する点で好ましい。このようなセグメント化ブロック共重合体としては、イオン交換基を有する親水性セグメントと、イオン交換基を有さない疎水性セグメントとの共重合体が挙げられる。このようなセグメント化ブロック共重合体は、例えば、前記セグメントを構成するオリゴマーを、直接あるいは他の化合物を介して重合させることによって得ることができる。   The polymer electrolyte used in the present invention is not limited to the above-mentioned aromatic hydrocarbon polymer homopolymer or random copolymer, but also a segmented block copolymer, a polymer having a long-chain or short-chain branch (for example, a comb type). The ion exchange group may be held in a higher order structure such as a polymer or a star polymer. In particular, when a copolymer that can form a co-continuous structure by phase separation of a hydrophilic part and a hydrophobic part, such as a segmented block copolymer, is used as an aromatic hydrocarbon polymer, the durability of the polymer electrolyte and magnesium This is preferable in terms of improving ion conductivity. Examples of such a segmented block copolymer include a copolymer of a hydrophilic segment having an ion exchange group and a hydrophobic segment having no ion exchange group. Such a segmented block copolymer can be obtained, for example, by polymerizing an oligomer constituting the segment directly or via another compound.

高分子電解質の分子量は特に限定されるものではないが、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いてポリエチレングリコールを標準として測定される数平均分子量が10000〜500000の範囲であることが好ましい。10000未満では、高分子電解質を用いて高分子電解質膜を製造する際に、膜の物理的特性が低下する場合がある。分子量が大きくなるほど、機械的特性の面からは好ましいが、大き過ぎると、高分子電解質を用いて高分子電解質膜を製造する際に、高分子電解質の溶剤溶液の濃度を下げざるを得なくなり、溶剤の除去に問題が出る場合がある。   The molecular weight of the polymer electrolyte is not particularly limited, but it is preferable that the number average molecular weight measured by using gel permeation chromatography with polyethylene glycol as a standard is in the range of 10,000 to 500,000. If it is less than 10,000, when manufacturing a polymer electrolyte membrane using a polymer electrolyte, the physical properties of the membrane may deteriorate. The larger the molecular weight, the better from the viewpoint of mechanical properties, but if it is too large, when producing a polymer electrolyte membrane using a polymer electrolyte, the concentration of the solvent solution of the polymer electrolyte must be reduced, There may be problems with solvent removal.

高分子電解質の対数粘度は、0.1〜10.0dL/gの範囲であることが好ましく、0.3〜5.0dL/gの範囲であることがより好ましい。対数粘度が0.1dL/g未満であると、膜を形成することが困難になる場合がある。また、対数粘度が10.0dL/gを超えると、製膜用溶液の粘度が高くなりすぎたり、濃度が低くなりすぎたりして、製膜が困難になる場合がある。なお、対数粘度は後述する方法により30℃で測定した値とする。   The logarithmic viscosity of the polymer electrolyte is preferably in the range of 0.1 to 10.0 dL / g, and more preferably in the range of 0.3 to 5.0 dL / g. If the logarithmic viscosity is less than 0.1 dL / g, it may be difficult to form a film. On the other hand, if the logarithmic viscosity exceeds 10.0 dL / g, the viscosity of the film-forming solution may become too high or the concentration may become too low, making film formation difficult. The logarithmic viscosity is a value measured at 30 ° C. by the method described later.

(高分子電解質の製造方法)
本発明にかかる高分子電解質は、いずれの方法によって製造されてもよい。例えば、芳香族炭化水素系ポリマーにイオン交換基を導入する方法や、イオン交換基を有するモノマー成分を重合する方法などが挙げられる。
(Polymer electrolyte production method)
The polymer electrolyte according to the present invention may be produced by any method. Examples thereof include a method of introducing an ion exchange group into an aromatic hydrocarbon polymer, a method of polymerizing a monomer component having an ion exchange group, and the like.

芳香族炭化水素系ポリマーにイオン交換基を導入する方法のうち、特に芳香族炭化水素系ポリマーの芳香環上にイオン交換基を導入する方法としては、例えば、上記のような骨格を持つ芳香族炭化水素系ポリマーに対して、ポリマーに応じた反応条件を適宜選択しながら、適当なスルホン化剤を反応させて導入する方法が挙げられる。このようなスルホン化剤としては、例えば、芳香族炭化水素系ポリマーにスルホン酸基を導入する例として報告されている、濃硫酸や発煙硫酸(例えば、Solid State Ionics,106,P219(1998))、クロル硫酸(例えば、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,22,P295(1984))、無水硫酸錯体(例えば、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,22,P721(1984)、J.Polym.Sci.,Polym.Chem.,23,P1231(1985))、特許第2884189号公報に記載のスルホン化剤等が挙げられる。これらのスルホン化剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Among the methods for introducing ion exchange groups into an aromatic hydrocarbon polymer, in particular, as a method for introducing ion exchange groups onto the aromatic ring of an aromatic hydrocarbon polymer, for example, an aromatic having a skeleton as described above A method of introducing a suitable sulfonating agent by reacting with a hydrocarbon polymer while appropriately selecting reaction conditions depending on the polymer may be mentioned. As such a sulfonating agent, for example, concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid (for example, Solid State Ionics, 106, P219 (1998)) reported as an example of introducing a sulfonic acid group into an aromatic hydrocarbon polymer. , Chlorosulfuric acid (for example, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 22, P295 (1984)), sulfuric anhydride complex (for example, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 22, P721 (1984)). , J. Polym. Sci., Polym. Chem., 23, P1231 (1985)), and sulfonating agents described in Japanese Patent No. 2884189. These sulfonating agents may be used alone or in combination of two or more.

また、イオン交換基を有するモノマー成分を重合して、イオン交換基を有する芳香族炭化水素系ポリマーを得る方法としては、例えば、イオン交換基を有する芳香族ジアミンを含むジアミンと、芳香族テトラカルボン酸二無水物とを重合して、イオン交換基含有ポリイミドを得る方法;イオン交換基を有する芳香族ジカルボン酸を含むジカルボン酸と、芳香族ジアミンジオールや芳香族ジアミンジチオールや芳香族テトラミンとを重合して、イオン交換基含有ポリベンズオキサゾールやイオン交換基含有ポリベンズチアゾールやイオン交換基含有ポリベンズイミダゾールを得る方法;芳香族ジハライドと芳香族ジオールとを重合してポリスルホンやポリエーテルスルホンやポリエーテルケトンを得るにあたり、イオン交換基を有する芳香族ジハライドやイオン交換基を有する芳香族ジオールを用いる方法等が挙げられる。なお、イオン交換基を有する芳香族ジオールを用いるよりも、イオン交換基を有する芳香族ジハライドを用いる方が、重合度が高くなり易く、また、イオン交換基を有する芳香族炭化水素系ポリマーの熱安定性が高くなるので好ましい。   Examples of a method for polymerizing a monomer component having an ion exchange group to obtain an aromatic hydrocarbon polymer having an ion exchange group include, for example, a diamine containing an aromatic diamine having an ion exchange group and an aromatic tetracarboxylic acid. A method of polymerizing an acid dianhydride to obtain an ion exchange group-containing polyimide; polymerizing a dicarboxylic acid containing an aromatic dicarboxylic acid having an ion exchange group, and an aromatic diamine diol, an aromatic diamine dithiol, or an aromatic tetramine To obtain ion-exchange group-containing polybenzoxazole, ion-exchange-group-containing polybenzthiazole, or ion-exchange-group-containing polybenzimidazole; polysulfone, polyethersulfone, or polyether by polymerizing aromatic dihalide and aromatic diol In obtaining ketones, aromatic dimers having ion exchange groups A method using an aromatic diol having rides and ion-exchange groups. The use of aromatic dihalides having ion exchange groups tends to increase the degree of polymerization more easily than the use of aromatic diols having ion exchange groups, and the heat of aromatic hydrocarbon polymers having ion exchange groups. It is preferable because stability is increased.

高分子電解質が有するイオン交換基がスルホン酸基である場合、当該スルホン酸基を金属塩に変換する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、カチオンを含む水溶液に高分子電解質を浸漬する方法が挙げられる。また、高分子電解質が有するイオン交換基がスルホン酸基の金属塩で、当該金属塩を他の金属塩に変換する場合、当該金属塩を変換する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、いったん高分子電解質を強酸で処理してスルホン酸基にした後、他のカチオンを含む水溶液に浸漬するなどして、スルホン酸基と他の金属イオン化合物とを反応させる方法が挙げられる。   When the ion exchange group of the polymer electrolyte is a sulfonic acid group, the method for converting the sulfonic acid group into a metal salt is not particularly limited. For example, the polymer electrolyte is added to an aqueous solution containing a cation. The method of immersing is mentioned. Further, when the ion exchange group of the polymer electrolyte is a metal salt of a sulfonic acid group and the metal salt is converted to another metal salt, the method for converting the metal salt is not particularly limited. For example, the polymer electrolyte is once treated with a strong acid to form a sulfonic acid group, and then immersed in an aqueous solution containing other cations to react the sulfonic acid group with another metal ion compound. .

以上、本発明で用いる高分子電解質、及びその製造方法について、その概略を説明した。以下において、当該電解質、及びその製造方法の特に好ましい態様を、より具体的に説明する。   The outline of the polymer electrolyte used in the present invention and the production method thereof have been described above. In the following, particularly preferred embodiments of the electrolyte and the production method thereof will be described more specifically.

(高分子電解質の好適例)
本発明の高分子電解質は、一般式1で表される繰り返し単位を有する、イオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーであることが特に好ましい。
(Preferred examples of polymer electrolyte)
The polymer electrolyte of the present invention is particularly preferably an ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer having a repeating unit represented by the general formula 1.

[一般式1において、Xは−S(=O)2−基又は−C(=O)−基を、YはH又は金属イオンを、Z1はO又はS原子のいずれかを、Z2は、O原子、S原子、−CH2−基、−C(CH32−基、−C(CF32−基、−S(=O)2−基、−C(=O)−基、シクロヘキシレン基、直接結合のいずれかを、Rは炭素数1〜4のアルキル基を、n1は1以上の整数を、n3は0〜4の整数をそれぞれ表す。] [In General Formula 1, X represents a —S (═O) 2 — group or —C (═O) — group, Y represents H or a metal ion, Z 1 represents either an O or S atom, Z 2 is, O atom, S atom, -CH 2 - group, -C (CH 3) 2 - group, -C (CF 3) 2 - group, -S (= O) 2 - group, -C (= O) -A group, a cyclohexylene group, or a direct bond, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, n1 represents an integer of 1 or more, and n3 represents an integer of 0 to 4, respectively. ]

一般式1中、Xが−S(=O)2−基であると、高分子電解質の溶剤への溶解性が向上する。Xが−C(=O)−基であると、高分子電解質の軟化温度を下げて電極との接合性をさらに高めたり、高分子電解質に光架橋性を付与したりすることができる。YはH原子、またはマグネシウムなどのアルカリ土類金属であることが好ましい。YがH原子であると、高分子電解質膜の製造過程の熱などによって分解し易くなるため、電解質膜の製造などの成形加工時にはYをナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属塩としておき、加工後に酸処理によってYをH原子に変換したり、さらにマグネシウムイオン化合物を作用させることによってYをマグネシウムにすることが好ましい。Z1はO原子であるとポリマーの着色が少なかったり、原料を入手し易いなどの利点がある。Z1がS原子であると高分子電解質の耐酸化性が向上する。Z2がO原子やS原子であると高分子電解質と電極との接合性がより改良される。Z2が直接結合である場合は、高分子電解質膜の寸法安定性が改良される。Z2がスルホン基やカルボニル基であると高分子電解質の耐久性が改良される。n1は1〜30の範囲にあることが好ましい。n1が2以上の場合には、Z2はそれぞれ異なる結合基で構成されてもよい。n1が3以上で、かつZ2がO原子の場合は、高分子電解質膜と電極との接合性が特に向上する。n3が0であると高分子量のポリマーを得やすい。n3が1〜2であると、高分子電解質の耐久性が向上する。 In General Formula 1, when X is a —S (═O) 2 — group, the solubility of the polymer electrolyte in the solvent is improved. When X is a —C (═O) — group, the softening temperature of the polymer electrolyte can be lowered to further enhance the bonding property with the electrode, or photocrosslinking property can be imparted to the polymer electrolyte. Y is preferably an H atom or an alkaline earth metal such as magnesium. If Y is an H atom, it is easily decomposed by heat in the production process of the polymer electrolyte membrane. Therefore, Y is formed as an alkali metal salt such as sodium or potassium at the time of molding such as production of the electrolyte membrane. It is preferable to convert Y into H atoms by treatment, or to make Y into magnesium by further acting a magnesium ion compound. When Z 1 is an O atom, there are advantages such as little coloring of the polymer and easy availability of raw materials. When Z 1 is an S atom, the oxidation resistance of the polymer electrolyte is improved. When Z 2 is an O atom or an S atom, the bondability between the polymer electrolyte and the electrode is further improved. When Z 2 is a direct bond, the dimensional stability of the polymer electrolyte membrane is improved. When Z 2 is a sulfone group or a carbonyl group, the durability of the polymer electrolyte is improved. n1 is preferably in the range of 1-30. When n1 is 2 or more, Z 2 may be composed of different bonding groups. In n1 is 3 or more, and Z 2 is the case of the O atoms, bonding between the polymer electrolyte membrane and the electrode is particularly enhanced. When n3 is 0, it is easy to obtain a high molecular weight polymer. When n3 is 1 to 2, the durability of the polymer electrolyte is improved.

本発明の高分子電解質は、一般式1で表される繰り返し単位と共に、さらに一般式2で表される繰り返し単位を含有しているイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーであることが好ましい。かかる芳香族炭化水素系ポリマーは適切な軟化温度を有し、高分子電解質膜としたときに電極(触媒層)と良好に接合する。   The polymer electrolyte of the present invention is preferably an ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer containing a repeating unit represented by the general formula 1 and a repeating unit represented by the general formula 2. Such an aromatic hydrocarbon-based polymer has an appropriate softening temperature, and is well bonded to an electrode (catalyst layer) when a polymer electrolyte membrane is formed.

[一般式2において、Ar1は二価の芳香族基を、Z3はO原子又はS原子のいずれかを、Z4は、O原子、S原子、−CH2−基、−C(CH32−基、−C(CF32−基、−S(=O)2−基、−C(=O)−基、シクロヘキシレン基、直接結合のいずれかを、Rは炭素数1〜4のアルキル基を、n2は1以上の整数を、n3は0〜4の整数を、それぞれ表す。] [In General Formula 2, Ar 1 represents a divalent aromatic group, Z 3 represents either an O atom or an S atom, Z 4 represents an O atom, an S atom, a —CH 2 — group, —C (CH 3) 2 - group, -C (CF 3) 2 - group, -S (= O) 2 - group, -C (= O) - group, cyclohexylene group, either a direct bond, R is the number of carbon atoms 1 to 4 alkyl groups, n2 represents an integer of 1 or more, and n3 represents an integer of 0 to 4, respectively. ]

一般式2中、Z3がO原子であるとポリマーの着色が少なかったり、原料が入手し易いなどの利点がある。Z3がS原子であると高分子電解質の耐酸化性が向上する。Z4がO原子、S原子であると高分子電解質の接合性がより改良される。Z4が直接結合であると、高分子電解質膜の寸法安定性が改良される。Z4がスルホン基やカルボニル基であると高分子電解質の耐久性が改良される。n2は1〜30の範囲にあることが好ましく、n2が2以上の場合には、Z4はそれぞれ異なる結合基で構成されてもよい。n2が3以上で、かつZ4がO原子の場合は、高分子電解質膜と電極との接合性が特に向上する。n3が0であると高分子ポリマーが得られやすい。n3が1〜2であると、耐久性が向上する。 In the general formula 2, when Z 3 is an O atom, there are advantages such that the coloring of the polymer is small and the raw materials are easily available. When Z 3 is an S atom, the oxidation resistance of the polymer electrolyte is improved. When Z 4 is an O atom or an S atom, the bondability of the polymer electrolyte is further improved. When Z 4 is a direct bond, the dimensional stability of the polymer electrolyte membrane is improved. When Z 4 is a sulfone group or a carbonyl group, the durability of the polymer electrolyte is improved. n2 is preferably in the range of 1 to 30, and when n2 is 2 or more, Z 4 may be composed of different linking groups. When n2 is 3 or more and Z 4 is an O atom, the bondability between the polymer electrolyte membrane and the electrode is particularly improved. When n3 is 0, a polymer is easily obtained. When n3 is 1 to 2, durability is improved.

一般式2におけるAr1は、電子吸引性基を有する二価の芳香族基であることが好ましい。電子吸引性基としては、公知の電子吸引性基であればよく、特に限定されない。例えば、スルホン基、スルホニル基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホン酸アミド基、スルホン酸イミド基などのスルホ基及びその誘導体;カルボキシル基、カルボン酸エステル基などのカルボキシル基及びその誘導体;カルボニル基;シアノ基;ハロゲン基;トリフルオロメチル基などのパーフルオロアルキル基;ニトロ基;ホスフィン基などが挙げられる。これらの電子吸引性基は、単独で用いられても、2種以上を組み合わせて用いられてもよい。 Ar 1 in the general formula 2 is preferably a divalent aromatic group having an electron-withdrawing group. The electron-withdrawing group may be a known electron-withdrawing group, and is not particularly limited. For example, sulfo group such as sulfone group, sulfonyl group, sulfonic acid group, sulfonic acid ester group, sulfonic acid amide group, sulfonic acid imide group and derivatives thereof; carboxyl group such as carboxyl group and carboxylic acid ester group and derivatives thereof; carbonyl A cyano group; a halogen group; a perfluoroalkyl group such as a trifluoromethyl group; a nitro group; a phosphine group. These electron withdrawing groups may be used alone or in combination of two or more.

Ar1は、一般式3〜6で表されるのが好ましい。一般式3の場合には、ポリマーの溶解性を高めることができる。一般式4の場合には、ポリマーの軟化温度を下げて電極との接合性を高めたり、光架橋性を付与したりできる。一般式5や6の場合には、ポリマーの膨潤を少なくできる。かかる効果は一般式6の方が大きい。一般式3〜6の中でも一般式6が最も好ましい。 Ar 1 is preferably represented by General Formulas 3 to 6. In the case of general formula 3, the solubility of the polymer can be increased. In the case of the general formula 4, the softening temperature of the polymer can be lowered to enhance the bonding property with the electrode, or the photocrosslinking property can be imparted. In the case of the general formulas 5 and 6, the swelling of the polymer can be reduced. Such an effect is larger in the general formula 6. Of the general formulas 3 to 6, the general formula 6 is most preferable.

本発明で用いる高分子電解質は、一般式1で表される繰り返し単位に、さらに一般式2で表される繰り返し単位を含有するとともに、一般式1におけるZ1及びZ2がいずれもO原子であり、かつn1が3以上であるイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーを用いて構成されることがさらに好ましい。このような芳香族炭化水素系ポリマーを用いて得られる高分子電解質膜は、電極との接合性が特に向上する。 The polymer electrolyte used in the present invention contains a repeating unit represented by the general formula 1 in addition to a repeating unit represented by the general formula 2, and both Z 1 and Z 2 in the general formula 1 are O atoms. More preferably, it is configured using an ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer in which n1 is 3 or more. The polymer electrolyte membrane obtained using such an aromatic hydrocarbon-based polymer has particularly improved bondability with the electrode.

また、一般式2におけるZ3及びZ4がいずれもO原子であり、かつ、n2が3以上であることがさらに好ましい。このような芳香族炭化水素系ポリマーを用いて得られる高分子電解質膜は、電極との接合性がより一層向上する。 Moreover, it is more preferable that both Z 3 and Z 4 in the general formula 2 are O atoms, and n2 is 3 or more. The polymer electrolyte membrane obtained by using such an aromatic hydrocarbon polymer further improves the bondability with the electrode.

本発明の高分子電解質が、主として一般式1で表される繰り返し単位と一般式2で表される繰り返し単位とからなるイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーである場合には、各繰り返し単位のモル比は、7:93〜70:30の範囲であることが好ましい。モル比が7:93とは、一般式1で表される繰り返し単位のモル数を7としたとき、一般式2で表される繰り返し単位のモル数が93であることを表す。70:30のモル比よりも一般式1で表される繰り返し単位が多くなると、高分子電解質膜としたときの形態保持性が低下する場合があり好ましくない。7:93のモル比よりも一般式1で表される繰り返し単位が少なくなると、高分子電解質膜としたときのマグネシウムイオン伝導性が低下して抵抗が増大するため好ましくない。上記モル比は、10:90〜50:50の範囲がより好ましく、10:90〜40:60の範囲がさらに好ましい。   When the polymer electrolyte of the present invention is an ion exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer mainly composed of a repeating unit represented by the general formula 1 and a repeating unit represented by the general formula 2, each repeating unit Is preferably in the range of 7:93 to 70:30. The molar ratio of 7:93 means that when the number of moles of the repeating unit represented by the general formula 1 is 7, the number of moles of the repeating unit represented by the general formula 2 is 93. When the number of repeating units represented by the general formula 1 is larger than the molar ratio of 70:30, the shape retention when the polymer electrolyte membrane is formed may be unfavorable. If the repeating unit represented by the general formula 1 is less than the molar ratio of 7:93, it is not preferable because the magnesium ion conductivity is lowered and the resistance is increased when the polymer electrolyte membrane is formed. The molar ratio is more preferably in the range of 10:90 to 50:50, and still more preferably in the range of 10:90 to 40:60.

本発明の高分子電解質は、一般式1及び一般式2に加えて、さらに一般式7で表される繰り返し単位を含有しているイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーであることがさらに好ましい。かかる芳香族炭化水素系ポリマーを用いることにより、高分子電解質膜としたときの膜の形態安定性を高めることができる。   The polymer electrolyte of the present invention is more preferably an ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer containing a repeating unit represented by general formula 7 in addition to general formula 1 and general formula 2. . By using such an aromatic hydrocarbon polymer, it is possible to improve the form stability of the membrane when it is used as a polymer electrolyte membrane.

[一般式7において、Xは−S(=O)2−基又は−C(=O)−基を、YはH又は1価の陽イオンを、Z5はO原子又はS原子のいずれかを表す。] [In General Formula 7, X represents a —S (═O) 2 — group or —C (═O) — group, Y represents H or a monovalent cation, and Z 5 represents either an O atom or an S atom. Represents. ]

一般式7中、X、Y、及びZ5が上記態様であることが好ましい理由は、一般式1中、X、Y、及びZ1でそれぞれ説明した理由と同様である。 The reason why it is preferable that X, Y, and Z 5 in the general formula 7 are the above-described embodiments is the same as the reason described for X, Y, and Z 1 in the general formula 1 , respectively.

かかる芳香族炭化水素系ポリマーは、一般式1における、Z1及びZ2がO原子又はS原子であり、かつ、n1が1であると、高分子電解質膜と電極との接合性、及び膜の形態安定性がより良好になるので好ましい。また、一般式2における、Z3及びZ4がO原子又はS原子であり、かつ、n2が1であると、高分子電解質膜と電極との接合性、及び膜の形態安定性がさらに良好になるので好ましい。 Such an aromatic hydrocarbon-based polymer has a bonding property between a polymer electrolyte membrane and an electrode, and a membrane when Z 1 and Z 2 in formula 1 are O atoms or S atoms and n1 is 1. This is preferable because the morphological stability becomes better. Further, when Z 3 and Z 4 in the general formula 2 are O atoms or S atoms and n2 is 1, the bondability between the polymer electrolyte membrane and the electrode and the morphological stability of the membrane are further improved. This is preferable.

本発明の高分子電解質は、一般式1、2、及び7で表される繰り返し単位に加えて、さらに一般式8で表される繰り返し単位を含有しているイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーであることがさらに好ましい。かかる芳香族炭化水素系ポリマーを用いることにより、高分子電解質膜と電極との接合性、及び膜の形態安定性を大きく向上させることができる。   In addition to the repeating units represented by the general formulas 1, 2, and 7, the polymer electrolyte of the present invention further contains an ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon system containing a repeating unit represented by the general formula 8. More preferably, it is a polymer. By using such an aromatic hydrocarbon polymer, the bondability between the polymer electrolyte membrane and the electrode and the morphological stability of the membrane can be greatly improved.

[一般式8において、Ar2は2価の芳香族基を、Z6はO原子又はS原子のいずれかを表す。] [In General Formula 8, Ar 2 represents a divalent aromatic group, and Z 6 represents either an O atom or an S atom. ]

一般式8中、Z6が上記態様であることが好ましい理由、及びAr2の好ましい具体的態様については、一般式2中、Z3及びAr1でそれぞれ説明した理由と同様である。 In General Formula 8, it is preferable that Z 6 is the above-described aspect, and a preferable specific aspect of Ar 2 is the same as the reason described for Z 3 and Ar 1 in General Formula 2, respectively.

本発明の高分子電解質が、一般式1、2、7、及び8で表される繰り返し単位を全て有するイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーである場合には、それぞれの繰り返し単位のモル%、及びその他の繰り返し単位のモル%が下記数式1〜3を満たすことが好ましい。
0.9≦(n3+n4+n5+n6)/(n3+n4+n5+n6+n7)
≦1.0 (数式1)
0.05≦(n3+n4)/(n3+n4+n5+n6)
≦0.7 (数式2)
0.01≦(n4+n6)/(n3+n4+n5+n6)
≦0.95 (数式3)
When the polymer electrolyte of the present invention is an ion exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer having all the repeating units represented by the general formulas 1, 2, 7, and 8, mol% of the respective repeating units. , And the mol% of other repeating units preferably satisfy the following formulas 1 to 3.
0.9 ≦ (n3 + n4 + n5 + n6) / (n3 + n4 + n5 + n6 + n7)
≦ 1.0 (Formula 1)
0.05 ≦ (n3 + n4) / (n3 + n4 + n5 + n6)
≦ 0.7 (Formula 2)
0.01 ≦ (n4 + n6) / (n3 + n4 + n5 + n6)
≦ 0.95 (Formula 3)

(上記数式中、n3は一般式7で表される繰り返し単位のモル%を、n4は一般式1で表される繰り返し単位のモル%を、n5は一般式8で表される繰り返し単位のモル%を、n6は一般式2で表される繰り返し単位のモル%を、n7はその他の繰り返し単位のモル%を、それぞれ表す。) (In the above formula, n3 is the mol% of the repeating unit represented by the general formula 7, n4 is the mol% of the repeating unit represented by the general formula 1, and n5 is the mol of the repeating unit represented by the general formula 8. %, N6 represents the mol% of the repeating unit represented by the general formula 2, and n7 represents the mol% of the other repeating unit.)

(n3+n4+n5+n6)/(n3+n4+n5+n6+n7)が0.9よりも小さいと、高分子電解質膜としたときに良好な特性が得られない場合がある。より好ましいのは0.95〜1.0の範囲である。   If (n3 + n4 + n5 + n6) / (n3 + n4 + n5 + n6 + n7) is smaller than 0.9, good characteristics may not be obtained when a polymer electrolyte membrane is obtained. More preferred is a range of 0.95 to 1.0.

(n3+n4)/(n3+n4+n5+n6)が0.05よりも小さくなると、高分子電解質膜としたときに十分なマグネシウムイオン伝導性が得られない場合がある。また、0.7よりも大きいと高分子電解質膜としたときの膨潤性が著しく大きくなる場合がある。   If (n3 + n4) / (n3 + n4 + n5 + n6) is smaller than 0.05, sufficient magnesium ion conductivity may not be obtained when a polymer electrolyte membrane is obtained. On the other hand, if it is greater than 0.7, the swellability of the polymer electrolyte membrane may be remarkably increased.

(n3+n4)/(n3+n4+n5+n6)は0.07〜0.5の範囲であることが好ましく、0.1〜0.4の範囲であることがより好ましい。   (N3 + n4) / (n3 + n4 + n5 + n6) is preferably in the range of 0.07 to 0.5, and more preferably in the range of 0.1 to 0.4.

(n4+n6)/(n3+n4+n5+n6)が0.01よりも小さいと、高分子電解質膜と電極との接合性が低下する場合がある。0.95よりも大きいと、高分子電解質膜の膨潤性が大きくなりすぎる場合がある。0.05〜0.8の範囲がより好ましく、0.4〜0.8の範囲がさらに好ましい。   When (n4 + n6) / (n3 + n4 + n5 + n6) is smaller than 0.01, the bondability between the polymer electrolyte membrane and the electrode may be lowered. When it is larger than 0.95, the swelling property of the polymer electrolyte membrane may become too large. The range of 0.05-0.8 is more preferable, and the range of 0.4-0.8 is more preferable.

なお、上記芳香族炭化水素系ポリマーにおいて、上記各一般式で表される各繰り返し単位の結合様式は特に限定されるものではなく、ランダム結合、交互結合、連続したブロック構造での結合などが挙げられる。芳香族炭化水素系ポリマーは、単一の結合様式で構成されても、2種以上の結合様式の組み合わせで構成されてもよい。   In the aromatic hydrocarbon polymer, the bonding mode of each repeating unit represented by each general formula is not particularly limited, and examples thereof include random bonding, alternating bonding, and bonding in a continuous block structure. It is done. The aromatic hydrocarbon-based polymer may be composed of a single bonding mode or a combination of two or more bonding modes.

(高分子電解質の製造方法の好適例)
上記一般式1等で表される繰り返し単位を有するイオン交換基含有芳香族炭化水素系ポリマーは、下記一般式9〜11で表されるモノマー(例えば、(活性化)ジハロゲン芳香族化合物、芳香族ジオール類、芳香族ジチオール類、ジニトロ芳香族化合物など)を用いて、公知の方法(例えば、塩基性化合物の存在下、公知の芳香族求核置換反応による重合反応)で製造することができる。また、一般式12で表されるモノマーをさらに用いると、膜の形態安定性など物理的な特性が向上するため好ましい。
(Preferred example of production method of polymer electrolyte)
The ion-exchange group-containing aromatic hydrocarbon polymer having a repeating unit represented by the above general formula 1 or the like is a monomer represented by the following general formulas 9 to 11 (for example, (activated) dihalogen aromatic compound, aromatic Diols, aromatic dithiols, dinitroaromatic compounds, etc.) can be produced by a known method (for example, a polymerization reaction by a known aromatic nucleophilic substitution reaction in the presence of a basic compound). Further, it is preferable to further use a monomer represented by the general formula 12 because physical properties such as film form stability are improved.

一般式9〜12において、Z7及びZ10は、それぞれ独立してCl原子、F原子、I原子、Br原子、ニトロ基のいずれかを、Z8及びZ11は、それぞれ独立してOH基、SH基、−O−NH−C(=O)−R基、−S−NH−C(=O)−R基のいずれかを表す。Rは芳香族又は脂肪族の炭化水素基を表す。なお、X、Y、Z2、n1、及びAr1は、上記X、Y、Z2、n1、及びAr1とそれぞれ同じである。 In the general formulas 9 to 12, Z 7 and Z 10 are each independently any one of Cl atom, F atom, I atom, Br atom and nitro group, and Z 8 and Z 11 are each independently OH group. , SH group, -O-NH-C (= O) -R group, -S-NH-C (= O) -R group. R represents an aromatic or aliphatic hydrocarbon group. X, Y, Z 2 , n1, and Ar 1 are the same as X, Y, Z 2 , n1, and Ar 1 , respectively.

一般式9で表されるモノマーの具体例としては、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホ−4,4’−ジフルオロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホブチル−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホブチル−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホブチル−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホブチル−4,4’−ジフルオロジフェニルケトン等のジハロゲン芳香族化合物、及びこれらのスルホン酸基がカチオンと塩を形成しているものが挙げられる。カチオンの具体例については上述の通りである。   Specific examples of the monomer represented by the general formula 9 include 3,3′-disulfo-4,4′-dichlorodiphenyl sulfone, 3,3′-disulfo-4,4′-difluorodiphenyl sulfone, 3,3 ′. -Disulfo-4,4'-dichlorodiphenyl ketone, 3,3'-disulfo-4,4'-difluorodiphenyl ketone, 3,3'-disulfobutyl-4,4'-dichlorodiphenyl sulfone, 3,3'-disulfobutyl Dihalogen aromatic compounds such as -4,4'-difluorodiphenyl sulfone, 3,3'-disulfobutyl-4,4'-dichlorodiphenyl ketone, 3,3'-disulfobutyl-4,4'-difluorodiphenyl ketone, and these In which the sulfonic acid group forms a salt with a cation. Specific examples of the cation are as described above.

一般式9で表されるモノマーのうち、スルホン酸基が塩になっている化合物の例としては、3,3’−ジスルホン酸ナトリウム−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホン酸ナトリウム−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホン酸ナトリウム−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホン酸ナトリウム−4,4’−ジフルオロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホン酸カリウム−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホン酸カリウム−4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、3,3’−ジスルホン酸カリウム−4,4’−ジクロロジフェニルケトン、3,3’−ジスルホン酸カリウム−4,4’−ジフルオロジフェニルケトンなどが挙げられる。   Examples of the compound represented by the general formula 9 in which the sulfonic acid group is a salt include sodium 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 3,3′-disulfone Sodium salt-4,4′-difluorodiphenylsulfone, sodium 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylketone, sodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenylketone, 3, 3′-potassium disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylsulfone, 3,3′-potassium disulfonate-4,4′-difluorodiphenylsulfone, 3,3′-potassium disulfonate-4,4′-dichlorodiphenyl Examples thereof include ketones and potassium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorodiphenyl ketone.

一般式10で表されるモノマーの具体例としては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド(4,4’−チオビスフェノール)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン(ビスフェノールS)、末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマー(下記一般式13で表される構造のもの)などの芳香族ジオール類;4,4’−チオビスベンゼンチオール、4,4’−オキシビスベンゼンチオールなどの芳香族ジチオール類などが挙げられ、特に、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、末端ヒドロキシル基含有フェニレンエーテルオリゴマー、4,4’−チオビスベンゼンチオールが好ましい。   Specific examples of the monomer represented by the general formula 10 include 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2- Bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, bis (4-hydroxyphenyl) methane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, bis (4-hydroxyphenyl) sulfide (4,4 ′ -Thiobisphenol), 4,4'-dihydroxydiphenyl ether, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 4,4'-dihydroxydiphenylsulfone (bisphenol S), terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer (the following general formula Aromatic diols such as those having a structure represented by 13; 4 Examples include aromatic dithiols such as 4′-thiobisbenzenethiol and 4,4′-oxybisbenzenethiol, and in particular, bis (4-hydroxyphenyl) sulfide and 1,1-bis (4-hydroxyphenyl). Cyclohexane, terminal hydroxyl group-containing phenylene ether oligomer, and 4,4′-thiobisbenzenethiol are preferred.

[一般式13において、nは1以上の整数であり、nが異なる複数種の成分を混合したものでもよい。] [In General Formula 13, n is an integer of 1 or more, and a mixture of plural kinds of components with different n may be used. ]

一般式10で表されるモノマーは、高分子電解質膜の柔軟性を高め、変形に対する破壊の防止や、ガラス転移温度の低下による電極との接合性向上などの効果をもたらす。   The monomer represented by the general formula 10 increases the flexibility of the polymer electrolyte membrane, and brings about effects such as prevention of breakage against deformation and improvement in bondability with an electrode due to a decrease in glass transition temperature.

一般式11で表されるモノマーとしては、同一芳香環にハロゲン、ニトロ基などの求核置換反応における脱離基と、それを活性化する電子吸引性基とを有するモノマーが挙げられる。具体的に、2,6−ジクロロベンゾニトリル、2,4−ジクロロベンゾニトリル、2,6−ジフルオロベンゾニトリル、2,4−ジフルオロベンゾニトリル、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、デカフルオロビフェニル等の活性化ジハロゲン芳香族化合物が挙げられるがこれらに制限されることはない。また、芳香族求核置換反応に活性のある他の芳香族ジハロゲン化合物、芳香族ジニトロ化合物、芳香族ジシアノ化合物なども使用できる。   Examples of the monomer represented by the general formula 11 include monomers having a leaving group in a nucleophilic substitution reaction such as halogen or nitro group and an electron-withdrawing group that activates the same aromatic ring. Specifically, 2,6-dichlorobenzonitrile, 2,4-dichlorobenzonitrile, 2,6-difluorobenzonitrile, 2,4-difluorobenzonitrile, 4,4′-dichlorodiphenyl sulfone, 4,4′- Examples include, but are not limited to, activated dihalogen aromatic compounds such as difluorodiphenyl sulfone, 4,4′-difluorobenzophenone, 4,4′-dichlorobenzophenone, and decafluorobiphenyl. In addition, other aromatic dihalogen compounds, aromatic dinitro compounds, aromatic dicyano compounds and the like that are active in aromatic nucleophilic substitution can also be used.

一般式12で表されるモノマーの例としては、4,4’−ビフェノール、4、4’−ジメルカプトビフェノール、3,3’,5,5’−テトラメチル−4−ヒドロキシビフェニル、3,3’−ジメチル−4−ヒドロキシビフェニルなどの芳香族ジオール類が挙げられ、特に4,4’−ビフェノールが好ましい。   Examples of the monomer represented by the general formula 12 include 4,4′-biphenol, 4,4′-dimercaptobiphenol, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4-hydroxybiphenyl, 3,3 Examples include aromatic diols such as' -dimethyl-4-hydroxybiphenyl, and 4,4'-biphenol is particularly preferable.

本発明では、一般式9〜12で表されるモノマーとともに他の各種活性化ジハロゲン芳香族化合物、ジニトロ芳香族化合物、ビスフェノール化合物、ビスチオフェノール化合物をモノマーとして併用することもできる。かかるビスフェノール化合物又はビスチオフェノール化合物としては、例えば、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ハイドロキノン、レゾルシン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、1,4−ベンゼンジチオール、1,3−ベンゼンジチオール、フェノールフタレイン、10−(2,5−ジヒドロキシフェニル)−9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−フォスファフェナンスレン−10−オキサイド等が挙げられる。この他、芳香族求核置換反応によるポリアリーレンエーテル系化合物の重合に用いることができる各種芳香族ジオール又は各種芳香族ジチオールを用いてもよい。   In the present invention, other various activated dihalogen aromatic compounds, dinitro aromatic compounds, bisphenol compounds, and bisthiophenol compounds can be used in combination with the monomers represented by the general formulas 9 to 12 as monomers. Examples of the bisphenol compound or bisthiophenol compound include 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 9,9-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) fluorene, and bis (4-hydroxyphenyl). Sulfone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane, 3,3-bis (4-hydroxyphenyl) pentane, 2,2-bis (4-hydroxy) -3,5-dimethylphenyl) propane, bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxy-2,5-dimethylphenyl) methane, bis (4-hydroxyphenyl) phenylmethane, Hydroquinone, resorcin, bis (4-hydroxyphenyl) ketone, 1,4-ben Njichioru, 1,3 benzenedithiol, phenolphthalein, 10- (2,5-dihydroxyphenyl) -9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphatonin phenanthrene-10-oxide, and the like. In addition, various aromatic diols or various aromatic dithiols that can be used for polymerization of polyarylene ether compounds by aromatic nucleophilic substitution reaction may be used.

(高分子電解質の成膜方法)
本発明の高分子電解質を用いて、マグネシウム二次電池用の高分子電解質膜を製造する方法は特に限定されるものではなく、例えば、高分子電解質の溶剤溶液を支持体上に流延し、次いで溶剤を除去することにより製造することができる。以下、高分子電解質の好適な成膜方法について詳細に説明する。
(Polymer electrolyte deposition method)
The method for producing a polymer electrolyte membrane for a magnesium secondary battery using the polymer electrolyte of the present invention is not particularly limited. For example, a solvent solution of the polymer electrolyte is cast on a support, Subsequently, it can manufacture by removing a solvent. Hereinafter, a suitable method for forming a polymer electrolyte will be described in detail.

(流延膜を得る工程)
本工程で用いる溶剤としては、高分子電解質を均一に溶解または分散し得るものであれば特に限定されるものではなく、高分子電解質の構造に応じて適宜選択すればよいが、極性溶剤であることが好ましく、非プロトン性極性溶剤であることがさらに好ましい。非プロトン性極性溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−モルフォリン−N−オキシド、ヘキサメチレンホスホンアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、ジフェニルスルホンなどが挙げられる。特に、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシドが好ましい。これらの溶剤は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶剤の沸点は100〜300℃の範囲であることが好ましい。100℃未満であると、製膜の際に形態が悪化する場合があり好ましくない。300℃を超えると、高分子電解質膜の製造に多大なエネルギーが必要となったり、高分子電解質膜中の溶剤含有量を適切な範囲に制御することが困難になる場合がある。
(Step of obtaining a cast film)
The solvent used in this step is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the polymer electrolyte, and may be appropriately selected according to the structure of the polymer electrolyte, but is a polar solvent. It is preferable that the solvent is an aprotic polar solvent. Examples of the aprotic polar solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-morpholine-N-oxide, and hexamethylene. Examples include phosphonamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, and diphenyl sulfone. In particular, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and dimethyl sulfoxide are preferable. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The boiling point of the solvent is preferably in the range of 100 to 300 ° C. If it is lower than 100 ° C., the form may be deteriorated during film formation, which is not preferable. If it exceeds 300 ° C., a large amount of energy may be required for production of the polymer electrolyte membrane, and it may be difficult to control the solvent content in the polymer electrolyte membrane to an appropriate range.

高分子電解質の溶剤溶液の固形分濃度は、高分子電解質の分子量や、流延する際の温度などによって適宜決定することができ、具体的には5〜50質量%の範囲であることが好ましい。5質量%未満であると、後工程で行う溶剤の除去に時間を要して膜の形態が低下したり、膜中の溶剤含有量を適切に制御できない場合がある。50質量%を超えると、溶剤溶液の粘度が高くなりすぎてハンドリングが困難になることがある。より好ましくは5〜30質量%である。   The solid content concentration of the solvent solution of the polymer electrolyte can be appropriately determined depending on the molecular weight of the polymer electrolyte, the temperature at the time of casting, and the like, and specifically, it is preferably in the range of 5 to 50% by mass. . If it is less than 5% by mass, it may take time to remove the solvent in the subsequent step, and the form of the film may be deteriorated, or the solvent content in the film may not be appropriately controlled. If it exceeds 50% by mass, the viscosity of the solvent solution becomes too high and handling may be difficult. More preferably, it is 5-30 mass%.

高分子電解質の溶剤溶液の粘度は、特に限定されるものではないが、支持体上に良好に流延することができる範囲であることが好ましい。より好ましくは、流延する温度において、粘度が1〜1000Pa・sの範囲である。   The viscosity of the solvent solution of the polymer electrolyte is not particularly limited, but is preferably within a range where it can be cast on the support satisfactorily. More preferably, the viscosity is in the range of 1 to 1000 Pa · s at the casting temperature.

高分子電解質の溶液を支持体上に流延する方法としては、公知の方法を用いることができるが、一定の濃度の溶液を一定の厚みになるように流延することが好ましい。例えば、ドクターブレード、アプリケーターなど、一定のギャップの空隙に溶液を押しこんで流延厚みを一定にする方法や、スロットダイなどを用いて、高分子電解質溶液を一定速度で供給して流延する方法が挙げられる。支持体上への流延は、バッチ方式で行ってもよいが、連続して行う方が生産性がよいため好ましい。   As a method for casting the polymer electrolyte solution onto the support, a known method can be used, but it is preferable to cast a solution having a constant concentration so as to have a constant thickness. For example, using a doctor blade, applicator, or the like to push the solution into a gap of a certain gap to make the casting thickness constant, or by using a slot die or the like, the polymer electrolyte solution is supplied at a constant speed for casting. A method is mentioned. The casting on the support may be performed in a batch manner, but it is preferable to perform the casting continuously because the productivity is good.

高分子電解質の溶液を流延する支持体としては、高分子電解質を溶解または分散させるのに用いる溶剤に溶解しないものであれば特に限定されるものではないが、平坦で、柔軟なものが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアラミド、ポリベンザゾールなどの樹脂フィルムや、それらの表面にシリカやチタニア、及びジルコニアなどの無機化合物をコートしたもの、あるいはステンレス鋼などの金属質からなるフィルムなどが挙げられる。耐熱性及び耐溶剤性の面から、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミドが好ましく、さらにコストや品位の面からポリエチレンテレフタレートがより好ましい。   The support for casting the polymer electrolyte solution is not particularly limited as long as it does not dissolve in the solvent used to dissolve or disperse the polymer electrolyte, but is preferably flat and flexible. . For example, resin films such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyarylate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyaramid, and polybenzazole, and inorganic compounds such as silica, titania, and zirconia are coated on the surface. Or a film made of a metal such as stainless steel. From the viewpoints of heat resistance and solvent resistance, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyarylate, polyamide, polyimide, and polyaramid are preferable, and polyethylene terephthalate is more preferable from the viewpoint of cost and quality.

(溶剤除去工程)
本工程では流延膜から溶剤を除去するが、除去する手法の一つとして、高分子電解質の流延膜を加熱して溶剤を蒸発させることが挙げられる。この場合、加熱による溶剤除去後に得られる電解質膜における溶剤の含有率を10〜50質量%にすることが好ましい。10質量%未満であると、高分子電解質膜と支持体とが強固に接着しすぎて、剥離できない場合がある。また、剥離できてもシワや破れが生じて形態が悪くなる場合がある。50質量%よりも多いと、電解質膜の膨張性が大きくなる場合がある。より好ましい範囲は、15〜30質量%である。
(Solvent removal process)
In this step, the solvent is removed from the cast film. One of the techniques for removing the solvent is to heat the cast film of the polymer electrolyte to evaporate the solvent. In this case, the content of the solvent in the electrolyte membrane obtained after removing the solvent by heating is preferably 10 to 50% by mass. If it is less than 10% by mass, the polymer electrolyte membrane and the support may be too firmly bonded and cannot be peeled off. Moreover, even if it can peel, a wrinkle and a tear may arise and a form may worsen. If it is more than 50% by mass, the expansibility of the electrolyte membrane may increase. A more preferable range is 15 to 30% by mass.

また、溶剤を除去する別の方法の一つとして、流延膜を調製するために用いた溶剤と混和し、かつ高分子電解質は溶解しない貧溶媒に、高分子電解質の流延膜を接触させて、高分子電解質膜とする方法を挙げることができる。   As another method for removing the solvent, the polymer electrolyte casting membrane is brought into contact with a poor solvent which is mixed with the solvent used for preparing the casting membrane and does not dissolve the polymer electrolyte. And a method of forming a polymer electrolyte membrane.

用いる貧溶媒としては、高分子電解質の構造や流延工程で用いた溶剤の種類に応じて適切なものを用いればよい。例えば、水、アルコール、ケトン、エーテル、低分子炭化水素、含ハロゲン溶剤、およびそれらの混合物などが挙げられる。流延工程で用いた溶剤が水と混和する場合には、貧溶媒として水を用いることが好ましい。   As the poor solvent to be used, an appropriate solvent may be used according to the structure of the polymer electrolyte and the kind of the solvent used in the casting process. Examples thereof include water, alcohols, ketones, ethers, low molecular hydrocarbons, halogen-containing solvents, and mixtures thereof. When the solvent used in the casting process is miscible with water, it is preferable to use water as the poor solvent.

接触させる方法としては、流延膜を貧溶媒に浸漬させたり、流延膜を貧溶媒蒸気中に保持したりすることを挙げることができ、それらの方法を組み合わせて行うこともできる。   Examples of the contacting method include immersing the cast film in a poor solvent, or holding the cast film in the poor solvent vapor, and a combination of these methods can also be performed.

流延膜を貧溶媒に浸漬する場合には、貧溶媒の温度は、貧溶媒の融点以上、沸点以下であることが好ましい。上記貧溶媒が水の場合には、20〜70℃であることが好ましく、20〜50℃であることがさらに好ましい。温度が高いと溶剤の除去効率は向上するが、膜の形態を悪化させる場合がある。また、温度が低いと溶剤の除去効率が低下し、生産性を下げる場合がある。   When the casting film is immersed in a poor solvent, the temperature of the poor solvent is preferably not less than the melting point of the poor solvent and not more than the boiling point. When the poor solvent is water, the temperature is preferably 20 to 70 ° C, more preferably 20 to 50 ° C. When the temperature is high, the solvent removal efficiency is improved, but the film morphology may be deteriorated. Further, when the temperature is low, the solvent removal efficiency is lowered, and the productivity may be lowered.

流延膜を貧溶媒蒸気中に保持する場合には、処理温度は、貧溶媒の融点以上、除去する溶媒の沸点以下であることが好ましい。上記貧溶媒が水の場合には、温度は、20〜70℃であることが好ましく、20〜50℃であることがさらに好ましい。温度が高いと溶剤の除去効率は向上するが、膜の形態を悪化させる場合がある。また、温度が低いと溶剤の除去効率が低下し、生産性を下げる場合がある。雰囲気中の貧溶媒の蒸気圧は、該温度での飽和蒸気圧に対して10〜100%であることが好ましく、50〜99%であることがさらに好ましい。貧溶媒の蒸気圧が高いと溶剤の除去効率は向上するが、膜の形態を悪化させる場合がある。また、貧溶媒の蒸気圧が低いと溶剤の除去効率が低下し、生産性を下げる場合がある。   In the case where the cast film is held in the poor solvent vapor, the treatment temperature is preferably not lower than the melting point of the poor solvent and not higher than the boiling point of the solvent to be removed. When the poor solvent is water, the temperature is preferably 20 to 70 ° C, and more preferably 20 to 50 ° C. When the temperature is high, the solvent removal efficiency is improved, but the film morphology may be deteriorated. Further, when the temperature is low, the solvent removal efficiency is lowered, and the productivity may be lowered. The vapor pressure of the poor solvent in the atmosphere is preferably 10 to 100%, more preferably 50 to 99% with respect to the saturated vapor pressure at the temperature. When the vapor pressure of the poor solvent is high, the solvent removal efficiency is improved, but the film morphology may be deteriorated. Further, when the vapor pressure of the poor solvent is low, the solvent removal efficiency is lowered, and productivity may be lowered.

このように貧溶媒との接触によって溶剤を除去する場合には、後に述べる溶剤抽出工程は行っても、行わなくてもよい。   Thus, when removing a solvent by contact with a poor solvent, the solvent extraction process described later may or may not be performed.

なお、電解質膜の溶剤の含有量は、以下の方法で求めることができる。   In addition, content of the solvent of an electrolyte membrane can be calculated | required with the following method.

<残留溶剤量の測定方法>
電解質膜に付着している溶剤をろ紙でふき取り、23℃、50%RHの室内で1時間放置した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、Varian社製 Varian 400−MRを用いて、積算回数128回、25℃でH−NMRスペクトルを測定する。予め帰属しておいた、高分子電解質、及び溶剤に対するピークの積分値から、電解質膜に対する残留溶剤量を算出することによって求める。なお、電解質膜が、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解しない場合には、ソックスレー抽出器を用いて電解質膜から溶剤を水で抽出し、水中の溶剤濃度をガスクロマトグラフィー法で定量することで残留溶剤量を算出する。溶剤が水に溶解しない場合には、他に溶解する溶剤を用いる以外は上記と同様の方法によって、ガスクロマトグラフィー法で残留溶剤量を算出する。
<Measurement method of residual solvent amount>
The solvent adhering to the electrolyte membrane is wiped off with a filter paper, left in a room at 23 ° C. and 50% RH for 1 hour, dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide, and accumulated using Varian 400-MR manufactured by Varian. The 1 H-NMR spectrum is measured 128 times at 25 ° C. It is obtained by calculating the residual solvent amount for the electrolyte membrane from the integral value of the peak for the polymer electrolyte and the solvent, which has been assigned in advance. If the electrolyte membrane does not dissolve in deuterated dimethyl sulfoxide, the solvent is extracted from the electrolyte membrane with a Soxhlet extractor using water, and the solvent concentration in the water is determined by gas chromatography to determine the residual solvent. Calculate the amount. When the solvent does not dissolve in water, the amount of residual solvent is calculated by gas chromatography in the same manner as described above except that another solvent is used.

流延膜中の溶剤を蒸発させるために加熱する際の加熱温度は、300℃以下か、溶剤の沸点以下であることが好ましく、200℃以下であることがより好ましい。加熱温度が300℃を超えると、溶剤の除去効率は向上するが、溶剤や高分子電解質の分解・変質が起こったり、得られる高分子電解質膜の形態が悪くなる(品位が低下する)場合がある。また加熱温度の下限については、50℃が好ましい。加熱温度が50℃未満であると、十分に溶剤を除去することが困難になる場合がある。加熱方法は、熱風、赤外線、マイクロ波など公知の任意の方法で行うことができる。また、窒素などの不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。   The heating temperature at the time of heating to evaporate the solvent in the cast film is preferably 300 ° C. or lower, or lower than the boiling point of the solvent, and more preferably 200 ° C. or lower. When the heating temperature exceeds 300 ° C., the solvent removal efficiency is improved, but the solvent or polymer electrolyte may be decomposed or altered, or the shape of the resulting polymer electrolyte membrane may be deteriorated (quality deteriorates). is there. Moreover, about the minimum of heating temperature, 50 degreeC is preferable. If the heating temperature is less than 50 ° C., it may be difficult to remove the solvent sufficiently. The heating method can be performed by any known method such as hot air, infrared rays, and microwaves. Moreover, you may carry out in inert gas atmosphere, such as nitrogen.

(溶剤抽出工程)
本発明では、流延膜を調製するために用いた溶剤と混和し、かつ高分子電解質は溶解しない貧溶媒に、上記溶剤除去工程を経て得られた高分子電解質膜を接触させて、高分子電解質膜中に残留する溶剤を抽出して、電解質膜中の溶剤量を調整することもできる。
(Solvent extraction process)
In the present invention, the polymer electrolyte membrane obtained through the solvent removal step is brought into contact with a poor solvent that is miscible with the solvent used to prepare the cast membrane and does not dissolve the polymer electrolyte, thereby The amount of the solvent in the electrolyte membrane can be adjusted by extracting the solvent remaining in the electrolyte membrane.

本工程で用いる貧溶媒としては、電解質膜や、流延工程で用いた溶剤の種類に応じて適切なものを用いればよい。例えば、水、アルコール、ケトン、エーテル、低分子炭化水素、含ハロゲン溶剤などが挙げられる。流延工程で用いた溶剤が水と混和する場合には、貧溶媒として水を用いることが好ましい。   As a poor solvent used at this process, what is necessary is just to use an appropriate thing according to the kind of electrolyte membrane and the solvent used at the casting process. For example, water, alcohol, ketone, ether, low molecular hydrocarbon, halogen-containing solvent and the like can be mentioned. When the solvent used in the casting process is miscible with water, it is preferable to use water as the poor solvent.

電解質膜中の溶剤を貧溶媒で抽出する方法としては、特に限定されないが、電解質膜に対して貧溶媒が均一に接触するように行うことが好ましい。例えば、電解質膜を貧溶媒中に浸漬する方法や、電解質膜に貧溶媒を塗布あるいは噴霧する方法が挙げられる。これらの方法は、2回以上に分けて行っても、組み合わせて行ってもよい。   The method of extracting the solvent in the electrolyte membrane with a poor solvent is not particularly limited, but it is preferable to carry out so that the poor solvent uniformly contacts the electrolyte membrane. For example, a method of immersing the electrolyte membrane in a poor solvent and a method of applying or spraying the poor solvent to the electrolyte membrane can be mentioned. These methods may be performed in two or more times or in combination.

貧溶媒の温度は、用いる貧溶媒の融点以上、沸点以下であることが好ましい。上記貧溶媒が水の場合には、20〜70℃の範囲であることが好ましく、20〜50℃であることがさらに好ましい。温度が高いと溶剤の抽出効率は向上するが、膜の形態や性能を低下させる場合がある。また、温度が低いと溶剤の抽出効率が低下し、生産性を下げる場合がある。   The temperature of the poor solvent is preferably not lower than the melting point and not higher than the boiling point of the poor solvent to be used. When the poor solvent is water, it is preferably in the range of 20 to 70 ° C, more preferably 20 to 50 ° C. When the temperature is high, the extraction efficiency of the solvent is improved, but the form and performance of the membrane may be lowered. Further, when the temperature is low, the extraction efficiency of the solvent is lowered, and the productivity may be lowered.

本工程では、上記貧溶媒との接触によって電解質膜中の溶剤の含有率を、2.0質量%以下にすることが好ましい。2.0質量%よりも大きいと、電解質膜の形態保持性が低下する場合がある。なお、溶剤の含有率の下限については特に限定されないが、0.3質量%であることが好ましい。0.3質量%未満であると、その後の工程で、支持体から膜が剥がれるなどの生産上の問題が生じる可能性がある。   In this step, the content of the solvent in the electrolyte membrane is preferably 2.0% by mass or less by contact with the poor solvent. When it is larger than 2.0% by mass, the shape retention of the electrolyte membrane may be deteriorated. In addition, although it does not specifically limit about the minimum of the content rate of a solvent, It is preferable that it is 0.3 mass%. If it is less than 0.3% by mass, production problems such as peeling of the film from the support may occur in the subsequent steps.

(イオン交換基変換工程)
上記工程を経て得られる高分子電解質膜が有するイオン交換基が、スルホン酸基の金属塩である場合には、3以下のpKaを有する酸性成分の溶液(以下、単に「酸性溶液」と称する場合がある。)を用いて、溶剤の含有量が2.0質量%以下となった高分子電解質膜が有するイオン交換基の塩をプロトンに変換する工程を含んでもよい。
(Ion exchange group conversion process)
When the ion exchange group of the polymer electrolyte membrane obtained through the above steps is a metal salt of a sulfonic acid group, an acidic component solution having a pKa of 3 or less (hereinafter simply referred to as “acidic solution”) And the step of converting the salt of the ion exchange group possessed by the polymer electrolyte membrane having a solvent content of 2.0 mass% or less into protons.

本工程で用いる、3以下のpKaを有する酸性溶液としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、過塩素酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、スルホンイミド、オキソ酸等の群から選択される少なくとも1種の酸性成分を溶解した水溶液が挙げられるが、酸性成分のpKaは、高分子電解質のイオン交換基の塩と同等かそれよりも小さいことが好ましい。酸性成分は硫酸、塩酸、メタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸であることが好ましく、硫酸がより好ましい。酸性溶液中の酸性成分の濃度は特に限定されないが、例えば1〜75質量%の範囲が好ましい。濃度が1質量%未満だと、プロトンへの変換に、大量の酸性溶液が必要となり生産性に問題を生じる場合がある。濃度が75質量%を超えると、酸性溶液中での酸性成分の解離度が低下し、変換効率が低下する場合がある。   The acidic solution having a pKa of 3 or less used in this step is at least selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, perchloric acid, methanesulfonic acid, trifluoroacetic acid, sulfonimide, oxo acid and the like. An aqueous solution in which one kind of acidic component is dissolved may be mentioned, and the pKa of the acidic component is preferably equal to or smaller than the ion exchange group salt of the polymer electrolyte. The acidic component is preferably sulfuric acid, hydrochloric acid, methanesulfonic acid, or trifluoroacetic acid, and more preferably sulfuric acid. Although the density | concentration of the acidic component in an acidic solution is not specifically limited, For example, the range of 1-75 mass% is preferable. If the concentration is less than 1% by mass, a large amount of acidic solution is required for conversion to protons, which may cause a problem in productivity. When the concentration exceeds 75% by mass, the dissociation degree of the acidic component in the acidic solution may decrease, and the conversion efficiency may decrease.

なお、スルホン酸基に変換した高分子電解質膜は、任意の段階で、任意の金属イオン化合物で処理して再度金属塩に変換してもよい。特に、上記工程を経て得られる高分子電解質膜のイオン交換基が、マグネシウム以外の金属の塩である場合であって、かかる高分子電解質膜からスルホン酸基のマグネシウム塩を得る場合には、スルホン酸基の塩のほとんどをスルホン酸基に変換してからマグネシウム化合物で処理すると、膜内部まで均一にイオン交換を行うことができて好ましい。   Note that the polymer electrolyte membrane converted into the sulfonic acid group may be treated with an arbitrary metal ion compound and converted into a metal salt again at an arbitrary stage. In particular, when the ion exchange group of the polymer electrolyte membrane obtained through the above steps is a salt of a metal other than magnesium, and when obtaining a magnesium salt of a sulfonic acid group from such a polymer electrolyte membrane, a sulfone group is used. When most of the acid group salts are converted to sulfonic acid groups and then treated with a magnesium compound, it is preferable because ion exchange can be performed uniformly to the inside of the membrane.

酸性溶液を用いて、高分子電解質膜が有するイオン交換基の塩をプロトンに変換する方法としては特に限定されないが、電解質に対して酸性溶液が均一に接触するように行うことが好ましい。例えば、電解質膜を酸性溶液中に浸漬する方法や、電解質膜に酸性溶液を塗布あるいは噴霧する方法が挙げられる。これらの方法は2回以上に分けて行っても、組み合わせて行ってもよい。   The method for converting the salt of the ion exchange group of the polymer electrolyte membrane into protons using an acidic solution is not particularly limited, but it is preferable that the acidic solution be uniformly contacted with the electrolyte. For example, a method of immersing the electrolyte membrane in an acidic solution and a method of applying or spraying the acidic solution to the electrolyte membrane can be mentioned. These methods may be performed in two or more times or in combination.

(洗浄工程)
上記酸性溶液との接触によって高分子電解質膜に酸性成分や遊離の金属イオンが残存している場合には、酸性成分を溶解し得る、高分子電解質膜の貧溶媒を接触させて、高分子電解質膜中の酸性成分を除去する操作を行ってもよい。用いる貧溶媒としては、水、アルコール、ケトン、エーテル、低分子炭化水素、含ハロゲン溶剤などが挙げられる。酸性成分が水に溶解する場合には、水を用いることが好ましい。
(Washing process)
When acidic components or free metal ions remain in the polymer electrolyte membrane by contact with the acidic solution, the polymer electrolyte is brought into contact with a poor solvent of the polymer electrolyte membrane that can dissolve the acidic components. You may perform operation which removes the acidic component in a film | membrane. Examples of the poor solvent used include water, alcohols, ketones, ethers, low molecular hydrocarbons, and halogen-containing solvents. When the acidic component is dissolved in water, it is preferable to use water.

高分子電解質膜中の酸性成分の含有率は1質量%以下にすることが好ましく、0.1質量%以下にすることがより好ましい。酸性成分の含有率が大きいと、酸性成分の溶出が起こって腐食や薬傷を引き起こす場合がある。   The content of the acidic component in the polymer electrolyte membrane is preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or less. If the content of the acidic component is large, the acidic component may be eluted, causing corrosion and chemical damage.

高分子電解質膜への貧溶媒の接触方法は、特に限定されるものではなく、電解質中の溶剤を貧溶媒で抽出する方法と同様の方法で行えばよい。   The method for bringing the poor solvent into contact with the polymer electrolyte membrane is not particularly limited, and the method may be the same as the method for extracting the solvent in the electrolyte with the poor solvent.

(支持体による支持)
本発明の成膜方法では、溶剤除去工程の後、電解質膜を支持体から剥離して、その後の工程(溶剤抽出工程やイオン交換基変換工程)を行ってもよいが、本発明の成膜方法に含まれる全ての工程を、支持体で膜を支持した状態で行う(換言すれば、当該膜を支持体から剥離せずに行う)ことが好ましい。支持体から膜を剥離した場合、高分子電解質膜にシワや凹凸が発生するなど、高分子電解質膜の形態が悪くなる場合がある。
(Support by support)
In the film formation method of the present invention, after the solvent removal step, the electrolyte membrane may be peeled off from the support and the subsequent steps (solvent extraction step or ion exchange group conversion step) may be performed. It is preferable to perform all the steps included in the method in a state where the film is supported by the support (in other words, the film is not peeled off from the support). When the membrane is peeled off from the support, the polymer electrolyte membrane may be deteriorated in shape, such as wrinkles or irregularities in the polymer electrolyte membrane.

(高分子電解質膜の特性)
本発明の高分子電解質膜の膜厚は40μm以下が好ましく、35μm以下(さらには30μm以下)がより好ましい。高分子電解質膜の膜厚が40μmよりも厚いと、特性、形態(品位)、生産性のバランスを得ることが困難になる傾向がある。高分子電解質膜の膜厚の下限は1μm(より好ましくは3μm)である。高分子電解質膜の厚みが1μmより薄いと高分子電解質膜の取扱が困難となり、マグネシウム二次電池を作製した場合に短絡等が起こる場合がある。
(Characteristics of polymer electrolyte membrane)
The thickness of the polymer electrolyte membrane of the present invention is preferably 40 μm or less, more preferably 35 μm or less (more preferably 30 μm or less). If the thickness of the polymer electrolyte membrane is larger than 40 μm, it tends to be difficult to obtain a balance between characteristics, form (quality), and productivity. The lower limit of the thickness of the polymer electrolyte membrane is 1 μm (more preferably 3 μm). When the thickness of the polymer electrolyte membrane is less than 1 μm, it becomes difficult to handle the polymer electrolyte membrane, and a short circuit or the like may occur when a magnesium secondary battery is manufactured.

本発明の電解質膜は多孔体であってもよい。多孔体を得る方法としては特に限定されるものではなく、任意の方法を用いることができる。例えば、流延膜より溶剤を除去するにあたり流延膜と貧溶媒とを接触させたり、貧溶媒に可溶で溶剤に不溶の粒子を電解質の溶液に加えておき、製膜後に粒子を貧溶媒で溶解したりすることによって多孔体を得ることができる。   The electrolyte membrane of the present invention may be a porous body. The method for obtaining the porous body is not particularly limited, and any method can be used. For example, when removing the solvent from the cast film, the cast film is brought into contact with the poor solvent, or particles that are soluble in the poor solvent and insoluble in the solvent are added to the electrolyte solution. A porous body can be obtained by dissolving with.

多孔体の場合、空隙率は10〜90体積%であることが好ましく、20〜80体積%であることがより好ましい。空隙率が大きいと、形態の保持が困難になる場合があり、空隙率が小さいと、電解質膜としての性能が低下する場合がある。空孔の大きさは、平均として0.001〜1μmの範囲にあることが好ましく、0.005〜0.5μmの範囲にあることがより好ましい。空孔が大きいと、形態の保持が困難になる場合があり、空孔が小さいと、電解質膜としての性能が低下する場合がある。   In the case of a porous body, the porosity is preferably 10 to 90% by volume, and more preferably 20 to 80% by volume. When the porosity is large, it may be difficult to maintain the shape, and when the porosity is small, the performance as an electrolyte membrane may be deteriorated. The size of the pores is preferably in the range of 0.001 to 1 μm as an average, and more preferably in the range of 0.005 to 0.5 μm. If the pores are large, it may be difficult to maintain the shape, and if the pores are small, the performance as an electrolyte membrane may be reduced.

上記方法によって得られる高分子電解質膜の形状は特に限定されず、シート、ロールなど、任意の形態であってよい。また、高分子電解質膜を製造する際に用いた支持体は剥がさずにおいてもよいが、製造後に剥離して、高分子電解質膜を別の支持体と積層すると、加工性が向上して好ましい。別の支持体としては、粘着層を有する樹脂フィルムが挙げられる。かかる樹脂フィルムとしては、結晶化ポリオレフィン、非晶ポリオレフィン、ポリエステルなどからなるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、粘着層としては、アクリル樹脂系粘着剤、ポリエチレン−ビニルアルコール系粘着剤、シリコーン系粘着剤、変性ポリオレフィン樹脂系粘着剤などからなるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。新たな支持体は、高分子電解質膜の片面もしくは両面に積層することができる。高分子電解質膜の片面にのみ、新たな支持体を積層する場合には、高分子電解質膜を内側に巻いたほうが、輸送時や保管時の湿度変化による形状への影響を受け難くなって好ましい。なお、当該支持体は高分子電解質膜を使用する際に剥離すればよい。   The shape of the polymer electrolyte membrane obtained by the above method is not particularly limited, and may be any form such as a sheet or a roll. In addition, the support used in producing the polymer electrolyte membrane may not be peeled off, but it is preferable to peel after the production and to laminate the polymer electrolyte membrane with another support because the workability is improved. Another support includes a resin film having an adhesive layer. Examples of such a resin film include, but are not limited to, those made of crystallized polyolefin, amorphous polyolefin, polyester, and the like. Examples of the adhesive layer include, but are not limited to, an acrylic resin adhesive, a polyethylene-vinyl alcohol adhesive, a silicone adhesive, a modified polyolefin resin adhesive, and the like. The new support can be laminated on one or both sides of the polymer electrolyte membrane. When laminating a new support only on one side of the polymer electrolyte membrane, it is preferable to wrap the polymer electrolyte membrane on the inside because it is less affected by changes in humidity during transportation and storage. . The support may be peeled off when using the polymer electrolyte membrane.

(マグネシウム二次電池用電解質)
本発明のマグネシウム二次電池用電解質は、上記の高分子電解質以外に、電解質溶液を含んで構成されるのが好ましい。例えば、高分子電解質に電解質溶液が含浸されている態様が挙げられる。高分子電解質に電解質溶液を含浸させる方法としては、特に限定されるものではなく、上記工程を経て得られた高分子電解質膜を、電解質溶液中に浸漬する方法や、高分子電解質膜に電解質溶液を塗布したり噴霧する方法が挙げられる。高分子電解質中の電解質溶液の含有量は、1〜99質量%であることが好ましく、10〜90質量%であることがより好ましい。
(Electrolyte for magnesium secondary battery)
The electrolyte for a magnesium secondary battery of the present invention preferably includes an electrolyte solution in addition to the polymer electrolyte. For example, an embodiment in which a polymer electrolyte is impregnated with an electrolyte solution can be mentioned. The method of impregnating the polymer electrolyte with the electrolyte solution is not particularly limited, and a method of immersing the polymer electrolyte membrane obtained through the above steps in the electrolyte solution or the electrolyte solution in the polymer electrolyte membrane The method of apply | coating or spraying is mentioned. The content of the electrolyte solution in the polymer electrolyte is preferably 1 to 99% by mass, and more preferably 10 to 90% by mass.

電解質としては、特に限定されるものではないが、例えば過塩素酸マグネシウム、塩化マグネシウム、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウム、ビス(トリフルオロスルホニル)イミドマグネシウムなどのマグネシウム塩を挙げることができる。かかる電解質を溶解あるいは分散させる溶剤としては、特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジメトキシエタン、イオン性液体などを挙げることができる。電解質溶液中のマグネシウム塩濃度は、溶解する範囲であることが好ましく、40重量%以下(より好ましくは25重量%以下)であることが好ましい。   The electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include magnesium salts such as magnesium perchlorate, magnesium chloride, magnesium trifluoromethanesulfonate, and bis (trifluorosulfonyl) imidomagnesium. The solvent for dissolving or dispersing the electrolyte is not particularly limited, and examples thereof include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, dimethoxyethane, and ionic liquid. The magnesium salt concentration in the electrolyte solution is preferably in the range of dissolution, and is preferably 40% by weight or less (more preferably 25% by weight or less).

(マグネシウム二次電池)
本発明のマグネシウム二次電池は、電解質として上記高分子電解質(膜)を用いるものであれば、いずれの正極、負極を用いて構成されてもよい。また形状についても限定されない。例えば、正極としてマンガン酸化物とグラファイトとポリ塩化ビニリデンの混合物を用い、負極としてマグネシウム板を用い、上記高分子電解質膜の両面に正極と負極とをそれぞれ重ねたマグネシウム二次電池が挙げられる。
(Magnesium secondary battery)
The magnesium secondary battery of the present invention may be configured using any positive electrode or negative electrode as long as the polymer electrolyte (membrane) is used as the electrolyte. Further, the shape is not limited. For example, a magnesium secondary battery in which a mixture of manganese oxide, graphite, and polyvinylidene chloride is used as the positive electrode, a magnesium plate is used as the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are stacked on both sides of the polymer electrolyte membrane, respectively.

以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記及び後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお下記実施例および比較例において「部」、「%」とあるのは、それぞれ質量部、質量%を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can be adapted to the above and the gist described below. These are all included in the technical scope of the present invention. In the following examples and comparative examples, “parts” and “%” mean parts by mass and mass%, respectively.

先ず、実施例および比較例によって製造した高分子電解質(膜)の対数粘度、残留溶剤量、Tg、イオン交換容量、金属イオン濃度、およびマグネシウム二次電池の充放電試験の測定方法について、以下説明する。   First, the logarithmic viscosity, residual solvent amount, Tg, ion exchange capacity, metal ion concentration of the polymer electrolyte (membrane) produced according to the examples and comparative examples, and the measurement method of the charge / discharge test of the magnesium secondary battery will be described below. To do.

<高分子電解質の対数粘度>
高分子電解質を、0.5g/dLの濃度でN−メチルピロリドンに溶解し、30℃の恒温槽中でウベローデ型粘度計を用いて粘度測定を行い、対数粘度ln[ta/tb]/cで評価した(taは試料溶液の落下秒数、tbは溶剤のみの落下秒数、cは試料溶液のポリマー濃度[単位:g/dL])。
<Logarithmic viscosity of polymer electrolyte>
The polymer electrolyte was dissolved in N-methylpyrrolidone at a concentration of 0.5 g / dL, and the viscosity was measured using a Ubbelohde viscometer in a constant temperature bath at 30 ° C., and the logarithmic viscosity ln [ta / tb] / c (Ta is the drop time of the sample solution, tb is the drop time of the solvent only, and c is the polymer concentration of the sample solution [unit: g / dL]).

<残留溶剤の測定>
高分子電解質の溶剤をろ紙でふき取り、23℃、50%RHの室内で1時間放置した後、重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、Varian社製 Varian 400−MRを用いて、積算回数128回、25℃でH−NMRスペクトルを測定した。予め帰属しておいた、高分子電解質、及び溶剤に対するピークの積分値から、高分子電解質に対する残留溶剤量を算出した。
<Measurement of residual solvent>
The solvent of the polymer electrolyte is wiped off with a filter paper, left in a room at 23 ° C. and 50% RH for 1 hour, dissolved in deuterated dimethyl sulfoxide, and a total number of times of 128 times using a Varian Varian 400-MR. 1 H-NMR spectrum was measured at 25 ° C. The residual solvent amount with respect to the polymer electrolyte was calculated from the integral value of the peak with respect to the polymer electrolyte and the solvent previously assigned.

<高分子電解質のTg>
UBM社製Rheogel−E4000を用い、5mm幅の高分子電解質(膜)について、室温から250℃まで2℃/分で昇温しながら、引っ張りモードでの貯蔵弾性率(E1)、損失弾性率(E2)を測定した。貯蔵弾性率(E1)に対する損失弾性率(E2)の比として求めたtanδが極大値を示す温度をTgとした。
<Tg of polymer electrolyte>
Using a Rheogel-E4000 manufactured by UBM, for a 5 mm wide polymer electrolyte (membrane), the storage elastic modulus (E1) and loss elastic modulus (T1) in tensile mode were increased from room temperature to 250 ° C. at 2 ° C./min. E2) was measured. The temperature at which tan δ determined as the ratio of the loss elastic modulus (E2) to the storage elastic modulus (E1) has a maximum value was defined as Tg.

<高分子電解質のイオン交換容量>
高分子電解質(膜)を110℃で1時間乾燥し、窒素雰囲気下室温で一晩放置した後に質量を計り、次いで、水酸化ナトリウム水溶液と撹拌処理した後、塩酸水溶液による逆滴定でイオン交換容量を求めた。
<Ion exchange capacity of polymer electrolyte>
The polymer electrolyte (membrane) was dried at 110 ° C. for 1 hour, allowed to stand overnight at room temperature in a nitrogen atmosphere, weighed, then stirred with an aqueous sodium hydroxide solution, and then subjected to ion exchange capacity by back titration with an aqueous hydrochloric acid solution. Asked.

<高分子電解質の金属イオン濃度>
誘導結合プラズマ発光分析法により、高分子電解質中の金属イオンの定量を行った。
<Metal ion concentration of polymer electrolyte>
Metal ions in the polymer electrolyte were quantified by inductively coupled plasma optical emission spectrometry.

<マグネシウム二次電池の充放電試験>
マグネシウム二次電池について、電流密度0.5mA/cm2の定電流で、折り返し電圧0Vと2Vの間で充放電サイクルテストを行い、2サイクル時の放電容量を測定した。
<Charge / discharge test of magnesium secondary battery>
For the magnesium secondary battery, a charge / discharge cycle test was performed at a constant current of 0.5 mA / cm 2 and a turn-back voltage of 0 V and 2 V, and the discharge capacity at the time of two cycles was measured.

(実施例1)
<高分子電解質の製造>
反応器に、3,3’−ジスルホン酸ナトリウム−4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(S−DCDPS)778部、2,6−ジクロロベンゾニトリル(DCBN)374部、4,4’−ビフェノール(BP)723部、炭酸カリウム547部、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)4910部を入れて、窒素雰囲気下、200℃で16時間反応させた。放冷の後、水中にストランド状に沈殿させ、得られたポリマーを10Lの水で5回洗浄した後、乾燥し、高分子電解質を得た。この高分子電解質の対数粘度は1.42dL/gであった。
Example 1
<Manufacture of polymer electrolyte>
The reactor was charged with 778 parts of sodium 3,3′-disulfonate-4,4′-dichlorodiphenylsulfone (S-DCDPS), 374 parts of 2,6-dichlorobenzonitrile (DCBN), 4,4′-biphenol (BP ) 723 parts, potassium carbonate 547 parts, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) 4910 parts were added and reacted at 200 ° C. for 16 hours in a nitrogen atmosphere. After allowing to cool, the polymer was precipitated in water as a strand, and the resulting polymer was washed 5 times with 10 L of water and then dried to obtain a polymer electrolyte. The logarithmic viscosity of this polymer electrolyte was 1.42 dL / g.

<高分子電解質膜の製造>
NMPを溶剤として用い、24%の高分子電解質溶液を調製した。次いで、支持体としての非粘着ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、ブレードコーターにて厚みが200μmになるように温度25℃で連続的に電解質溶液を流延した後、80℃で60分間乾燥して、NMPを除去した。NMPの残留量は21%であった。
<Manufacture of polymer electrolyte membrane>
A 24% polymer electrolyte solution was prepared using NMP as a solvent. Next, an electrolyte solution was continuously cast on a non-adhesive polyethylene terephthalate film as a support with a blade coater at a temperature of 25 ° C. so as to have a thickness of 200 μm, and then dried at 80 ° C. for 60 minutes. Was removed. The residual amount of NMP was 21%.

得られた高分子電解質膜を、支持体から剥離することなく、0℃の水に20分間浸漬して、溶剤を抽出した。NMPの残留量は0.2%であった。   The obtained polymer electrolyte membrane was immersed in water at 0 ° C. for 20 minutes without peeling from the support to extract the solvent. The residual amount of NMP was 0.2%.

溶剤抽出後の高分子電解質膜についてTg測定を行ったが、Tanδのピークは存在しなかった。温度が高くなっても(250℃)、E1及びE2はほとんど低下しておらず、Tgは250℃以上であるとした。また、当該高分子電解質膜のイオン交換容量は2.0meq/gであった。   Tg measurement was performed on the polymer electrolyte membrane after solvent extraction, but no Tan δ peak was present. Even when the temperature increased (250 ° C.), E1 and E2 hardly decreased, and Tg was 250 ° C. or higher. Further, the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane was 2.0 meq / g.

溶剤抽出後、支持体から高分子電解質膜を剥離することなく30℃、20%硫酸水溶液(pKa=−3.0)に30分間浸漬し、次いで、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく30℃の純水に15分間浸漬した後、さらに別の30℃の純水に15分間浸漬した。その後、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく、30℃の2mol/L硫酸マグネシウム水溶液に60分間浸漬し、次いで、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく30℃の純水に15分間浸漬した後、さらに別の30℃の純水に15分間浸漬した。その後、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく30℃で10分間風乾させ、支持体に積層された厚さ30μmの高分子電解質膜を得た。電解質膜中のMgイオン濃度は0.9meq/gであった。   After solvent extraction, the polymer electrolyte membrane is immersed in a 20% sulfuric acid aqueous solution (pKa = −3.0) at 30 ° C. for 30 minutes without peeling off the support, and then the polymer electrolyte membrane is not peeled off from the support. After immersing in pure water at 30 ° C. for 15 minutes, it was further immersed in pure water at 30 ° C. for 15 minutes. Thereafter, the substrate is immersed in a 2 mol / L magnesium sulfate aqueous solution at 30 ° C. for 60 minutes without peeling off the polymer electrolyte membrane from the support, and then in pure water at 30 ° C. for 15 minutes without peeling off the polymer electrolyte membrane from the support. After soaking, it was further soaked in another 30 ° C. pure water for 15 minutes. Thereafter, the polymer electrolyte membrane was air-dried at 30 ° C. for 10 minutes without removing the polymer electrolyte membrane from the support to obtain a 30 μm thick polymer electrolyte membrane laminated on the support. The Mg ion concentration in the electrolyte membrane was 0.9 meq / g.

<マグネシウム二次電池用電解質の製造>
得られた高分子電解質膜を直径16mmの円形に切り出し、120℃で1時間乾燥して水分を除去した後、乾燥した窒素雰囲気下で、20%過塩素酸マグネシウム含有プロピレンカーボネート(電解質溶液)に室温で1時間浸漬して、電解質溶液を含有するマグネシウム二次電池用電解質を製造した。
<Manufacture of electrolyte for magnesium secondary battery>
The obtained polymer electrolyte membrane was cut into a circle having a diameter of 16 mm, dried at 120 ° C. for 1 hour to remove moisture, and then dried into 20% magnesium perchlorate-containing propylene carbonate (electrolyte solution) under a dry nitrogen atmosphere. It was immersed for 1 hour at room temperature to produce an electrolyte for a magnesium secondary battery containing an electrolyte solution.

<マグネシウム二次電池の製造>
正極としてマンガン酸化物とグラファイトとポリ塩化ビニリデンを80:18:2で混合して得られた直径15mm、厚み200μmの円形のペレットを、負極として直径15mm、厚み1mmの円形のマグネシウム板を、それぞれ用い、上記工程を経て得られた電解質膜の両面にそれぞれ重ね、正極を下にして正極缶に入れ、絶縁ガスケットと負極カップをさらに重ねて嵌合し、外径18mm、高さ2mmのコイン型マグネシウムイオン二次電池を作製した。
<Manufacture of magnesium secondary battery>
A circular pellet having a diameter of 15 mm and a thickness of 200 μm obtained by mixing manganese oxide, graphite and polyvinylidene chloride in a ratio of 80: 18: 2 as a positive electrode, and a circular magnesium plate having a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm as a negative electrode, respectively. Used, superimposed on both sides of the electrolyte membrane obtained through the above steps, put in the positive electrode can with the positive electrode facing down, and further overlapped and fitted the insulating gasket and negative electrode cup, coin type of outer diameter 18mm, height 2mm A magnesium ion secondary battery was produced.

得られたマグネシウム二次電池の充放電試験を行ったところ、放電容量は120mAh/gであった。   When the charging / discharging test of the obtained magnesium secondary battery was done, the discharge capacity was 120 mAh / g.

(実施例2)
<高分子電解質膜の製造>
実施例1と同様にしてNMPを溶剤として用いた24%の高分子電解質溶液を調製した。次いで、支持体としての非粘着ポリエチレンテレフタレートフィルム上に、ブレードコーターにて厚みが250μmになるように温度25℃で連続的に電解質溶液を流延した後、25℃、相対湿度90%(飽和蒸気圧に対する水の蒸気圧が90%)の雰囲気下に連続的に1分間暴露した後、25℃の水中に連続的に3分間づつ10回浸漬し溶剤を除去した膜を得た。その後、支持体から高分子電解質膜を剥離することなく、30℃、20%硫酸水溶液(pKa=−3.0)に30分間浸漬し、次いで、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく30℃の純水に15分間浸漬した後、さらに別の30℃の純水に15分間浸漬した。その後、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく、30℃の2mol/L硫酸マグネシウム水溶液に60分間浸漬し、次いで、支持体から高分子電解質膜を剥がすことなく30℃の純水に15分間浸漬した後、さらに別の30℃の純水に15分間浸漬し、支持体に積層された厚さ40μmの高分子電解質膜を得た。電解質膜中のMgイオン濃度は1.0meq/gであった。
(Example 2)
<Manufacture of polymer electrolyte membrane>
In the same manner as in Example 1, a 24% polymer electrolyte solution using NMP as a solvent was prepared. Next, an electrolyte solution was continuously cast on a non-adhesive polyethylene terephthalate film as a support at a temperature of 25 ° C. with a blade coater so as to have a thickness of 250 μm, and then 25 ° C. and a relative humidity of 90% (saturated steam). The film was continuously exposed for 1 minute in an atmosphere where the water vapor pressure was 90%) and then immersed in water at 25 ° C. for 10 minutes every 3 minutes to obtain a film from which the solvent was removed. Thereafter, the polymer electrolyte membrane is immersed in a 20% sulfuric acid aqueous solution (pKa = −3.0) at 30 ° C. for 30 minutes without peeling the polymer electrolyte membrane from the support, and then the polymer electrolyte membrane is not peeled off from the support 30. After dipping in pure water at 15 ° C. for 15 minutes, it was further immersed in pure water at 30 ° C. for 15 minutes. Thereafter, the substrate is immersed in a 2 mol / L magnesium sulfate aqueous solution at 30 ° C. for 60 minutes without peeling off the polymer electrolyte membrane from the support, and then in pure water at 30 ° C. for 15 minutes without peeling off the polymer electrolyte membrane from the support. After dipping, it was further dipped in another 30 ° C. pure water for 15 minutes to obtain a polymer electrolyte membrane having a thickness of 40 μm laminated on the support. The Mg ion concentration in the electrolyte membrane was 1.0 meq / g.

<マグネシウム二次電池用電解質の製造>
得られた高分子電解質膜を直径16mmの円形に切り出し、プロピレンカーボネートの10%水溶液、プロピレンカーボネートの20%水溶液、プロピレンカーボネートの順に、それぞれ25℃で30分間浸漬して、水を除去した後、乾燥した窒素雰囲気下で、20%過塩素酸マグネシウム含有プロピレンカーボネート(電解質溶液)に室温で1時間浸漬して、電解質溶液を含有するマグネシウム二次電池用電解質を製造した。
<Manufacture of electrolyte for magnesium secondary battery>
The obtained polymer electrolyte membrane was cut into a circle having a diameter of 16 mm, and after being immersed in a 10% aqueous solution of propylene carbonate, a 20% aqueous solution of propylene carbonate, and propylene carbonate in this order for 30 minutes, respectively, to remove water, In a dry nitrogen atmosphere, it was immersed in 20% magnesium perchlorate-containing propylene carbonate (electrolyte solution) at room temperature for 1 hour to produce an electrolyte for a magnesium secondary battery containing the electrolyte solution.

<マグネシウム二次電池の製造>
上記工程を経て得られた電解質膜を用いた以外は実施例1と同様にして、コイン型マグネシウムイオン二次電池を作製した。
<Manufacture of magnesium secondary battery>
A coin-type magnesium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte membrane obtained through the above steps was used.

得られたマグネシウム二次電池の充放電試験を行ったところ、放電容量は125mAh/gであった。   When the charging / discharging test of the obtained magnesium secondary battery was done, the discharge capacity was 125 mAh / g.

(比較例1)
実施例1の高分子電解質に代えて、膜厚25μm、平均孔径0.1μm、直径16mmの円形のポリプロピレン多孔膜を用いた以外は実施例1と同様にして、マグネシウムイオン二次電池を作製し、充放電試験を行ったところ、放電容量は5mAh/gであった。
(Comparative Example 1)
A magnesium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a circular polypropylene porous film having a film thickness of 25 μm, an average pore diameter of 0.1 μm, and a diameter of 16 mm was used instead of the polymer electrolyte of Example 1. When the charge / discharge test was conducted, the discharge capacity was 5 mAh / g.

本発明のマグネシウム二次電池用電解質は、ガラス転移温度が150℃以上であり、かつイオン交換容量が1〜5meq/gの高分子電解質を含むため、かかる電解質を用いることにより、性能に優れるマグネシウムイオン二次電池を提供することができ、産業界に大きく寄与するものである。   The magnesium secondary battery electrolyte of the present invention includes a polymer electrolyte having a glass transition temperature of 150 ° C. or higher and an ion exchange capacity of 1 to 5 meq / g. An ion secondary battery can be provided and greatly contributes to the industrial world.

Claims (4)

ガラス転移温度が150℃以上であり、かつイオン交換容量が1〜5meq/gの高分子電解質を含むことを特徴とするマグネシウム二次電池用電解質。   An electrolyte for a magnesium secondary battery, comprising a polymer electrolyte having a glass transition temperature of 150 ° C. or higher and an ion exchange capacity of 1 to 5 meq / g. 前記高分子電解質が、芳香族基と、スルホン酸基および/またはその金属塩とを有している請求項1に記載のマグネシウム二次電池用電解質。   The electrolyte for a magnesium secondary battery according to claim 1, wherein the polymer electrolyte has an aromatic group, a sulfonic acid group and / or a metal salt thereof. 前記金属塩がマグネシウム塩である請求項2に記載のマグネシウム二次電池用電解質。   The electrolyte for a magnesium secondary battery according to claim 2, wherein the metal salt is a magnesium salt. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のマグネシウム二次電池用電解質を用いたことを特徴とするマグネシウム二次電池。   The magnesium secondary battery using the electrolyte for magnesium secondary batteries as described in any one of Claims 1-3.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013108309A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 株式会社豊田自動織機 Secondary battery
JP2018517260A (en) * 2015-06-08 2018-06-28 イオニツク・マテリアルズ・インコーポレーテツド Battery having a polyvalent metal negative electrode
US11611104B2 (en) 2012-04-11 2023-03-21 Ionic Materials, Inc. Solid electrolyte high energy battery
US11749833B2 (en) 2012-04-11 2023-09-05 Ionic Materials, Inc. Solid state bipolar battery
US11949105B2 (en) 2012-04-11 2024-04-02 Ionic Materials, Inc. Electrochemical cell having solid ionically conducting polymer material

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013108309A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 株式会社豊田自動織機 Secondary battery
CN104054210A (en) * 2012-01-20 2014-09-17 株式会社丰田自动织机 Secondary battery
JPWO2013108309A1 (en) * 2012-01-20 2015-05-11 株式会社豊田自動織機 Secondary battery
US9444100B2 (en) 2012-01-20 2016-09-13 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Secondary battery
US11611104B2 (en) 2012-04-11 2023-03-21 Ionic Materials, Inc. Solid electrolyte high energy battery
US11749833B2 (en) 2012-04-11 2023-09-05 Ionic Materials, Inc. Solid state bipolar battery
US11949105B2 (en) 2012-04-11 2024-04-02 Ionic Materials, Inc. Electrochemical cell having solid ionically conducting polymer material
JP2018517260A (en) * 2015-06-08 2018-06-28 イオニツク・マテリアルズ・インコーポレーテツド Battery having a polyvalent metal negative electrode
JP7160534B2 (en) 2015-06-08 2022-10-25 イオニツク・マテリアルズ・インコーポレーテツド Battery with polyvalent metal anode

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