JP2015149223A - polymer membrane - Google Patents

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大野 工司
Koji Ono
工司 大野
敬亘 辻井
Takanobu Tsujii
敬亘 辻井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method for easily obtaining a polymer membrane excellent in ion conductivity, and a polymer membrane obtained by the production method.SOLUTION: A polymer membrane contains a resin constituting a polymer membrane, an ionic liquid, and surface-modified fine particles.

Description

本発明は、高分子膜に関する。   The present invention relates to a polymer membrane.

イオン伝導性材料は、電気化学分野において鍵となる材料であり、古くから環境・エネルギー分野に深く関わっている。そして、現在では、二次電池や燃料電池、電気化学キャパシタなどの電気化学デバイス(エネルギーデバイス)における発電および充放電の効率化、安全性および耐久性等の向上などのために、高性能なイオン伝導性材料が国内及び国外で開発されている。   Ion conductive materials are key materials in the electrochemical field, and have been deeply involved in the environment and energy fields since ancient times. At present, high-performance ions are used to improve power generation and charge / discharge efficiency, safety and durability in electrochemical devices (energy devices) such as secondary batteries, fuel cells, and electrochemical capacitors. Conductive materials are being developed domestically and abroad.

特開2009-59659号公報JP 2009-59659 WO2011/049113号公報WO2011 / 049113 Publication

Takahiro Ichikawa; Masafumi Yoshio; Atsushi Hamasaki; Tomohiro Mukai; Hiroyuki Ohno; Takashi Kato; J.Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10662-10663.Takahiro Ichikawa; Masafumi Yoshio; Atsushi Hamasaki; Tomohiro Mukai; Hiroyuki Ohno; Takashi Kato; J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10662-10663. Jae-Hong Choi; Yuesheng Ye; Yossef A. Elabd; Karen I. Winey; Macromolecules 2013, 46, 5290-5300.Jae-Hong Choi; Yuesheng Ye; Yossef A. Elabd; Karen I. Winey; Macromolecules 2013, 46, 5290-5300. Takaya Sato; Takashi Morinaga; Shoko Marukane, Takuya Narutomi; Tatsuya Igarashi; Yuko Kawano, Kohji Ohno; Takeshi Fukuda; Yoshinobu Tsujii; Adv. Mater. 2011, 23, 4868-4872.Takaya Sato; Takashi Morinaga; Shoko Marukane, Takuya Narutomi; Tatsuya Igarashi; Yuko Kawano, Kohji Ohno; Takeshi Fukuda; Yoshinobu Tsujii; Adv. Mater. 2011, 23, 4868-4872.

しかしながら、イオン伝導性材料としての高分子膜は種々検討されているが、イオン伝導パスが構築された高分子膜(特に、イオン液体とポリマーとを複合化した高分子膜)を簡便に得る手法はほとんど例がないのが現状である。イオン液体を含む複合化膜に関する数少なくい例の一つとして、イオン液体を含有した高分子架橋ゲルを作成する手法も考えられるが、当該手法ではゲル化によって元のイオン液体それ自体よりもイオン伝導性が著しく低下してしまうという問題がある。   However, various polymer membranes as ion-conducting materials have been studied, but a technique for easily obtaining a polymer membrane with an ion conduction path (particularly, a polymer membrane in which an ionic liquid and a polymer are combined). There are almost no examples. As one of the few examples of composite membranes containing ionic liquids, a technique for creating polymer cross-linked gels containing ionic liquids is also conceivable. However, in this technique, ionic conduction is improved by gelation rather than the original ionic liquid itself. There is a problem that the performance is significantly reduced.

そこで、本発明は、イオン伝導性に優れた高分子膜を簡便に得るための製造方法、及び当該製造方法により得られる高分子膜を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a production method for easily obtaining a polymer membrane excellent in ion conductivity and a polymer membrane obtained by the production method.

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、特定の成分を組み合わせて使用する高分子膜は、上記目的を達成し、イオン液体によるイオン伝導パスが構築された(即ち、イオン伝導性に優れた)高分子膜が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have achieved a polymer membrane that uses a specific component in combination to achieve the above-mentioned purpose, and an ionic liquid conduction path has been established (that is, excellent ionic conductivity). The present inventors have found that a polymer film can be obtained and have completed the present invention.

即ち、本発明は、下記の高分子膜、高分子膜の製造方法及び当該高分子膜を有する電気化学デバイスに関する。
1. 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有することを特徴とする高分子膜。
2. 前記表面修飾された微粒子が、重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子である、上記項1に記載の高分子膜。
3. 前記高分子グラフト鎖がポリスチレン及びポリスチレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種からなる、上記項2に記載の高分子膜。
4. 前記高分子膜を構成する樹脂が、ポリスチレン、ポリスチレン誘導体、ポリイミド及びポリイミド誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種である、上記項1〜3のいずれかに記載の高分子膜。
5. 前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドである、上記項1〜4のいずれかに記載の高分子膜。
6. 前記イオン液体の含有量が前記表面修飾された微粒子の含有量よりも多い、上記項1〜5のいずれかに記載の高分子膜。
7. 前記表面修飾された微粒子の含有量が、前記高分子膜全体に対して1〜20質量%である、上記項1〜6のいずれかに記載の高分子膜。
8. 前記イオン液体の含有量が、前記高分子膜全体に対して20〜80質量%である、上記項1〜7のいずれかに記載の高分子膜。
9. 前記高分子膜を構成する樹脂の含有量が、前記高分子膜全体に対して10〜90質量%である、上記項1〜8のいずれかに記載の高分子膜。
10. 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する高分子膜の製造方法であって、以下の工程1〜3:
(i) 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、表面修飾された微粒子、及び溶媒を含有する高分子膜製造用樹脂組成物を調製する工程1;
(ii) 前記樹脂組成物を塗布する工程2;並びに、
(iii) 前記樹脂組成物中の溶媒を気化させることにより、前記高分子膜を形成する工程3;
を含むことを特徴とする、高分子膜の製造方法。
11. 上記項1〜9のいずれかに記載の高分子膜を有する電気化学デバイス。
12. 前記電気化学デバイスが電気化学キャパシタ又は二次電池である、上記項11に記載の電気化学デバイス。
That is, the present invention relates to the following polymer film, a method for producing the polymer film, and an electrochemical device having the polymer film.
1. A polymer film comprising a resin, an ionic liquid, and surface-modified fine particles constituting the polymer film.
2. Item 2. The polymer film according to Item 1, wherein the surface-modified fine particle is a composite fine particle comprising a polymer brush layer comprising a polymer graft chain formed by polymerizing a monomer having a polymerizable functional group.
3. Item 3. The polymer film according to Item 2, wherein the polymer graft chain is made of at least one selected from the group consisting of polystyrene and polystyrene derivatives.
4). Item 4. The polymer film according to any one of Items 1 to 3, wherein the resin constituting the polymer film is at least one selected from the group consisting of polystyrene, polystyrene derivatives, polyimides, and polyimide derivatives.
5. Item 5. The polymer film according to any one of Items 1 to 4, wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide.
6). Item 6. The polymer film according to any one of Items 1 to 5, wherein the content of the ionic liquid is greater than the content of the surface-modified fine particles.
7). Item 7. The polymer film according to any one of Items 1 to 6, wherein the content of the surface-modified fine particles is 1 to 20% by mass with respect to the entire polymer film.
8). Item 8. The polymer film according to any one of Items 1 to 7, wherein the content of the ionic liquid is 20 to 80% by mass with respect to the entire polymer film.
9. Item 9. The polymer film according to any one of Items 1 to 8, wherein the content of the resin constituting the polymer film is 10 to 90% by mass with respect to the entire polymer film.
10. A method for producing a polymer film comprising a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, and surface-modified fine particles, comprising the following steps 1-3:
(i) Step 1 of preparing a resin composition for producing a polymer film comprising a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, surface-modified fine particles, and a solvent;
(ii) Step 2 of applying the resin composition; and
(iii) Step 3 of forming the polymer film by vaporizing a solvent in the resin composition;
A method for producing a polymer film, comprising:
11. 10. An electrochemical device having the polymer film according to any one of items 1 to 9.
12 Item 12. The electrochemical device according to Item 11, wherein the electrochemical device is an electrochemical capacitor or a secondary battery.

用語の定義
ここで、本明細書の用語を定義する。
Definition of Terms Here, terms of the present specification are defined.

「イオン液体」とは、イオン性液体又は常温溶融塩とも呼称される、イオン伝導性を有する低融点の塩であって、その多くは、カチオンとしての有機オニウムイオンと、アニオンとしての有機又は無機アニオンとを組み合わせることにより得られる比較低融点の特性を有するものを意味する。融点は、通常100℃以下、好ましくは室温(25℃)以下である。   “Ionic liquid” is a low melting point salt having ionic conductivity, also called an ionic liquid or a room temperature molten salt, many of which are organic onium ions as cations and organic or inorganic as anions. It means that having a characteristic of a comparatively low melting point obtained by combining with an anion. The melting point is usually 100 ° C. or lower, preferably room temperature (25 ° C.) or lower.

「表面修飾された微粒子」とは、微粒子表面に対して修飾物(例:後述する高分子グラフト鎖)が化学的に結合された微粒子を意味するものであり、「微粒子(又は表面修飾されていない微粒子)」とは区別して使用される。   “Surface-modified fine particles” mean fine particles in which a modified product (eg, a polymer graft chain described later) is chemically bonded to the fine particle surface. Not fine particles) ”and is used separately.

「複合微粒子」とは、高分子グラフト鎖が微粒子表面に結合して形成されるものを意味する。   The “composite fine particles” mean those formed by bonding polymer graft chains to the surface of the fine particles.

「ポリマーブラシ層」とは、多数の高分子グラフト鎖が高密度で表面に垂直方向に異方的な形態を有する状態で微粒子の表面に結合している際の当該高分子グラフト層を意味する。「高分子グラフト鎖」は、モノマー単独のホモポリマーに限定されず、種類の異なる複数のモノマーのランダムコポリマーやブロックコポリマーをも包含する。   “Polymer brush layer” means a polymer graft layer in which a large number of polymer graft chains are bonded to the surface of fine particles in a state having a high density and an anisotropic shape perpendicular to the surface. . The “polymer graft chain” is not limited to a homopolymer of a monomer alone, but also includes a random copolymer or a block copolymer of a plurality of different monomers.

「表面占有率」とは、微粒子表面上におけるモノマー断面積あたりの高分子鎖の本数を指す。更に、「結合」とは、一般的な化学反応により形成される結合を意味し、具体的には、共有結合及びイオン結合が挙げられる。   “Surface occupancy” refers to the number of polymer chains per monomer cross-sectional area on the surface of fine particles. Furthermore, the “bond” means a bond formed by a general chemical reaction, and specifically includes a covalent bond and an ionic bond.

「分子量分布指数」とは、Mw(重量平均分子量)/Mn(数平均分子量)の比を指す。   “Molecular weight distribution index” refers to the ratio of Mw (weight average molecular weight) / Mn (number average molecular weight).

「高分子膜」は、構造体が自立的に一定の形と体積を有し、外から加えられる力に抵抗する性質を持ち、流動しない状態であって、室温以上の温度において、自立性のある固体状の膜である。外力に対して抵抗する力を表す方法として、破断強度が挙げられる。   “Polymer membrane” is a structure in which the structure has a self-supporting shape and volume, resists the force applied from the outside, does not flow, and is self-supporting at temperatures above room temperature. It is a certain solid film. An example of a method for expressing a force that resists external force is breaking strength.

パラメータの測定方法
次に、本明細書中に規定された主要な各種パラメータの測定方法を列記する。
Method for Measuring Parameters Next, methods for measuring various main parameters defined in this specification will be listed.

(グラフト密度及び表面占有率の測定方法)
グラフト密度は、グラフト鎖のMn(数平均分子量)の絶対値、グラフトされたポリマー量(グラフト量)、微粒子の比表面積より算出する。Mnの絶対値はゲルパーミエーションクロマトグラフ法或いは重合率より、グラフト量は熱重量分析法或いは各種分光法等により決定し、比表面積は微粒子粒径より算出する。なお、表面占有率は、ポリマーの伸びきり形態における繰り返し単位長さとポリマー(あるいはモノマー)のバルク密度より断面積を求め、グラフト密度を掛けて算出する。ここで、グラフト密度の理論最大値は、モノマーの大きさ(高分子の断面積)による。大きなサイズのモノマーであれば最大グラフト密度は小さくなる。他方、表面占有率は、モノマー断面積(ポリマー断面積)当たりのグラフト密度であり、モノマーの大きさ(ポリマーの太さ)の違いを補正し、最大値は100%である。占有率は、表面をグラフト点(1つ目のモノマー)が占める割合という意味になる(最密充填で100%、これ以上にはグラフトできない)。
(Method for measuring graft density and surface occupancy)
The graft density is calculated from the absolute value of Mn (number average molecular weight) of the graft chain, the amount of grafted polymer (graft amount), and the specific surface area of the fine particles. The absolute value of Mn is determined by gel permeation chromatography or polymerization rate, the graft amount is determined by thermogravimetric analysis or various spectroscopic methods, and the specific surface area is calculated from the particle size of fine particles. The surface occupancy is calculated by obtaining the cross-sectional area from the repeating unit length in the fully extended form of the polymer and the bulk density of the polymer (or monomer) and multiplying by the graft density. Here, the theoretical maximum value of the graft density depends on the size of the monomer (cross-sectional area of the polymer). The maximum graft density is small for large size monomers. On the other hand, the surface occupancy is the graft density per monomer cross-sectional area (polymer cross-sectional area), and the maximum value is 100% by correcting the difference in monomer size (polymer thickness). Occupancy rate means the proportion of the surface occupied by graft points (first monomer) (100% with closest packing, and cannot be grafted beyond this).

(破断強度)
サンプルを23℃、65%の恒温室で12時間以上放置した後に、幅5mm、長さ50mmに切断する。そして、JIS K7113に基づき、(株)島津製作所製精密万能試験機AGS−1KNGを用いて当該切断サンプルの破断強度を測定する。
(Breaking strength)
The sample is left in a thermostatic chamber at 23 ° C. and 65% for 12 hours or more, and then cut into a width of 5 mm and a length of 50 mm. Then, based on JIS K7113, the breaking strength of the cut sample is measured using a precision universal testing machine AGS-1KNG manufactured by Shimadzu Corporation.

(イオン伝導度)
サンプル(高分子膜)をくし形電極上に作成し、電極に直接取り付けたリード線にLCRメータを使って電圧10mVの交流電圧を周波数2MHzから10Hzまで変えながら印加し、電流と位相角の応答を測定する。イオン伝導度は、一般的に行われている方法でCole−Coleプロットの実数軸との切片から求める。尚、この測定は試料を恒温湿槽の中に入れて所定温度で測定する。
(Ionic conductivity)
Create a sample (polymer film) on a comb-shaped electrode, apply an AC voltage of 10 mV to a lead wire directly attached to the electrode while changing the voltage from 10 MHz to 10 Hz using an LCR meter, and response of current and phase angle Measure. The ionic conductivity is obtained from the intercept of the Cole-Cole plot with the real axis by a generally used method. In this measurement, the sample is placed in a constant temperature and humidity chamber and measured at a predetermined temperature.

(重量平均分子量、数平均分子量)
グラフトポリマーのMw(重量平均分子量)及びMn(数平均分子量)は、フッ化水素酸処理によりシリカ粒子よりグラフトポリマーを切り出す、或いは、重合時に生成するフリーポリマーがグラフトポリマーと等しい分子量を有すると仮定して、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法により見積もる。なお、Mnの絶対値に関しては、重合率より算出する。
(Weight average molecular weight, number average molecular weight)
Mw (weight average molecular weight) and Mn (number average molecular weight) of the graft polymer are assumed to be obtained by cutting out the graft polymer from the silica particles by hydrofluoric acid treatment, or the free polymer produced during polymerization has the same molecular weight as the graft polymer. Then, it is estimated by gel permeation chromatography. The absolute value of Mn is calculated from the polymerization rate.

1.本発明の高分子膜
本発明の高分子膜は、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する。本発明の高分子膜は、イオン液体含有ブレンド膜、又は単に高分子膜とも称される。
1. Polymer membrane of the present invention >>
The polymer film of the present invention contains a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, and surface-modified fine particles. The polymer membrane of the present invention is also referred to as an ionic liquid-containing blend membrane or simply a polymer membrane.

ここで、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子の各成分、並びに本発明の高分子膜の物性等について、以下説明する。なお、本明細書において引用した特許、特許出願及び文献は、その内容自体が本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきである。   Here, each component of resin, ionic liquid, and surface-modified fine particles constituting the polymer film, and physical properties of the polymer film of the present invention will be described below. It should be noted that the contents of the patents, patent applications, and documents cited in this specification should be incorporated as references to this specification in the same manner as the contents themselves are described in this specification.

高分子膜を構成する樹脂
本発明の高分子膜は、高分子膜を構成する樹脂(以下、母材樹脂(matrix polymer)ともいう)を含有する。
Resin constituting the polymer film The polymer film of the present invention contains a resin constituting the polymer film (hereinafter also referred to as a matrix polymer).

母材樹脂の種類としては、イオン液体及び表面修飾された微粒子を含有した上で高分子膜を形成できれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用することができる。具体的な母材樹脂としては、ポリスチレン又はその誘導体、ポリアクリル酸又はその誘導体、ポリメタクリル酸又はその誘導体、ポリアクリルアミド又はその誘導体、ポリメタクリルアミド又はその誘導体、ポリアクリロニトリル、ポリイミド又はその誘導体、ポリ乳酸又はその誘導体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリカーボネート等を例示することができる。好ましい母材樹脂は、ポリスチレン、ポリスチレン誘導体、ポリイミド及びポリイミド誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種である。母材樹脂は、市販品を使用することができる。母材樹脂の各物性(例えば、重量平均分子量等)も、高分子膜を形成できれば特に限定されない。当該母材樹脂は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。   The type of base material resin is not particularly limited as long as it contains a ionic liquid and surface-modified fine particles and can form a polymer film. For example, any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used. . Specific matrix resins include polystyrene or derivatives thereof, polyacrylic acid or derivatives thereof, polymethacrylic acid or derivatives thereof, polyacrylamide or derivatives thereof, polymethacrylamide or derivatives thereof, polyacrylonitrile, polyimide or derivatives thereof, poly Examples thereof include lactic acid or derivatives thereof, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, and polycarbonate. A preferable base material resin is at least one selected from the group consisting of polystyrene, polystyrene derivatives, polyimides and polyimide derivatives. A commercially available product can be used as the base material resin. Each physical property (for example, weight average molecular weight) of the base resin is not particularly limited as long as a polymer film can be formed. The matrix resin can be used alone or in combination of two or more.

母材樹脂の含有量は、高分子膜を形成できれば特に限定されないが、高分子膜全体に対して10〜90質量%であることが好ましく、高分子膜全体に対して20〜80質量%であることがより好ましく、高分子膜全体に対して25〜50質量%がさらに好ましい。   The content of the base resin is not particularly limited as long as the polymer film can be formed, but is preferably 10 to 90% by mass with respect to the entire polymer film, and 20 to 80% by mass with respect to the entire polymer film. More preferably, it is more preferably 25 to 50% by mass with respect to the entire polymer membrane.

イオン液体
本発明の高分子膜は、イオン液体を含有する。イオン液体は、難燃性、高耐熱性、高イオン伝導性等の特徴を有する。
Ionic liquid The polymer membrane of the present invention contains an ionic liquid. The ionic liquid has characteristics such as flame retardancy, high heat resistance, and high ionic conductivity.

イオン液体としては、特に限定されない。例えば、カチオンとしては、四級アンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、四級ホスホニウム塩、グアニジニウム塩、イソウロニウム塩、チオウロニウム塩等のイオン液体が挙げられる。アニオンとしては、N(CFSO {TFSI}、BF 、PF 、BFCF 等が挙げられる。イオン液体としては、特に、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(EMI-TFSI)が好ましい。イオン液体は、市販品を使用することができる。当該イオン液体は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The ionic liquid is not particularly limited. For example, examples of the cation include ionic liquids such as quaternary ammonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, pyrrolidinium salts, quaternary phosphonium salts, guanidinium salts, isouronium salts, and thiouronium salts. Examples of the anion, N (CF 3 SO 2) 2 - {TFSI}, BF 4 -, PF 6 -, BF 3 CF 3 - , and the like. As the ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (EMI-TFSI) is particularly preferable. A commercial item can be used for the ionic liquid. The ionic liquids can be used alone or in combination of two or more.

イオン液体の含有量は、後述する表面修飾された微粒子の含有量よりも多いことが好ましい。イオン液体含有量が表面修飾された微粒子の含有量よりも多い場合、高分子膜中にイオン液体のネットワーク構造によるイオン伝導パスがより好適に形成される。イオン液体の含有量は、具体的には、高分子膜全体に対して20〜80質量%が好ましく、高分子膜全体に対して30〜70質量%がより好ましく、高分子膜全体に対して40〜65質量%がさらに好ましい。   The content of the ionic liquid is preferably larger than the content of the surface-modified fine particles described later. When the content of the ionic liquid is larger than the content of the surface-modified fine particles, an ion conduction path due to the network structure of the ionic liquid is more suitably formed in the polymer film. Specifically, the content of the ionic liquid is preferably 20 to 80% by mass with respect to the entire polymer film, more preferably 30 to 70% by mass with respect to the entire polymer film, and relative to the entire polymer film. More preferred is 40 to 65% by mass.

表面修飾された微粒子
本発明の高分子膜は、表面修飾された微粒子を含有する。
Surface-modified fine particles The polymer film of the present invention contains surface-modified fine particles.

表面修飾された微粒子としては、重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子(以下、単にポリマーブラシ層を備える複合微粒子又は複合微粒子ともいう)が好ましい。当該ポリマーブラシ層を備える複合微粒子は、モノマーを原料とする高分子グラフト鎖が微粒子の表面上に結合基を介して超高密度で結合している。その結果、隣接するグラフト鎖間の立体反発によりグラフト鎖は異方的な形態をとり、ポリマーブラシを形成する。ここでは、当該ポリマーブラシ層を備える複合微粒子を「高分子グラフト鎖部」、「微粒子部」、「結合基部」に分けた上、これらを順に説明することとする。そして、その後、当該複合微粒子の構造及び物性を詳述することとする。   As the surface-modified fine particles, composite fine particles having a polymer brush layer made of a polymer graft chain formed by polymerization of a monomer having a polymerizable functional group (hereinafter also simply referred to as composite fine particles having a polymer brush layer or composite fine particles) Is preferred. In the composite fine particles provided with the polymer brush layer, polymer graft chains made of monomers as raw materials are bonded to the surface of the fine particles at a very high density via bonding groups. As a result, the graft chain takes an anisotropic form due to steric repulsion between adjacent graft chains, and forms a polymer brush. Here, the composite fine particles including the polymer brush layer are divided into “polymer graft chain part”, “fine particle part”, and “bonding base part”, and these will be described in order. Thereafter, the structure and physical properties of the composite fine particles will be described in detail.

高分子グラフト鎖部
高分子グラフト鎖部は、モノマー単独のホモポリマー、種類の異なる複数のモノマーのランダムコポリマーやブロックコポリマーからなる。
( Polymer graft chain )
The polymer graft chain part is composed of a homopolymer of a monomer alone, a random copolymer or a block copolymer of a plurality of different monomers.

上記高分子グラフト鎖部のホモポリマー又はコポリマー(ランダムコポリマー又はブロックコポリマー)を構成するモノマーとしては、特に限定されず、例えば、スチレン又はその誘導体、アクリル酸又はその誘導体、メタクリル酸又はその誘導体、アクリルアミド又はその誘導体、メタクリルアミド又はその誘導体、イオン液体モノマー、酢酸ビニル、アクリロニトリル、エチレンオキシド等が挙げられる。なお、上述のコポリマーは、上記モノマーを適宜組み合わせて得られるポリマーである。   The monomer constituting the polymer graft chain homopolymer or copolymer (random copolymer or block copolymer) is not particularly limited. For example, styrene or a derivative thereof, acrylic acid or a derivative thereof, methacrylic acid or a derivative thereof, acrylamide Alternatively, derivatives thereof, methacrylamide or derivatives thereof, ionic liquid monomers, vinyl acetate, acrylonitrile, ethylene oxide, and the like can be given. The above-mentioned copolymer is a polymer obtained by appropriately combining the above monomers.

イオン液体モノマーとしては、重合性官能基とイオン基を有する限り特に限定されない。ここで、原料であるイオン液体モノマーは、四級アンモニウム塩系重合性イオン液体、イミダゾリウム塩系重合性イオン液体、ピリジニウム塩系重合性イオン液体、ピロリジニウム塩系重合性イオン液体、四級ホスホニウム系重合性イオン液体、グアニジニウム塩系重合性イオン液体、イソウロニウム塩系重合性イオン液体、チオウロニウム塩系重合性イオン液体等が挙げられる。特に、アンモニウム塩型のイオン液体は、イミダゾリウム塩あるいはピリジニウム塩型イオン液体に比べて耐電圧性が高い。すなわち、低い還元分解電位と高い酸化分解電位を有し、広い電圧範囲で安定であり、四級アンモニウム塩系重合性イオン液体が、広い電位窓と低い粘性のため好適である。特に比較的短いC1〜C5程度のアルキル基を有するアンモニウム塩型イオン液体は、その粘度も低くより好適である。   The ionic liquid monomer is not particularly limited as long as it has a polymerizable functional group and an ionic group. Here, the raw material ionic liquid monomer is quaternary ammonium salt polymerizable ionic liquid, imidazolium salt polymerizable ionic liquid, pyridinium salt polymerizable ionic liquid, pyrrolidinium salt polymerizable ionic liquid, quaternary phosphonium type Examples thereof include a polymerizable ionic liquid, a guanidinium salt-based polymerizable ionic liquid, an isouronium salt-based polymerizable ionic liquid, and a thiouronium salt-based polymerizable ionic liquid. In particular, ammonium salt type ionic liquids have higher voltage resistance than imidazolium salt or pyridinium salt type ionic liquids. That is, it has a low reductive decomposition potential and a high oxidative decomposition potential, is stable in a wide voltage range, and a quaternary ammonium salt-based polymerizable ionic liquid is preferable because of its wide potential window and low viscosity. In particular, an ammonium salt type ionic liquid having a relatively short alkyl group of about C1 to C5 is more suitable because of its low viscosity.

なお、原料であるイオン液体モノマーは、重合基とイオン基の他、他の官能基を有していてもよい。例えば、より高いプロトン伝導度を達成するために、強酸基(例えばスルホン酸基)を有するものを使用してもよい。また、より高いプロトン伝導度を達成するに際しては、強酸基を有するイオン液体モノマーを使用しなくとも、強酸基を有する他のモノマーと組み合わせる形であってもよい。   In addition, the ionic liquid monomer which is a raw material may have other functional groups in addition to the polymerization group and the ionic group. For example, in order to achieve higher proton conductivity, those having strong acid groups (for example, sulfonic acid groups) may be used. In order to achieve higher proton conductivity, the ionic liquid monomer having a strong acid group may be used in combination with another monomer having a strong acid group.

当該複合微粒子を製造する際、リビングラジカル重合により製造することが好適であるので、当該重合官能基はラジカル重合性官能基であることが好適である。特に、アクリロイル基、メタクリロイル基またはビニル基が好ましい。上述の高分子グラフト鎖部のホモポリマー又はコポリマーを構成するモノマーの中でも、スチレン及びスチレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種が特に好適である(つまり、高分子グラフト鎖がポリスチレン及びポリスチレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種からなることが特に好適である)。   Since the composite fine particles are preferably manufactured by living radical polymerization, it is preferable that the polymerizable functional group is a radical polymerizable functional group. In particular, an acryloyl group, a methacryloyl group, or a vinyl group is preferable. Among the monomers constituting the above-mentioned polymer graft chain homopolymer or copolymer, at least one selected from the group consisting of styrene and styrene derivatives is particularly suitable (that is, the polymer graft chain is polystyrene and polystyrene derivatives). It is particularly preferred that it consists of at least one selected from the group consisting of:

高分子グラフト鎖の重量平均分子量は、特に限定されないが、1000〜300,000が好適であり、2000〜100,000がより好適であり、4000〜70,000が更に好適である。重量平均分子量は、使用する原料や用途等に応じ、適宜決定することが好適である。更に、高分子グラフト鎖の分子量分布指数は、1.5以下であることが好ましく、1.3以下であることがより好ましく、1.2以下であることがさらに好ましい。   The weight average molecular weight of the polymer graft chain is not particularly limited, but is preferably 1000 to 300,000, more preferably 2000 to 100,000, and still more preferably 4000 to 70,000. It is preferable that the weight average molecular weight is appropriately determined according to the raw materials used, applications, and the like. Furthermore, the molecular weight distribution index of the polymer graft chain is preferably 1.5 or less, more preferably 1.3 or less, and even more preferably 1.2 or less.

微粒子部
次に、ポリマーブラシ層を備える複合微粒子に使用される微粒子は、特に限定されず、無機物質であっても有機物質であってもよい。例えば、シリカ等のケイ素酸化物;Au(金)、Ag(銀)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)等の貴金属;Ti、Zr、Ta、Sn、Zn、Cu、V、Sb、In、Hf、Y、Ce、Sc、La、Eu、Ni、Co、Fe等の遷移金属、それらの酸化物又は窒化物等の無機物質;或いはポリマー等の有機物質であるものが挙げられる。当該微粒子は、ポリマーブラシ層を備える複合微粒子において、コアとなる部分である。
( Fine particle part )
Next, the fine particles used for the composite fine particles including the polymer brush layer are not particularly limited, and may be an inorganic substance or an organic substance. For example, silicon oxide such as silica; noble metals such as Au (gold), Ag (silver), Pt (platinum), Pd (palladium); Ti, Zr, Ta, Sn, Zn, Cu, V, Sb, In, Examples thereof include transition metals such as Hf, Y, Ce, Sc, La, Eu, Ni, Co, and Fe, inorganic substances such as oxides or nitrides thereof, or organic substances such as polymers. The fine particles are core portions in the composite fine particles including the polymer brush layer.

上記コアとなる部分である微粒子の平均粒径は、当該微粒子表面から超高密度でグラフト重合させるためには、5nm〜30μmが好ましく、10nm〜10μmがより好ましく、10nm〜1μmがさらに好ましい。また、当該微粒子は、粒子径のばらつきが20%以下である「粒径分布の狭い微粒子」であることが好ましい。粒子径のばらつきとは、具体的に、次の(1)式:
粒子径のばらつき(%)=σ×100/dmean (1)
((1)式中、σは標準偏差、dmeanは平均粒径である)で算出される。標準偏差σは、次の(2)式:
The average particle size of the fine particles, which are the core portions, is preferably 5 nm to 30 μm, more preferably 10 nm to 10 μm, and even more preferably 10 nm to 1 μm, in order to perform graft polymerization from the surface of the fine particles with ultra high density. The fine particles are preferably “fine particles with a narrow particle size distribution” having a particle size variation of 20% or less. Specifically, the variation in particle diameter is the following formula (1):
Variation in particle diameter (%) = σ × 100 / d mean (1)
(In the formula (1), σ is a standard deviation and d mean is an average particle diameter). The standard deviation σ is the following equation (2):

Figure 2015149223
Figure 2015149223

で表される。なお、本明細書において、当該コアとなる部分の微粒子の平均粒径とは、動的光散乱法により測定される質量基準(体積基準)の平均粒径を示すものであり、各種市販の動的光散乱式粒子径・粒度分布測定装置により測定して得られる。なお、粒子径のばらつきの概念及び測定方法は、特開2006−208453にも記載されている。 It is represented by In the present specification, the average particle size of the fine particles of the core portion indicates an average particle size based on mass (volume basis) measured by a dynamic light scattering method. It is obtained by measuring with an automatic light scattering type particle size / particle size distribution measuring device. The concept of particle size variation and the measurement method are also described in JP-A-2006-208453.

ポリマーブラシ鎖長は3nm〜100μm程度の範囲で自由な長さでコントロール可能である。ポリマーブラシ鎖長の範囲として、好ましくは3nm〜1μm、より好ましくは3nm〜100nmである。また、当該ポリマーブラシ鎖(ポリマーブラシ層)を含めた複合微粒子全体の直径の範囲は、10nm〜30μm程度が好ましく、10nm〜20μmがより好ましく、15nm〜10μmがさらに好ましく、20nm〜3μmが特に好ましい。   The polymer brush chain length can be controlled by a free length in the range of about 3 nm to 100 μm. The range of the polymer brush chain length is preferably 3 nm to 1 μm, more preferably 3 nm to 100 nm. The diameter range of the composite fine particles including the polymer brush chain (polymer brush layer) is preferably about 10 nm to 30 μm, more preferably 10 nm to 20 μm, further preferably 15 nm to 10 μm, and particularly preferably 20 nm to 3 μm. .

結合基部
次に、ポリマーブラシ層を備える複合微粒子に使用される結合基は、微粒子表面と高分子グラフト鎖とを結合するものである限り特に限定されない。ここで、この結合基部の原料となる化合物は、微粒子表面に結合する基とリビングラジカル重合のための重合開始基とを有する化合物である。例えば、微粒子としてシリカを選択した場合、当該原料化合物の一例は、例えば、以下の式:
( Bonding base )
Next, the bonding group used for the composite fine particle having the polymer brush layer is not particularly limited as long as it binds the fine particle surface and the polymer graft chain. Here, the compound used as the raw material of the bonding group is a compound having a group bonded to the surface of the fine particles and a polymerization initiating group for living radical polymerization. For example, when silica is selected as the fine particles, an example of the raw material compound is, for example, the following formula:

Figure 2015149223
Figure 2015149223

(式中、スペーサー鎖長nは、1〜10の整数であることが好ましく、3〜8の整数がより好ましく、6が最も好ましい;Rは、C1〜C3アルキルであることが好ましく、C1又はC2アルキルがより好ましい;Rは、C1又はC2アルキルであることが好ましい;Xは、ハロゲン原子が好ましく、特にBrが好ましい)で示される、重合開始基含有シランカップリング剤である。当該重合開始基含有シランカップリング剤は、例えばWO2006/087839に記載された方法に従い製造可能である。代表的な重合開始基含有シランカップリング剤には、例えば(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシヘキシルトリエトキシシラン(BHE)、(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシプロピルトリエトキシシラン(BPE)等が挙げられる。尚、グラフト密度調整の観点から、重合開始基含有シランカップリング剤に加え、重合開始基を含有しないシランカップリング剤(例えば、一般に使用されるアルキルシランカップリング剤)を使用してもよい。尚、微粒子自体が既に重合開始部位を有している等の場合(例えば、元々有している場合や、プラズマ処理等により表面処理された結果として形成された場合)には、結合基部は存在していなくともよい(微粒子が結合基部を有しているともいえる)。 (In the formula, the spacer chain length n is preferably an integer of 1 to 10, more preferably an integer of 3 to 8, most preferably 6, R 1 is preferably C1 to C3 alkyl, and C1. R 2 is preferably C 1 or C 2 alkyl; X is preferably a halogen atom, and particularly preferably Br). The polymerization initiating group-containing silane coupling agent can be produced, for example, according to the method described in WO2006 / 087839. Typical polymerization initiation group-containing silane coupling agents include, for example, (2-bromo-2-methyl) propionyloxyhexyltriethoxysilane (BHE), (2-bromo-2-methyl) propionyloxypropyltriethoxysilane ( BPE) and the like. In addition, from a viewpoint of graft density adjustment, in addition to a polymerization initiating group-containing silane coupling agent, a silane coupling agent that does not contain a polymerization initiating group (for example, a commonly used alkylsilane coupling agent) may be used. In addition, when the fine particle itself already has a polymerization initiation site (for example, when it originally has, or when it is formed as a result of surface treatment by plasma treatment or the like), the bonding base is present. (It can be said that the fine particles have a bonding base).

ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の構造
複合微粒子は、重合性官能基を有するモノマーを原料とする高分子グラフト鎖が微粒子の表面上に結合基を介して超高密度で結合している(ブラシ状)。ここで、微粒子表面上のグラフト鎖の表面占有率は、数%以上の高密度であることが好ましく、より好ましくは5〜50%であり、更により好ましくは10〜40%である。このような範囲のグラフト密度とすることにより、グラフト鎖が異方的な形態(高伸張形態)をとる。
( Structure of composite fine particles with polymer brush layer )
In the composite fine particles, polymer graft chains made from a monomer having a polymerizable functional group as a raw material are bonded to the surface of the fine particles at a very high density via a bonding group (brush shape). Here, the surface occupation ratio of the graft chains on the surface of the fine particles is preferably a high density of several percent or more, more preferably 5 to 50%, and still more preferably 10 to 40%. By setting the graft density within such a range, the graft chain takes an anisotropic form (highly stretched form).

複合微粒子の平均粒径は、10nm〜30μmが好ましく、10nm〜20μmがより好ましく、15nm〜10μmがさらに好ましく、20nm〜3μmが特に好ましい。また、当該複合微粒子は、粒子径のばらつきが20%以下である「粒径分布の狭い複合微粒子」であることが好ましい。なお、粒子径のばらつきについては、上記コアとなる部分の微粒子における粒子径のばらつきと同様、上記(1)式で表され、標準偏差σについては上記(2)式で表される。また、本明細書において、複合微粒子の平均粒径とは、動的光散乱法により測定される質量基準(体積基準)の平均粒径を示すものであり、各種市販の動的光散乱式粒子径・粒度分布測定装置により測定して得られる。なお、粒子径のばらつきの概念及び測定方法は、特開2006−208453にも記載されている。   The average particle size of the composite fine particles is preferably 10 nm to 30 μm, more preferably 10 nm to 20 μm, further preferably 15 nm to 10 μm, and particularly preferably 20 nm to 3 μm. The composite fine particles are preferably “composite fine particles with a narrow particle size distribution” having a particle size variation of 20% or less. The variation in the particle diameter is expressed by the above equation (1), and the standard deviation σ is expressed by the above equation (2), similarly to the variation in the particle diameter of the fine particles at the core. In the present specification, the average particle size of the composite fine particles indicates an average particle size based on mass (volume basis) measured by a dynamic light scattering method, and various commercially available dynamic light scattering particles. Obtained by measuring with a diameter / particle size distribution measuring device. The concept of particle size variation and the measurement method are also described in JP-A-2006-208453.

表面修飾された微粒子の含有量は、上述の通り、高分子膜中にイオン液体のネットワーク構造によるイオン伝導パスをより好適に形成するために、イオン液体の含有量よりも少ないことが好ましい。表面修飾された微粒子の含有量は、具体的には、高分子膜全体に対して1〜20質量%が好ましく、高分子膜全体に対して3〜15質量%がより好ましく、高分子膜全体に対して5〜10質量%がさらに好ましい。また、当該表面修飾された微粒子は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。   As described above, the content of the surface-modified fine particles is preferably smaller than the content of the ionic liquid in order to more suitably form an ion conduction path based on the network structure of the ionic liquid in the polymer film. Specifically, the content of the surface-modified fine particles is preferably 1 to 20% by mass with respect to the entire polymer film, more preferably 3 to 15% by mass with respect to the entire polymer film, and the entire polymer film. 5 to 10% by mass is more preferable. The surface-modified fine particles can be used alone or in combination of two or more.

その他の成分
本発明の高分子膜は、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子以外に、必要に応じて、本発明の効果を損なわない程度にその他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、例えば、リチウムイオン、プロトン、その他のイオン等が挙げられる。
Other Components The polymer film of the present invention contains other components to the extent that the effects of the present invention are not impaired, if necessary, in addition to the resin, ionic liquid, and surface-modified fine particles constituting the polymer film. May be. Examples of other components include lithium ions, protons, and other ions.

(リチウムイオン)
本発明の高分子膜にリチウムイオンを含有する場合、高いリチウムイオン伝導性を付与することができる。ここで、添加するリチウムイオン(リチウム塩)としては、特に限定されず、例えば、LiN(CFSO {LiTFSI}、LiBF、LiPF、LiClO、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSOC、LiBPh(Phはフェニル)等が挙げられる。
(lithium ion)
When the polymer film of the present invention contains lithium ions, high lithium ion conductivity can be imparted. Here, as the addition of lithium ion (lithium salt) is not particularly limited, for example, LiN (CF 3 SO 2) 2 - {LiTFSI}, LiBF 4, LiPF 6, LiClO 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, LiBPh 4 (Ph is phenyl), and the like.

(プロトン)
本発明の高分子膜にプロトンとしての強酸を含有する場合、高いプロトン伝導性を付与することができる。ここで、添加する強酸としては、特に限定されず、例えば、硫酸、ベンゼンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、燐酸化合物(リン酸、ポリリン酸等)などが挙げられる。
(proton)
When the polymer membrane of the present invention contains a strong acid as a proton, high proton conductivity can be imparted. Here, the strong acid to be added is not particularly limited, and examples thereof include sulfuric acid, benzenesulfonic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and phosphoric acid compounds (such as phosphoric acid and polyphosphoric acid).

(その他のイオン)
本発明の高分子膜には、その他のイオンを含有してもよい。その他のイオンとしては、例えば、電気化学デバイスの駆動に必要なイオンが挙げられる。より具体的には、ヨウ素イオンなどのハロゲンイオンが挙げられる。また、アンモニウムイオンやリン系イオン、一般的な電気二重層キャパシタ用の有機塩又は無機塩等も、その他のイオンとして使用することができる。
(Other ions)
The polymer film of the present invention may contain other ions. Examples of other ions include ions necessary for driving an electrochemical device. More specifically, halogen ions such as iodine ions can be mentioned. In addition, ammonium ions, phosphorus ions, organic salts or inorganic salts for general electric double layer capacitors, and the like can also be used as other ions.

本発明の高分子膜に含まれるイオン液体は、解離した状態でカチオン、アニオンとしても機能することを明記しておく。本発明の高分子膜を電気二重層キャパシタに使用する場合は、イオン液体がキャリアイオンとして機能する。   It should be noted that the ionic liquid contained in the polymer membrane of the present invention also functions as a cation and an anion in a dissociated state. When the polymer film of the present invention is used for an electric double layer capacitor, the ionic liquid functions as carrier ions.

本発明の高分子膜の構造
本発明の高分子膜の構造に関して、後述する評価及び図3〜8等を基に説明する。
Structure of Polymer Film of the Present Invention The structure of the polymer film of the present invention will be described based on the evaluation described later and FIGS.

本発明の具体的な高分子膜の写真を図3及び図4に示す。本発明の高分子膜は、母材樹脂とイオン液体とが巨視的には相分離しているわけではないが、母材樹脂とイオン液体とが完全に混ざっているわけでもない。つまり、本発明の高分子膜は、表面修飾された微粒子によって、母材樹脂とイオン液体との相分離が堰き止められた構造(即ち、母材樹脂とイオン液体がミクロ相分離した構造)を形成していると考えられる。具体的には、図7に示すように、(1)母材樹脂相及びイオン液体相が、それぞれ独立したネットワーク構造を形成しており、かつ、(2)当該表面修飾された微粒子が、母材樹脂相のネットワーク構造とイオン液体相のネットワーク構造との界面に偏析することにより、上記それぞれのネットワーク構造を安定化する、と考えられる。なお、当該表面修飾された微粒子が上記界面に偏析する理由としては、微粒子の表面修飾によるものと考えられる。特に、表面修飾された微粒子が上記ポリマーブラシ層を備える複合微粒子である場合は、ポリマーブラシ層のサイズ排除効果(図8)により、母材樹脂と当該複合微粒子が混合しないためと考えられる。
これらの点については、参考評価において、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)とポリ(スチレン−r−アクリロニトリル)(SAN又はPSANともいう)を母材樹脂とし、当該樹脂にPMMAブラシ付与シリカ微粒子(PMMA-SiP)を添加したブレンド膜の内部構造を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した結果、PMMA-SiPがPMMAとPSANとの界面に偏析していたことからも示唆される(図8)。また、図5に示すように、表面修飾された微粒子を含有しない比較例1の高分子膜は、母材樹脂とイオン液体とが巨視的に相分離してしまい、安定な膜を形成することができないことからも示唆される。
The photograph of the specific polymer film of this invention is shown in FIG.3 and FIG.4. In the polymer membrane of the present invention, the matrix resin and the ionic liquid are not macroscopically separated, but the matrix resin and the ionic liquid are not completely mixed. That is, the polymer film of the present invention has a structure in which phase separation between the base resin and the ionic liquid is blocked by the surface-modified fine particles (that is, a structure in which the base resin and the ionic liquid are micro-phase separated). It is thought that it has formed. Specifically, as shown in FIG. 7, (1) the matrix resin phase and the ionic liquid phase each form an independent network structure, and (2) the surface-modified fine particles are It is considered that each network structure is stabilized by segregating at the interface between the network structure of the material resin phase and the network structure of the ionic liquid phase. The reason why the surface-modified fine particles segregate at the interface is considered to be due to the surface modification of the fine particles. In particular, when the surface-modified fine particles are composite fine particles having the polymer brush layer, it is considered that the matrix resin and the composite fine particles are not mixed due to the size exclusion effect of the polymer brush layer (FIG. 8).
Regarding these points, in reference evaluation, poly (methyl methacrylate) (PMMA) and poly (styrene-r-acrylonitrile) (also referred to as SAN or PSAN) are used as a base resin, and PMMA brush-added silica fine particles (PMMA) As a result of observing the internal structure of the blend film to which -SiP) was added with an atomic force microscope (AFM), PMMA-SiP was segregated at the interface between PMMA and PSAN (Fig. 8). Further, as shown in FIG. 5, the polymer film of Comparative Example 1 that does not contain surface-modified fine particles macroscopically phase-separates the base resin and the ionic liquid, thereby forming a stable film. It is also suggested that it is not possible.

本発明の高分子膜の各物性
(イオン伝導性)
本発明の高分子膜のイオン伝導度は、高ければ高いほど良いが、現実的には35℃において、0.08 mS・cm−1以上の伝導性が好ましい。さらに0.1mS・cm−1以上が好ましく、より好ましくは、0.5mS・cm−1以上あると良い。最上級に好ましいのは、1mS・cm−1以上である。このイオン伝導度は、固体でありながらバルクのイオン液体と同等の高い伝導性を示す。本発明の高分子膜がこのような高いイオン伝導性を有する理由は、上述の高分子膜の構造により、イオン液体のネットワーク構造によるイオン伝導パスが形成されているためと考えられる。
Physical properties of the polymer membrane of the present invention (ion conductivity)
The higher the ionic conductivity of the polymer membrane of the present invention, the better. However, in reality, a conductivity of 0.08 mS · cm −1 or more at 35 ° C. is preferable. Further, it is preferably 0.1 mS · cm −1 or more, and more preferably 0.5 mS · cm −1 or more. Preferred for the superlative is 1 mS · cm −1 or more. This ionic conductivity shows high conductivity equivalent to that of a bulk ionic liquid while being solid. The reason why the polymer film of the present invention has such high ion conductivity is considered to be that an ion conduction path is formed by the network structure of the ionic liquid by the structure of the polymer film described above.

(形状保持性)
本発明の高分子膜は、少なくとも室温から150℃の範囲において自立性のある非流動性の固体状態を示すものである。より好ましい形態保持温度範囲は、室温から250℃である。上限は特に限定されないが、ブラシ鎖ポリマーの熱分解温度まで固体状態を維持できることが好ましい。
(Shape retention)
The polymer membrane of the present invention exhibits a self-supporting non-flowable solid state at least in the range of room temperature to 150 ° C. A more preferable form retention temperature range is from room temperature to 250 ° C. The upper limit is not particularly limited, but it is preferable that the solid state can be maintained up to the thermal decomposition temperature of the brush chain polymer.

(機械強度)
本発明の高分子膜の機械強度(破断強度)は、特に限定されないが、上記温度範囲(形状保持性の欄に記載した温度範囲)において引っ張り破断強度が0.05kgf/cm2以上が好ましく、0.1kgf/cm2以上がより好ましい。
(Mechanical strength)
The mechanical strength (breaking strength) of the polymer film of the present invention is not particularly limited, but the tensile breaking strength is preferably 0.05 kgf / cm 2 or more in the above temperature range (the temperature range described in the column of shape retention), More preferably, it is 0.1 kgf / cm 2 or more.

(膜の厚さ)
本発明の高分子膜の厚さは、特に限定されず、使用目的に応じて適宜設定することができる。例えば、本発明の高分子膜の厚さは、1〜500μmが好ましい。
(Film thickness)
The thickness of the polymer film of the present invention is not particularly limited and can be appropriately set according to the purpose of use. For example, the thickness of the polymer film of the present invention is preferably 1 to 500 μm.

2.本発明の高分子膜の製造方法
本発明の高分子膜の製造方法は、
(i) 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、表面修飾された微粒子、及び溶媒を含有する高分子膜製造用樹脂組成物を調製する工程1;
(ii) 前記樹脂組成物を塗布する工程2;並びに、
(iii) 前記樹脂組成物中の溶媒を気化させることにより、前記高分子膜を形成する工程3;
を含むことを特徴とする。
当該製造方法によれば、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する上記本発明の高分子膜を好適にかつ簡易に製造することができる。
2. Method for Producing Polymer Film of the Present Invention >>
The method for producing the polymer film of the present invention comprises:
(i) Step 1 of preparing a resin composition for producing a polymer film comprising a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, surface-modified fine particles, and a solvent;
(ii) Step 2 of applying the resin composition; and
(iii) Step 3 of forming the polymer film by vaporizing a solvent in the resin composition;
It is characterized by including.
According to the production method, the polymer film of the present invention containing the resin, the ionic liquid, and the surface-modified fine particles constituting the polymer film can be suitably and easily produced.

ここで、以下、各工程について詳細に説明する。   Here, each step will be described in detail below.

工程1
工程1では、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、表面修飾された微粒子、及び溶媒(並びに、必要に応じてその他の成分)を含有する高分子膜製造用樹脂組成物を調製する。
Process 1
In step 1, a resin composition for producing a polymer film containing a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, surface-modified fine particles, and a solvent (and other components as necessary) is prepared.

高分子膜を構成する樹脂としては、前述の高分子膜の項目で説明した各樹脂を使用することができる。また、イオン液体としては、前述の高分子膜の項目で説明した各イオン液体を使用することができる。   As the resin constituting the polymer film, each resin described in the above-mentioned item of polymer film can be used. Further, as the ionic liquid, each ionic liquid described in the item of the polymer film can be used.

溶媒としては、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を溶解又は分散させることができれば特に限定されない。具体的な溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセタミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。   The solvent is not particularly limited as long as the resin, the ionic liquid, and the surface-modified fine particles constituting the polymer film can be dissolved or dispersed. Specific examples of the solvent include tetrahydrofuran (THF), acetone, chloroform, dichloromethane, toluene, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, ethyl acetate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like. It is done.

上記樹脂組成物中の溶媒の含有量は、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を溶解又は分散させることができれば特に限定されないが、上記樹脂組成物全体に対して5〜99質量%が好ましい。   The content of the solvent in the resin composition is not particularly limited as long as the resin constituting the polymer film, the ionic liquid, and the surface-modified fine particles can be dissolved or dispersed, but with respect to the entire resin composition 5-99 mass% is preferable.

上記樹脂組成物の調製における溶解(又は分散)温度は、特に限定されないが、0〜100℃が好ましい。   Although the dissolution (or dispersion) temperature in preparation of the said resin composition is not specifically limited, 0-100 degreeC is preferable.

表面修飾された微粒子としては、微粒子表面に対して修飾物が化学的に結合された微粒子であれば特に限定されない。表面修飾された微粒子としては、前述のポリマーブラシ層を備える複合微粒子が好ましい。   The surface-modified fine particle is not particularly limited as long as it is a fine particle in which a modified product is chemically bonded to the surface of the fine particle. As the surface-modified fine particles, composite fine particles having the above-described polymer brush layer are preferable.

高分子膜を構成する樹脂、イオン液体及び表面修飾された微粒子の各配合割合は、上述の高分子膜の項目で説明した各配合割合(質量割合)と同様である。   Each compounding ratio of the resin, the ionic liquid, and the surface-modified fine particles constituting the polymer film is the same as each compounding ratio (mass ratio) described in the item of the polymer film.

ここで、表面修飾された微粒子として好適な、前述のポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法について、以下説明する。   Here, a method for producing composite fine particles having the aforementioned polymer brush layer, which is suitable as surface-modified fine particles, will be described below.

ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法
ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法は、特に限定されず、例えば、
(A) 結合基部の原料となる化合物と微粒子とを反応させて、重合開始基を微粒子表面に形成させる第一工程;
(B) 表面に重合開始基を有する微粒子とモノマーとをリビングラジカル重合条件下で接触させて、高分子グラフト鎖が超高密度で微粒子表面に結合した複合微粒子を含有する粗生成物を得る第二工程;及び
(C) 第二工程での粗生成物を精製して複合微粒子を得る第三工程
を含む製造方法により、好適に上記複合微粒子を得ることができる。以下、各工程を詳述する。
< Method for producing composite fine particles having polymer brush layer >
The method for producing the composite fine particles having the polymer brush layer is not particularly limited, for example,
(A) a first step in which a compound serving as a raw material for the bonding base is reacted with the fine particles to form a polymerization initiating group on the surface of the fine particles;
(B) A crude product containing composite fine particles in which a polymer graft chain is bonded to the surface of the fine particles with ultra-high density by bringing the monomer having a polymerization initiating group on the surface into contact with the monomer under living radical polymerization conditions. Two steps; and
(C) The composite fine particles can be suitably obtained by a production method including the third step of refining the crude product in the second step to obtain composite fine particles. Hereinafter, each process is explained in full detail.

ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法の第一工程
第一工程は、結合基部の原料となる化合物と微粒子とを反応させて、重合開始基を微粒子表面に形成させる。当該第一工程は、周知の手法により実施できる。例えば、微粒子として無機・金属系材料(例えばシリカ)を使用し、結合基部の原料となる化合物として重合開始基含有シランカップリング剤を使用した場合、水の存在下でシランカップリング剤を加水分解させてシラノールとし、部分的に縮合させてオリゴマー状態とする。この状態で、シリカ表面に水素結合的に吸着させた後、無機・金属系材料を乾燥処理することで脱水縮合反応を起こさせ、重合開始基を当該材料上に形成させる。
( First step of the method for producing composite fine particles having a polymer brush layer )
In the first step, the compound serving as the raw material for the bonding base is reacted with the fine particles to form a polymerization initiating group on the surface of the fine particles. The first step can be performed by a known method. For example, when an inorganic / metal material (for example, silica) is used as fine particles and a polymerization initiating group-containing silane coupling agent is used as a compound as a raw material for the bonding group, the silane coupling agent is hydrolyzed in the presence of water. To form silanol and partially condensed to an oligomer state. In this state, after adsorbing on the silica surface by hydrogen bonding, the inorganic / metal material is dried to cause a dehydration condensation reaction to form a polymerization initiating group on the material.

ここで、微粒子表面上のグラフト密度は、重合開始基含有シランカップリング剤と重合開始基を含有しないシランカップリング剤との割合を調整することで、自在に変更することができる。シランカップリング剤のうちすべてが重合開始基含有シランカップリング剤である場合、以下の重合後に10%を超える表面占有率を達成できる。   Here, the graft density on the surface of the fine particles can be freely changed by adjusting the ratio of the polymerization initiation group-containing silane coupling agent and the silane coupling agent not containing the polymerization initiation group. When all of the silane coupling agents are polymerization initiation group-containing silane coupling agents, a surface occupancy of more than 10% can be achieved after the following polymerization.

ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法の第二工程
第二工程は、(第一工程で得られた)表面に重合開始基を有する微粒子とモノマーとをリビングラジカル重合条件下で接触させることにより、高分子グラフト鎖が超高密度で微粒子表面に結合した複合微粒子を含有する粗生成物を得る。具体的には、リビングラジカル重合条件下でモノマー原料(スチレン又はその誘導体、アクリル酸又はその誘導体、メタクリル酸又はその誘導体、イオン液体モノマー等)を重合させることにより実施する。尚、使用するモノマーの種類は、単独であってもよいし、複数であってもよい。
( Second step of manufacturing method of composite fine particles having polymer brush layer )
In the second step, the polymer graft chains are bonded to the surface of the fine particles with ultra-high density by contacting the fine particles having a polymerization initiating group on the surface (obtained in the first step) and the monomer under living radical polymerization conditions. A crude product containing the obtained composite fine particles is obtained. Specifically, it is carried out by polymerizing monomer raw materials (styrene or a derivative thereof, acrylic acid or a derivative thereof, methacrylic acid or a derivative thereof, an ionic liquid monomer, or the like) under living radical polymerization conditions. In addition, the kind of monomer to be used may be single or plural.

ここで、リビングラジカル重合とは、連鎖移動反応及び停止反応のない、又は無視できるほど小さい重合反応では、重合反応終了後でも生成重合体の末端に重合活性を保持しており、モノマーを加えると再び重合反応を開始させることができるような重合を意味する。リビングラジカル重合の特徴としては、
(a) モノマーと重合開始剤の濃度比を調節することにより任意の平均分子量をもつ重合体の合成ができること、
(b) 生成する重合体の分子量分布が極めて狭いこと、
(c) ブロック共重合体へ応用できること、
等が挙げられる。尚、「リビングラジカル重合条件下」とは、微粒子の表面上に設けた重合開始基を基点とするリビングラジカル重合が確実にかつ良好に進行するために当業者が適宜選択した重合条件を採用することを意味する。
Here, the living radical polymerization is a polymerization reaction that has no chain transfer reaction and termination reaction or is negligibly small, and retains the polymerization activity at the end of the produced polymer even after the completion of the polymerization reaction. The polymerization means that the polymerization reaction can be started again. As a feature of living radical polymerization,
(a) A polymer having an arbitrary average molecular weight can be synthesized by adjusting the concentration ratio of the monomer and the polymerization initiator,
(b) the molecular weight distribution of the resulting polymer is very narrow,
(c) that it can be applied to block copolymers;
Etc. As used herein, “living radical polymerization conditions” refers to polymerization conditions appropriately selected by those skilled in the art so that living radical polymerization based on a polymerization initiating group provided on the surface of fine particles proceeds reliably and satisfactorily. Means that.

ここで、イオン液体性モノマーを用いてグラフト鎖を形成する際には、特に、原子移動ラジカル重合法(ATRP)、可逆移動触媒重合法(RTCP)により重合することが好ましい。原子移動ラジカル重合法に使用される触媒は、特に限定されないが、例えば、塩化銅(I)等の一価の銅触媒と、前記銅触媒に対して1モル当量のビピリジン(bpy)等の二座の配位子との組合せが挙げられる。更に、前記組合せに、二塩化銅(II)を加えることが好ましい。この方法によると、狭い分子量分布指数(例えば1.3未満)を保持したまま、重合率に比例して数平均分子量Mnを容易に増大させることができる結果、分子量の制御されたイオン液体ポリマーの合成や数千から数十万の分子量範囲での分子量制御が可能となる。可逆移動触媒重合法に使用される触媒は、特に限定されないが、1,4−シクロヘキサジエンなどの炭素触媒とラジカル発生剤の組合せが挙げられる。この方法によれば、特に優れたアミノ基耐性を発揮する。ここで、イオン液体ポリマーの分子量を増加させると、ガラス転移温度が上昇する一方、イオン伝導度が低下する傾向にある。したがって、分子量の最適化は、電解質膜としての特性(イオン伝導性)を重要視しつつ、膜の機械的特性をも加味しながら行う必要がある。   Here, when forming a graft chain using an ionic liquid monomer, it is particularly preferable to perform polymerization by an atom transfer radical polymerization method (ATRP) or a reversible transfer catalyst polymerization method (RTCP). The catalyst used in the atom transfer radical polymerization method is not particularly limited. For example, a monovalent copper catalyst such as copper (I) chloride and two molar equivalents of bipyridine (bpy) to the copper catalyst are used. A combination with a ligand of a locus is mentioned. Furthermore, it is preferable to add copper (II) dichloride to the combination. According to this method, the number average molecular weight Mn can be easily increased in proportion to the polymerization rate while maintaining a narrow molecular weight distribution index (for example, less than 1.3). As a result, the molecular weight controlled ionic liquid polymer Synthesis and molecular weight control in the molecular weight range from thousands to hundreds of thousands are possible. The catalyst used in the reversible transfer catalytic polymerization method is not particularly limited, and examples thereof include a combination of a carbon catalyst such as 1,4-cyclohexadiene and a radical generator. According to this method, particularly excellent amino group resistance is exhibited. Here, when the molecular weight of the ionic liquid polymer is increased, the glass transition temperature increases while the ionic conductivity tends to decrease. Therefore, it is necessary to optimize the molecular weight while taking into consideration the characteristics (ion conductivity) of the electrolyte membrane and taking into account the mechanical properties of the membrane.

ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法の第三工程
目的とする複合微粒子は、第二工程で得られた粗生成物(反応液)から夾雑物(未反応原料、副生成物、溶媒等)を、当該分野で慣用される方法(例えば、抽出、蒸留、洗浄、濃縮、沈澱、濾過、乾燥等)によって除去した後に、当該分野で慣用される後処理方法(例えば、吸着、溶離、蒸留、沈澱、析出、クロマトグラフィー等)を組み合わせて処理して単離し得る。
( Third step of the method for producing composite fine particles having a polymer brush layer )
The target composite fine particles are obtained by subjecting impurities (unreacted raw materials, by-products, solvents, etc.) from the crude product (reaction solution) obtained in the second step to a method commonly used in the art (for example, extraction, After removal by distillation, washing, concentration, precipitation, filtration, drying, etc.), followed by a combination of post-treatment methods commonly used in the field (for example, adsorption, elution, distillation, precipitation, precipitation, chromatography, etc.) Can be isolated.

工程2
工程2では、工程1で得られた樹脂組成物を塗布する。
Process 2
In step 2, the resin composition obtained in step 1 is applied.

前記樹脂組成物の塗布は、溶媒キャスト法、ディップコート法、スキージ法(ドクターブレード法)、インクジェット法、スクリーン印刷法等が挙げられる。   Examples of the application of the resin composition include a solvent casting method, a dip coating method, a squeegee method (doctor blade method), an ink jet method, and a screen printing method.

工程2では、通常、樹脂組成物を基材上に塗布する。当該基材としては、特に限定されず、例えば、各種セラミックス(例:ガラス等)、ポリマーフィルムなどが挙げられる。なお、本発明の高分子膜を電解質膜又はセパレータとして有する電気化学デバイスを作製する場合は、負極又は正極の表面上に塗布し、工程3後においてそのまま使用してもよい。   In step 2, the resin composition is usually applied on the substrate. The base material is not particularly limited, and examples thereof include various ceramics (eg, glass) and polymer films. In addition, when producing an electrochemical device having the polymer membrane of the present invention as an electrolyte membrane or a separator, it may be applied on the surface of the negative electrode or the positive electrode and used as it is after Step 3.

工程3
工程3では、工程2で塗布された樹脂組成物中の溶媒を気化させることにより、高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する高分子膜を形成する。
Process 3
In step 3, the solvent in the resin composition applied in step 2 is vaporized to form a polymer film containing the resin constituting the polymer film, the ionic liquid, and the surface-modified fine particles.

前記溶媒の気化は、常温による乾燥、加熱による乾燥等の、慣用の乾燥方法によって実施できる。   The solvent can be vaporized by a conventional drying method such as drying at normal temperature or drying by heating.

前記溶媒の気化における乾燥温度は溶媒の種類等に応じて適宜決定され得るが、通常、10℃〜150℃の範囲内であり、好ましくは20℃〜50℃の範囲内である。   Although the drying temperature in the vaporization of the solvent can be appropriately determined according to the type of the solvent and the like, it is usually in the range of 10 ° C to 150 ° C, preferably in the range of 20 ° C to 50 ° C.

前記溶媒の気化における乾燥時間もまた、溶媒の種類等に応じて適宜決定され得るが、通常、30秒〜1時間の範囲内であり、好ましくは1分〜30分の範囲内である。   The drying time for vaporization of the solvent can also be appropriately determined according to the type of the solvent and the like, but is usually in the range of 30 seconds to 1 hour, preferably in the range of 1 minute to 30 minutes.

3.本発明の高分子膜の適用
本発明の高分子膜は、各技術分野で使用することができる。特に、本発明の高分子膜は、電解質膜又はセパレータとして好適に使用することができる。
3. Application of polymer membrane of the present invention >>
The polymer membrane of the present invention can be used in various technical fields. In particular, the polymer membrane of the present invention can be suitably used as an electrolyte membrane or a separator.

本発明の電気化学デバイス
本発明は、本発明の高分子膜を電解質膜又はセパレータとして使用する電気化学デバイスも包含する。電気化学デバイスとしては、例えば、一次電池、二次電池(例:リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池等)、燃料電池(例:固体高分子形燃料電池(PEFC)等)、太陽電池(例:色素増感太陽電池等)、電気化学キャパシタ(例:電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ、ハイブリッドキャパシタ等)などが挙げられる。つまり、本発明の高分子膜は、公知の上記電気化学デバイスに使用されている電解質膜又はセパレータと同じように使用することができる。例えば、正極及び負極の間に本発明の高分子膜が位置するように本発明の高分子膜を設置することで、本発明の高分子膜を有する(本発明の)電気化学デバイスとすることができる。
Electrochemical Device of the Present Invention The present invention also includes an electrochemical device using the polymer membrane of the present invention as an electrolyte membrane or a separator. Examples of electrochemical devices include primary batteries, secondary batteries (eg, lithium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, organic radical batteries, etc.), fuel cells (eg, polymer electrolyte fuel cells (PEFC), etc.) ), Solar cells (eg, dye-sensitized solar cells, etc.), electrochemical capacitors (eg, electric double layer capacitors, redox capacitors, hybrid capacitors, etc.). That is, the polymer membrane of the present invention can be used in the same manner as the electrolyte membrane or separator used in the known electrochemical device. For example, by setting the polymer film of the present invention so that the polymer film of the present invention is located between the positive electrode and the negative electrode, an electrochemical device having the polymer film of the present invention (of the present invention) is obtained. Can do.

ここで、電気化学デバイスの一例として、リチウムイオン二次電池を例にとり、説明する。本発明の電気化学デバイスとしてのリチウムイオン二次電池は、例えば、負極と、正極と、負極及び正極に挟持された本発明の高分子膜とを有する。負極は、例えば、集電体と負極材料層から構成される。負極材料層は、当該集電体の表面に塗布された負極ペーストを乾燥することにより得られる。負極ペーストには、負極活物質、導電材、溶媒、バインダーポリマーなどが含まれる。正極は、例えば、集電体と正極材料層から構成される。正極材料層は当該集電体の表面に塗布された正極ペーストを乾燥することにより得られる。正極ペーストには、正極活物質、導電材、溶媒、バインダーポリマーなどが含まれる。   Here, a lithium ion secondary battery will be described as an example of an electrochemical device. The lithium ion secondary battery as an electrochemical device of the present invention has, for example, a negative electrode, a positive electrode, and the polymer film of the present invention sandwiched between the negative electrode and the positive electrode. The negative electrode is composed of, for example, a current collector and a negative electrode material layer. The negative electrode material layer is obtained by drying the negative electrode paste applied to the surface of the current collector. The negative electrode paste includes a negative electrode active material, a conductive material, a solvent, a binder polymer, and the like. The positive electrode is composed of, for example, a current collector and a positive electrode material layer. The positive electrode material layer is obtained by drying the positive electrode paste applied to the surface of the current collector. The positive electrode paste includes a positive electrode active material, a conductive material, a solvent, a binder polymer, and the like.

上記二次電池がバイポーラ型電池である場合は、負極と、正極とを有し、当該負極及び正極の間に本発明の高分子膜を介して、集電体の一方の面に負極材料層が形成され他方の面に正極材料層が形成されているバイポーラ電極を有する。バイポーラ電極を挟んで単電池を積層すると、単電池を直列に接続するのと同様、電圧を増加させることができる。なお、バイポーラ型電池における積層数に理論的な制限はない。   When the secondary battery is a bipolar battery, it has a negative electrode and a positive electrode, and the negative electrode material layer is formed on one surface of the current collector via the polymer film of the present invention between the negative electrode and the positive electrode. And a bipolar electrode having a positive electrode material layer formed on the other surface. When the cells are stacked with the bipolar electrode interposed therebetween, the voltage can be increased in the same manner as when the cells are connected in series. There is no theoretical limit to the number of stacked layers in the bipolar battery.

前記負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、LiTi12系等の酸化物系の電極活物質を使用することができる。また、負極活物質としては、上記の酸化物系の電極活物質の他に、炭素・黒鉛系、Sn、Al、Zn、Siなどの合金系、リチウム金属系の材料を使用することが可能である。 As the negative electrode active material is not particularly limited, for example, it may be used an electrode active material of oxide of Li 4 Ti 5 O 12 system, and the like. Further, as the negative electrode active material, in addition to the above oxide-based electrode active materials, carbon / graphite-based materials, alloy materials such as Sn, Al, Zn, Si, and lithium metal-based materials can be used. is there.

前記正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、ニッケル−コバルト系酸化物(LiNi1−xCo)、マンガン酸リチウム(LiMn)、ニッケル−マンガン系酸化物(LiNi0.5Mn0.5)、ニッケル−マンガン−コバルト系酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)、非酸化物系のオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO)、ケイ酸鉄リチウム系酸化物(LiFe1−xMnSiO)、LiMnO、Li1.2Fe0.4Mn0.4等のLiMO系酸化物、硫黄系化合物(LiS)等の酸化物系の電極活物質が挙げられる。 As the positive electrode active material is not particularly limited, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), nickel - cobalt oxide (LiNi 1-x Co x O 2), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), nickel-manganese oxide (LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ), nickel-manganese-cobalt oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) Non-oxide type olivine type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium iron silicate type oxide (Li 2 Fe 1-x Mn x SiO 4 ), Li 2 MnO 3 , Li 1.2 Fe 0.4 Examples thereof include Li 2 MO 3 oxides such as Mn 0.4 O 2 and oxide electrode active materials such as sulfur compounds (Li 2 S).

前記導電材としては、炭素質材料に導電性を付与できるものであれば特に制限されず、例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、酸化チタン,酸化ルテニウム,アルミニウム,ニッケル等の金属ファイバーなどが挙げられ、これらの1種を単独でまたは2種以上を組み合せて用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックの一種であるケッチェンブラック及び/又はアセチレンブラックが好ましい。   The conductive material is not particularly limited as long as it can impart conductivity to the carbonaceous material. For example, carbon black, ketjen black, acetylene black, carbon whisker, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, titanium oxide Metal fibers such as ruthenium oxide, aluminum, and nickel can be used, and one of these can be used alone or in combination of two or more. Among these, ketjen black and / or acetylene black which is a kind of carbon black is preferable.

前記バインダーポリマーとしては、例えば、不飽和ポリウレタン化合物や、相互侵入網目構造または半相互侵入網目構造を有する高分子材料や、ポリエステル系熱可塑性樹脂や、フッ素系高分子材料などを用いることが好ましい。これらの高分子材料を用いると高い接着性を有するため、電極の物理強度を向上させることができる。また、フッ素系高分子材料は、熱的、電気的安定性に優れる。   As the binder polymer, for example, an unsaturated polyurethane compound, a polymer material having an interpenetrating network structure or a semi-interpenetrating network structure, a polyester-based thermoplastic resin, or a fluorine-based polymer material is preferably used. Since these polymer materials have high adhesiveness, the physical strength of the electrode can be improved. In addition, the fluorine-based polymer material is excellent in thermal and electrical stability.

前記溶媒は、有機溶媒であっても水であってもよく、公知の溶媒から適宜選択して使用される。   The solvent may be an organic solvent or water, and is appropriately selected from known solvents.

正極又は負極ペースト(インク)の組成に関して、正極活物質又は負極活物質の含有量は、例えば、インク全体質量の20〜70質量%が好適である。また、導電材の含有量は、インク全体質量の2〜15質量%が好適である。バインダーポリマーの含有量は、インク全体質量の2〜20質量%が好適である。   Regarding the composition of the positive electrode or negative electrode paste (ink), the content of the positive electrode active material or the negative electrode active material is preferably 20 to 70% by mass of the total mass of the ink, for example. In addition, the content of the conductive material is preferably 2 to 15% by mass with respect to the total mass of the ink. The content of the binder polymer is preferably 2 to 20% by mass with respect to the total mass of the ink.

当該インクは、集電体に塗布することにより使用される。集電体としては、特に限定されないが、例えば、正極集電体としてアルミニウム箔または酸化アルミニウムが挙げられる。一方、負極集電体として銅箔、ニッケル箔または表面が銅めっき膜もしくはニッケルめっき膜にて形成された金属箔が挙げられる。   The ink is used by being applied to a current collector. Although it does not specifically limit as a collector, For example, aluminum foil or aluminum oxide is mentioned as a positive electrode collector. On the other hand, examples of the negative electrode current collector include a copper foil, a nickel foil, and a metal foil whose surface is formed of a copper plating film or a nickel plating film.

次に、電極の製造工程に関して説明する。まず、前記インクをアルミ箔などの集電体の上に均一な厚さになるように塗り広げて、電極材料層を構築する。ここで、電極部分の厚さは、特に限定されないが、5〜1000μmが好適である。電気化学デバイスの用途に応じてコントロールすべきであるが一般的には10〜200μm程度の厚さとすることが好ましい。次に、必要に応じて、液漏れ防止のために、前記インク塗布により構築した電極材料層の周りに枠体を形成してもよい。枠体は、特に限定されないが、例えば、紫外線硬化樹脂を用いて電極の周りに形成することが好適である。ここで、紫外線硬化樹脂としては、特に限定されないが、例えば、アクリル系、メタクリル系の樹脂等を使用することができる。続いて、例えば、前記本発明の高分子膜の製造方法に準じて、電極上に高分子膜製造用樹脂組成物を塗布して乾燥させることにより、本発明の高分子膜を形成する。   Next, an electrode manufacturing process will be described. First, the ink material is spread on a current collector such as an aluminum foil so as to have a uniform thickness, thereby constructing an electrode material layer. Here, although the thickness of an electrode part is not specifically limited, 5-1000 micrometers is suitable. Although it should be controlled according to the use of the electrochemical device, it is generally preferable to set the thickness to about 10 to 200 μm. Next, if necessary, a frame may be formed around the electrode material layer constructed by applying the ink in order to prevent liquid leakage. The frame body is not particularly limited, but for example, it is preferable to form the frame body around the electrode using an ultraviolet curable resin. Here, although it does not specifically limit as ultraviolet curable resin, For example, acrylic resin and methacrylic resin etc. can be used. Subsequently, for example, in accordance with the method for producing a polymer film of the present invention, the polymer film of the present invention is formed by applying and drying a resin composition for polymer film production on an electrode.

電極がバイポーラ電極である場合は、上記の方法で作成した正極と負極の集電体同士を貼り合わせることで、正極及び負極が裏表に組み合わされたバイポーラ電極を作製する。その後、正極、バイポーラ電極、負極の順に積層し、最下層の正極と最上層の負極に端子を接合する。ここで、当該積層体の上下をポリプロピレン板でカバーすることが好適である。   In the case where the electrode is a bipolar electrode, the bipolar electrode in which the positive electrode and the negative electrode are combined on the front and back sides is manufactured by bonding the positive and negative electrode current collectors prepared by the above method. Then, a positive electrode, a bipolar electrode, and a negative electrode are laminated in this order, and a terminal is joined to the lowermost positive electrode and the uppermost negative electrode. Here, it is preferable to cover the top and bottom of the laminate with a polypropylene plate.

また、本発明の電気化学デバイスが電気二重層キャパシタである場合、電極及び本発明の高分子膜の配置については、上記二次電池と同様とすることができる。また、電気二重層キャパシタとしての電極の製造方法は、電極材料(例えば、炭素材料、金属酸化物材料、導電性高分子材料等)、バインダーポリマー及び溶媒を含む電極ペーストを、集電体に塗布及び乾燥することにより得られる。電極ペーストにおけるバインダーポリマー及び溶媒、並びに集電体については、それぞれ、上記二次電池におけるバインダーポリマー及び溶媒、並びに集電体で例示されたものと同様のものを使用することができる。   When the electrochemical device of the present invention is an electric double layer capacitor, the arrangement of the electrode and the polymer film of the present invention can be the same as that of the secondary battery. In addition, a method for manufacturing an electrode as an electric double layer capacitor includes applying an electrode paste containing an electrode material (for example, a carbon material, a metal oxide material, a conductive polymer material, etc.), a binder polymer, and a solvent to a current collector. And dried. About the binder polymer and solvent in an electrode paste, and a collector, the thing similar to the binder polymer and solvent in the said secondary battery, and what was illustrated by the collector can be used, respectively.

本発明の高分子膜を、セパレータとして使用する場合、本発明の電気化学デバイスの電解液としては、公知の溶媒から適宜選択して使用することができる。例えば、水、非プロトン性溶媒、本発明の高分子膜の項目で例示された上記イオン液体、等が挙げられる。非プロトン性溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、スルホラン等が挙げられる。また、電気二重層キャパシタにおける溶質としては、特に限定されず、例えば、HSO、KOH、EtNBF、EtNPF、EtPBF、EtMeNBF等が挙げられる(上記Etはエチル、Meはメチルである)。また、リチウムイオン二次電池における溶質(リチウム塩)としては、本発明の高分子膜の項目で例示された上記リチウムイオン(リチウム塩)を使用することができる。上述の電解液及び溶質は、それぞれ1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 When the polymer membrane of the present invention is used as a separator, the electrolyte solution of the electrochemical device of the present invention can be appropriately selected from known solvents. For example, water, an aprotic solvent, the ionic liquid exemplified in the section of the polymer membrane of the present invention, and the like can be mentioned. As aprotic solvents, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, formic acid Examples include methyl, methyl acetate, methyl propionate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, and sulfolane. As the solute in the electric double layer capacitor is not particularly limited, for example, H 2 SO 4, KOH, Et 4 NBF 4, Et 4 NPF 6, Et 4 PBF 4, Et 3 MeNBF 4 and the like (the Et is ethyl and Me is methyl). Moreover, as the solute (lithium salt) in the lithium ion secondary battery, the lithium ions (lithium salt) exemplified in the item of the polymer film of the present invention can be used. The above-mentioned electrolytic solution and solute can be used alone or in combination of two or more.

本発明の高分子膜は、イオン液体によるイオン伝導パスが構築されていることにより、イオン伝導性に優れる。また、本発明の高分子膜の製造方法は、上記イオン伝導性に優れた本発明の高分子膜を簡易に製造することができる。   The polymer membrane of the present invention is excellent in ion conductivity because an ion conduction path by an ionic liquid is constructed. Moreover, the manufacturing method of the polymer film of this invention can manufacture the polymer film of this invention excellent in the said ion conductivity easily.

表面修飾された微粒子であって、重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子の模式図を示す。FIG. 2 is a schematic diagram of composite fine particles including surface-modified fine particles and a polymer brush layer including a polymer graft chain obtained by polymerizing a monomer having a polymerizable functional group. 重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子の各特徴を示す。Each characteristic of the composite fine particle provided with a polymer brush layer composed of a polymer graft chain obtained by polymerizing a monomer having a polymerizable functional group is shown. 実施例1で得られた高分子膜を示す。The polymer film obtained in Example 1 is shown. 実施例2で得られた高分子膜を示す。The polymer film obtained in Example 2 is shown. 比較例1で得られた高分子膜を示す。The polymer film obtained in Comparative Example 1 is shown. 実施例1で得られた高分子膜を、評価2により観察したSEM写真を示す。The SEM photograph which observed the polymer film obtained in Example 1 by evaluation 2 is shown. 本発明の高分子膜に含まれる、母材樹脂、イオン液体及び表面修飾された微粒子の各構造の模式図を示す。The schematic diagram of each structure of base material resin, an ionic liquid, and surface-modified fine particles contained in the polymer film of the present invention is shown. 表面修飾された微粒子が、母材樹脂相のネットワーク構造とイオン液体相のネットワーク構造との界面に偏析することを示唆する、PMMA/PSANブレンド膜にPMMAブラシ付与シリカ微粒子を添加した際のAFM像を示す。AFM像の1辺の長さは20μmである。また、ポリマーブラシ層を備える複合微粒子のサイズ排除効果の模式図を示す。AFM image of PMMA / PSAN blend film with silica fine particles added with PMMA brush, suggesting that surface-modified fine particles segregate at the interface between the matrix resin phase network structure and the ionic liquid phase network structure. Indicates. The length of one side of the AFM image is 20 μm. Moreover, the schematic diagram of the size exclusion effect of composite fine particle provided with a polymer brush layer is shown.

以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。   The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples.

製造例(表面修飾された微粒子の製造)
1.重合開始基をシリカ微粒子表面に形成させる工程
500mLのナス型フラスコにシリカ微粒子(アルドリッチ製、HS-30、4g)、エタノール(250 mL)、トリエチルアミン(4.2 g)、(2−ブロモ−2−メチル)プロピオニルオキシプロピルトリエトキシシラン(BPE、7.8 g)を入れ、室温で3日間攪拌した。その後、エタノールを減圧除去し、残渣にアセトン(40mL)を加え溶かし、さらに、ヘキサン(700mL)を加えることで白色沈殿物を回収した。白色沈殿物をジメチルホルムアミド(DMF, 20mL)に溶かした。これを重合開始基付与シリカ微粒子分散液とした。
Production example (production of surface-modified fine particles)
1. Process for forming polymerization initiating groups on the surface of silica fine particles In a 500 mL eggplant-shaped flask, silica fine particles (manufactured by Aldrich, HS-30, 4 g), ethanol (250 mL), triethylamine (4.2 g), (2-bromo-2 -Methyl) propionyloxypropyltriethoxysilane (BPE, 7.8 g) was added and stirred at room temperature for 3 days. Thereafter, ethanol was removed under reduced pressure, acetone (40 mL) was added to the residue to dissolve, and hexane (700 mL) was further added to recover a white precipitate. The white precipitate was dissolved in dimethylformamide (DMF, 20 mL). This was used as a polymerization initiating group-provided silica fine particle dispersion.

2.重合開始基付与シリカ微粒子にポリスチレンをグラフトする工程
重合開始基を有するシリカ微粒子(2 wt%)を含むスチレン(19 g)、Cu(I)Cl(90 mg)、ジノニルビピリジン(750 mg)、エチル2−ブロモイソブチレート(EBIB; 36 mg)をパイレックス(登録商標)製ガラス管に入れ凍結融解法により脱気し真空下で封管した後100℃で24時間重合した。モノマー転化率はNMRにより求め40%となった。グラフト化シリカ微粒子の精製は、遠心分離とTHFへの再分散を繰り返すことにより行った。グラフト化シリカ微粒子をフッ化水素により処理することにより、グラフトポリマーをシリカ微粒子から切り出した。グラフトポリマーの数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)はゲル濾過クロマトグラフィにより求めた。その結果、Mn=28000、Mw/Mn=1.20であった。熱重量測定により求めたグラフト量と分子量を用い、グラフト密度を0.35 本/nm2と算出した。
2. Process of grafting polystyrene onto polymerization initiator group-attached silica fine particles Styrene (19 g) containing silica fine particles (2 wt%) with polymerization initiator groups, Cu (I) Cl (90 mg), dinonylbipyridine (750 mg) ), Ethyl 2-bromoisobutyrate (EBIB; 36 mg) was placed in a Pyrex (registered trademark) glass tube, degassed by a freeze-thaw method, sealed in a vacuum, and then polymerized at 100 ° C. for 24 hours. Monomer conversion was determined by NMR and was 40%. The purification of the grafted silica fine particles was performed by repeating centrifugation and redispersion in THF. The graft polymer was cut from the silica fine particles by treating the grafted silica fine particles with hydrogen fluoride. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) of the graft polymer were determined by gel filtration chromatography. As a result, Mn = 28000 and Mw / Mn = 1.20. Using the graft amount and molecular weight determined by thermogravimetry, the graft density was calculated to be 0.35 / nm 2 .

実施例1(高分子膜の製造)
以下の成分(1)〜(4)を混合することにより、高分子膜を構成する樹脂(母材樹脂)、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する溶液を作製した。
<溶液の成分>
(1) 母材樹脂:ポリスチレン(アルドリッチ製、Mw〜280,000) 3.5質量部、
(2) イオン液体:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(EMI-TFSI、東京化成工業(株)製)(なお、EMI-TFSIは前述のポリスチレンに対して貧溶媒である)6質量部、
(3) 表面修飾された微粒子:製造例で作製した、ポリスチレンのグラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子(ポリスチレン付与シリカ微粒子) 0.5質量部、
(4) 溶媒:テトラヒドロフラン(THF) 90質量部。
次いで、当該溶液をガラス基板の上に溶媒キャスト法で室温にて直接塗布して塗膜を形成した。次に、上記塗膜を50℃で1時間、真空雰囲気下に置くことで、上記塗膜中のTHFを蒸発させ、塗膜を乾燥させた。これにより、白濁色の高分子膜を得た。
Example 1 (Production of polymer membrane)
By mixing the following components (1) to (4), a solution containing a resin (matrix resin) constituting the polymer film, an ionic liquid, and surface-modified fine particles was prepared.
<Solution components>
(1) Base material resin: polystyrene (manufactured by Aldrich, Mw to 280,000) 3.5 parts by mass,
(2) Ionic liquid: 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (EMI-TFSI, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 6 parts by weight)
(3) Surface-modified fine particles: composite fine particles (polystyrene-added silica fine particles) having a polymer brush layer made of polystyrene graft chains prepared in Production Example, 0.5 parts by mass,
(4) Solvent: 90 parts by mass of tetrahydrofuran (THF).
Subsequently, the said solution was directly apply | coated at room temperature by the solvent cast method on the glass substrate, and the coating film was formed. Next, the coating film was placed in a vacuum atmosphere at 50 ° C. for 1 hour to evaporate THF in the coating film and dry the coating film. As a result, a cloudy polymer film was obtained.

実施例2(高分子膜の製造)
母材樹脂としてポリスチレンに代えてポリイミドを使用し、溶媒としてTHFに代えてN−メチルピロリドンを使用する以外は実施例1と同様にして、薄黄色の高分子膜を得た。
Example 2 (Production of polymer membrane)
A pale yellow polymer film was obtained in the same manner as in Example 1, except that polyimide was used as the base material resin and N-methylpyrrolidone was used as the solvent instead of THF.

比較例1
ポリスチレン付与シリカ微粒子を使用しない以外は実施例1と同様にして、白濁色の高分子膜を得た。
Comparative Example 1
A white turbid polymer film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polystyrene-added silica fine particles were not used.

評価1(目視による観察)
実施例1及び2では、高分子膜中のイオン液体含有量が50wt%以上であるにもかかわらず、図3及び図4に示すように、自立膜(即ち、イオン液体を含有した擬似固体高分子膜)が得られた。これに対して、比較例1では、図5に示すように、母材樹脂とイオン液体とが巨視的に相分離してしまい、安定な膜を形成することができなかった。なお、比較例1における図5の穴には、イオン液体が存在していたと考えられる。
Evaluation 1 (visual observation)
In Examples 1 and 2, although the ionic liquid content in the polymer membrane is 50 wt% or more, as shown in FIGS. 3 and 4, as shown in FIGS. Molecular film) was obtained. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 5, the matrix resin and the ionic liquid phase-separated macroscopically, and a stable film could not be formed. In addition, it is thought that the ionic liquid existed in the hole of FIG.

評価2(測定器による観察)
実施例1及び2で得られた各高分子膜を、メタノールに24時間浸漬させることで、各高分子膜に含まれているイオン液体を除去した。次に、当該各高分子膜を液体窒素に3分間浸漬させることで、当該各高分子膜を凍結させた。次に、当該凍結した各高分子膜を破断し、当該破断した断面を走査型電子顕微鏡(SEM、商品名:S-3400N、(株)日立製作所製)で観察した。その結果、各高分子膜の内部には共連続型の孔が存在することが明らかとなった(図6)。この孔には、イオン液体が存在していたと考えられる。
Evaluation 2 (observation with measuring instrument)
The polymer films obtained in Examples 1 and 2 were immersed in methanol for 24 hours to remove the ionic liquid contained in each polymer film. Next, the polymer films were frozen by immersing the polymer films in liquid nitrogen for 3 minutes. Next, each frozen polymer film was broken, and the broken section was observed with a scanning electron microscope (SEM, trade name: S-3400N, manufactured by Hitachi, Ltd.). As a result, it was revealed that co-continuous pores exist inside each polymer membrane (FIG. 6). It is considered that an ionic liquid was present in this hole.

評価3(導電性測定)
実施例1の高分子膜のイオン伝導度を、上述の測定方法に従って測定した結果、10−3 S・cm−1 (at 25℃)であった。このイオン伝導度は、バルクのEMI-TFSIのイオン伝導度(10−2 S・cm−1 程度(at 25℃))と比較して大差はなかった。この結果は、イオン液体のネットワーク構造が効率の良いイオン伝導パスとして寄与したためであると考えられる。
Evaluation 3 (conductivity measurement)
As a result of measuring the ionic conductivity of the polymer membrane of Example 1 according to the measurement method described above, it was 10 −3 S · cm −1 (at 25 ° C.). This ionic conductivity was not significantly different from the ionic conductivity of bulk EMI-TFSI (about 10 −2 S · cm −1 (at 25 ° C.)). This result is thought to be because the network structure of the ionic liquid contributed as an efficient ion conduction path.

参考評価(AFM測定)
本明細書中の「ポリマーブラシ層を備える複合微粒子の製造方法」の記載に従って、PMMAのグラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子(PMMAブラシ付与シリカ微粒子、PMMA-SiP)を作製した。次いで、母材樹脂として PMMA/PSANを用意した後、イオン液体を使用しない以外は、本明細書中の「本発明の高分子膜の製造方法」の記載に従って、PMMA/PSANに対してPMMA-SiPが添加された膜を得た。当該膜の内部構造を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した結果、PMMA-SiPがPMMAとPSANとの界面に偏析していたことがわかった。
Reference evaluation (AFM measurement)
Composite fine particles (PMMA brush-applied silica fine particles, PMMA-SiP) provided with a polymer brush layer composed of a PMMA graft chain were prepared according to the description in “Method for producing composite fine particles provided with polymer brush layer” in this specification. Next, after preparing PMMA / PSAN as a base material resin, except that no ionic liquid is used, PMMA-PSAN is compared with PMMA / PSAN as described in “Method for producing polymer film of the present invention” in this specification. A film to which SiP was added was obtained. As a result of observing the internal structure of the film with an atomic force microscope (AFM), it was found that PMMA-SiP was segregated at the interface between PMMA and PSAN.

1.表面修飾された微粒子(重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子)
2.微粒子部(コア)
3.表面修飾部(高分子グラフト鎖部)
4.孔
5.母材樹脂(相)
6.イオン液体(相)
1. Surface-modified fine particles (composite fine particles with a polymer brush layer comprising polymer graft chains formed by polymerizing monomers having a polymerizable functional group)
2. Fine particle part (core)
3. Surface modification part (polymer graft chain part)
4). Hole 5. Base material resin (phase)
6). Ionic liquid (phase)

Claims (12)

高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有することを特徴とする高分子膜。   A polymer film comprising a resin, an ionic liquid, and surface-modified fine particles constituting the polymer film. 前記表面修飾された微粒子が、重合性官能基を有するモノマーが重合してなる高分子グラフト鎖からなるポリマーブラシ層を備える複合微粒子である、請求項1に記載の高分子膜。   2. The polymer film according to claim 1, wherein the surface-modified fine particles are composite fine particles including a polymer brush layer composed of a polymer graft chain formed by polymerizing a monomer having a polymerizable functional group. 前記高分子グラフト鎖がポリスチレン及びポリスチレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種からなる、請求項2に記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 2, wherein the polymer graft chain is composed of at least one selected from the group consisting of polystyrene and polystyrene derivatives. 前記高分子膜を構成する樹脂が、ポリスチレン、ポリスチレン誘導体、ポリイミド及びポリイミド誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin constituting the polymer film is at least one selected from the group consisting of polystyrene, polystyrene derivatives, polyimides, and polyimide derivatives. 前記イオン液体が1−エチル−3−メチルイミダゾリウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドである、請求項1〜4のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 1, wherein the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide. 前記イオン液体の含有量が前記表面修飾された微粒子の含有量よりも多い、請求項1〜5のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to claim 1, wherein the content of the ionic liquid is larger than the content of the surface-modified fine particles. 前記表面修飾された微粒子の含有量が、前記高分子膜全体に対して1〜20質量%である、請求項1〜6のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to any one of claims 1 to 6, wherein the content of the surface-modified fine particles is 1 to 20 mass% with respect to the entire polymer film. 前記イオン液体の含有量が、前記高分子膜全体に対して20〜80質量%である、請求項1〜7のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to any one of claims 1 to 7, wherein a content of the ionic liquid is 20 to 80% by mass with respect to the entire polymer film. 前記高分子膜を構成する樹脂の含有量が、前記高分子膜全体に対して10〜90質量%である、請求項1〜8のいずれかに記載の高分子膜。   The polymer film according to any one of claims 1 to 8, wherein a content of the resin constituting the polymer film is 10 to 90% by mass with respect to the entire polymer film. 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、及び表面修飾された微粒子を含有する高分子膜の製造方法であって、以下の工程1〜3:
(i) 高分子膜を構成する樹脂、イオン液体、表面修飾された微粒子、及び溶媒を含有する高分子膜製造用樹脂組成物を調製する工程1;
(ii) 前記樹脂組成物を塗布する工程2;並びに、
(iii) 前記樹脂組成物中の溶媒を気化させることにより、前記高分子膜を形成する工程3;
を含むことを特徴とする、高分子膜の製造方法。
A method for producing a polymer film comprising a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, and surface-modified fine particles, comprising the following steps 1-3:
(i) Step 1 of preparing a resin composition for producing a polymer film comprising a resin constituting the polymer film, an ionic liquid, surface-modified fine particles, and a solvent;
(ii) Step 2 of applying the resin composition; and
(iii) Step 3 of forming the polymer film by vaporizing a solvent in the resin composition;
A method for producing a polymer film, comprising:
請求項1〜9のいずれかに記載の高分子膜を有する電気化学デバイス。   An electrochemical device comprising the polymer film according to claim 1. 前記電気化学デバイスが電気化学キャパシタ又は二次電池である、請求項11に記載の電気化学デバイス。   The electrochemical device according to claim 11, wherein the electrochemical device is an electrochemical capacitor or a secondary battery.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7438488B2 (en) 2019-08-28 2024-02-27 時空化学株式会社 Pre-treatment agent for separators, separators for secondary batteries and secondary batteries
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