JP2022031092A - Polymer electrolyte - Google Patents

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博門 仲村
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健太郎 森
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Abstract

To provide a polymer electrolyte that exhibits good ion conductivity even in a room temperature environment and has excellent productivity.SOLUTION: The polymer electrolyte includes: an alkali metal salt; a dissociation auxiliary agent; and polyarylene sulfide, where the polyarylene sulfide is a polyarylene sulfide copolymer composed of a constitutional unit represented by the formula: -(Ar-S)-, where Ar has a constitutional unit represented by a predetermined chemical formula, and at least one constitutional unit selected from the group consisting of other predetermined chemical formulae. The predetermined chemical formula has two substituent groups selected from an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, and a hydroxyl group, and the other predetermined chemical formulae have two or more substitutional groups selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリマー電解質に関する。 The present invention relates to polymer electrolytes.

近年、リチウム二次電池をはじめとするアルカリ二次電池はスマートフォン、携帯電話などの携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、及び家庭用蓄電器などといった様々な用途に用いられつつあり、それらに関する研究開発が盛んに行われている。 In recent years, alkaline secondary batteries such as lithium secondary batteries are being used in various applications such as smartphones, mobile devices such as mobile phones, hybrid vehicles, electric vehicles, and household power storage batteries, and research and development on them has been carried out. It is actively done.

リチウム二次電池は、特に電気自動車などの用途において、安全性の向上が強く求められている。従来の電解液電池は、可燃性の電解液を使用するため、電池の燃焼や爆発が起きることがあった。そのため、安全性向上に寄与できる固体電解質の研究が活発となっている。 Lithium secondary batteries are strongly required to have improved safety, especially in applications such as electric vehicles. Since the conventional electrolytic solution battery uses a flammable electrolytic solution, the battery may burn or explode. Therefore, research on solid electrolytes that can contribute to improving safety is becoming active.

固体電解質はイオンを容易に伝導する固体であり、一般的に固体電解質は酸化物系、硫化物系及びポリマー系に分けられる。ポリマー系固体電解質は、生産性、柔軟性などの利点があり注目されているが、室温でのイオン伝導度が低く、その解決が求められている。 The solid electrolyte is a solid that easily conducts ions, and the solid electrolyte is generally classified into an oxide type, a sulfide type, and a polymer type. Polymer-based solid electrolytes are attracting attention because of their advantages such as productivity and flexibility, but their ionic conductivity at room temperature is low, and a solution is required.

近年、ポリマー系固体電解質の中で、ポリフェニレンサルファイド(以下PPSと略す。)を代表とするポリアリーレンスルフィド(以下PASと略す。)系電解質は、難燃性及び機械特性で注目されている。特許文献1のように、PPSは共役ポリマーであって、電子受容性ドーパントを添加することで電子導電することが可能であることが知られているが、近年PPSとアルカリ金属塩の混合物に電子アクセプターをドープした固体電解質が特許文献2~4で開示されている。さらに、特許文献2~4において、PPS固体電解質はPPS、アルカリ金属塩及び電子受容性ドーパント等、各原料を高温で混合させた後に成型する方法で製造されている。 In recent years, among polymer-based solid electrolytes, polyphenylene sulfide (hereinafter abbreviated as PAS) -based electrolytes represented by polyphenylene sulfide (hereinafter abbreviated as PPS) have been attracting attention in terms of flame retardancy and mechanical properties. As in Patent Document 1, it is known that PPS is a conjugated polymer and can be electron-conducted by adding an electron-accepting dopant. However, in recent years, electrons have been added to a mixture of PPS and an alkali metal salt. Acceptor-doped solid electrolytes are disclosed in Patent Documents 2-4. Further, in Patent Documents 2 to 4, the PPS solid electrolyte is produced by a method of mixing PPS, an alkali metal salt, an electron-accepting dopant and the like at a high temperature and then molding the PPS solid electrolyte.

また、固体電解質ポリマーに電解液を含有させることでイオン伝導度を向上させる方法が知られている(特許文献5~6)。前記方法で作製した電解質は、Polymer Matrix Eectrolyte(PME)とよばれている。 Further, a method of improving ionic conductivity by containing an electrolytic solution in a solid electrolyte polymer is known (Patent Documents 5 to 6). The electrolyte produced by the above method is called Polymer Matrix Electrolyte (PME).

特開昭59-157151号公報JP-A-59-157151 米国特許出願公開第2018/006308号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2018/006308 中国特許出願公開第106450424号明細書Chinese Patent Application Publication No. 106450424 米国特許出願公開第2017/0005356号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2017/0005356 台湾特許出願公開202015279号明細書Taiwan Patent Application Publication No. 201015279 米国特許出願公開第2006/0177740号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2006/01777440

特許文献2~4において、PPSを含む固体電解質の結晶化度が高いことがイオン伝導度に重要であることが示されており、結晶化度の高いPPSを用いた固体電解質が開示されている。しかし、結晶化度の高いPPSを使用する場合、300℃前後の高温で加工しなければならず、リチウム塩やドーパントなど含有成分の劣化が起こり、室温でのイオン伝導性の低下や品質の不安定化を引き起こす可能性がある。また、電子受容性ドーパントを含有することで、ポリマーマトリックスが酸化劣化や脆化などの機械特性低下を引き起こす可能性がある。さらに、前記固体電解質を生産する際には、高温加工による機械特性低下が起きると、成膜する際に膜の割れや崩れなどが発生することがあり、生産性に課題がある。特許文献5~6においては、PMEを作製する際にソルベントキャスト法を使用しているため、PMEの製造工程において溶媒を蒸発させる工程が必要となり、生産性に課題がある。また、ポリマーを溶解するための溶剤はポリマー電解質の導電性の向上に貢献しない一方で、原料コストが増加し生産性が低下するとの課題がある。また、蒸発された溶媒が環境に散逸することがあり、環境適性にも課題がある。前記観点から、従来のPME電解質は生産性および環境適性に課題がある。 Patent Documents 2 to 4 show that high crystallinity of a solid electrolyte containing PPS is important for ionic conductivity, and a solid electrolyte using PPS having a high crystallinity is disclosed. .. However, when PPS with a high degree of crystallinity is used, it must be processed at a high temperature of around 300 ° C., which causes deterioration of contained components such as lithium salts and dopants, resulting in deterioration of ionic conductivity at room temperature and poor quality. May cause stabilization. In addition, the inclusion of an electron-accepting dopant may cause the polymer matrix to cause deterioration of mechanical properties such as oxidative deterioration and embrittlement. Further, when the solid electrolyte is produced, if the mechanical properties are deteriorated due to high temperature processing, the film may be cracked or collapsed during the film formation, which poses a problem in productivity. In Patent Documents 5 to 6, since the solvent casting method is used when producing PME, a step of evaporating the solvent is required in the process of producing PME, and there is a problem in productivity. Further, while the solvent for dissolving the polymer does not contribute to the improvement of the conductivity of the polymer electrolyte, there is a problem that the raw material cost increases and the productivity decreases. In addition, the evaporated solvent may dissipate into the environment, which poses a problem in environmental suitability. From the above viewpoint, the conventional PME electrolyte has problems in productivity and environmental suitability.

また、特許文献6に記載されたポリイミド(PI)は、ポリマー電解質の基材として、吸湿しやすい課題がある。水を電離助剤としてポリマー電解質が含有する場合に、吸湿により、ポリマー電解質の成分の比率が変化することがあり、このことにより、ポリマー電解質の電位窓が低下し、水が電気分解しやすくなることがある。一方で、有機溶剤を電離助剤として含有するポリマー電解質である場合には、吸湿による電離助剤の電気分解などの劣化が起きる。前記観点から、保管及び貯蔵に課題がある。また、一般的なPI基材は、電気分解の電位窓が2V未満であり、高電圧電池用途に適用しにくい課題がある。 Further, the polyimide (PI) described in Patent Document 6 has a problem that it easily absorbs moisture as a base material of a polymer electrolyte. When the polymer electrolyte contains water as an ionizing aid, moisture absorption may change the ratio of the components of the polymer electrolyte, which lowers the potential window of the polymer electrolyte and facilitates electrolysis of water. Sometimes. On the other hand, in the case of a polymer electrolyte containing an organic solvent as an ionization aid, deterioration such as electrolysis of the ionization aid due to moisture absorption occurs. From the above point of view, there is a problem in storage and storage. Further, a general PI base material has a problem that the potential window for electrolysis is less than 2 V, and it is difficult to apply it to high voltage battery applications.

本発明は、かかる課題を解決すべく鋭意検討した結果、室温での良好なイオン伝導度を示し、且つ、吸湿性が低く、生産性、環境適性、電位窓が広い等の点に優れたポリマー電解質を見出し、本発明に至った。 As a result of diligent studies to solve this problem, the present invention is a polymer that exhibits good ionic conductivity at room temperature, has low hygroscopicity, and is excellent in productivity, environmental suitability, wide potential window, and the like. We found an electrolyte and came up with the present invention.

すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。 That is, in order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.

(1)アルカリ金属塩、電離助剤およびポリアリーレンスルフィドを含有するポリマー電解質であって、上記ポリアリーレンスルフィドが式-(Ar-S)-を構成単位とするポリアリーレンスルフィド共重合体であって、Arが化学式(1)の(A)で表される構成単位および、化学式(1)の(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つの構成単位を有する、ポリマー電解質。 (1) A polymer electrolyte containing an alkali metal salt, an ionizing aid and a polyarylene sulfide, wherein the polyarylene sulfide is a polyarylene sulfide copolymer having the formula- (Ar—S) — as a constituent unit. , Ar is a polymer electrolyte having a structural unit represented by (A) of the chemical formula (1) and at least one structural unit selected from the group consisting of (B) to (G) of the chemical formula (1).

Figure 2022031092000001
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(R1,R2はアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。R3、R4は、水素、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R3とR4は同一でも異なっていてもよい。Yはアルキレン基、O、CO、SOおよびSOから選ばれる。)
(2)上記電離助剤が、25℃における式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)が0.1以上、かつ式(2)で得られる溶媒拡散係数が15以下となる溶媒を1つ以上含有する、(1)に記載のポリマー電解質。
(R1 and R2 are substituents selected from an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R1 and R2 may be the same or different. R3 and R4 are hydrogen and alkyl groups. It is a substituent selected from an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R3 and R4 may be the same or different. Y is selected from an alkylene group, O, CO, SO, and SO 2. )
(2) The ionization aid has an ion dissociation degree (1-ξ) obtained by the formula (1) at 25 ° C. of 0.1 or more and a solvent diffusion coefficient obtained by the formula (2) of 15 or less. The polymer electrolyte according to (1), which contains one or more solvents.

Figure 2022031092000002
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Figure 2022031092000003
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(3)上記電離助剤が、少なくとも水、γブチロラクトン、N-メチルピロリドン(NMP)、ブチレンカーボネート(BC)、エチレンカーボネート(EC)プロピレンカーボネート(PC)、メチル-γ-ブチロラクトン(GVL)、トリグリム(TG)、ダイグリム(DG)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸ジメチル(DMC)から選ばれる1つ以上を含む、(1)~(2)に記載のポリマー電解質。 (3) The above-mentioned ionizing aid is at least water, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone (NMP), butylene carbonate (BC), ethylene carbonate (EC) propylene carbonate (PC), methyl-γ-butyrolactone (GVL), triglycrim. The polymer electrolyte according to (1) to (2), which comprises one or more selected from (TG), diglycyl (DG), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC).

(4)上記アルカリ金属塩が、LIFSI及びLITFSIを一つ以上含む、(1)~(3)に記載のポリマー電解質。 (4) The polymer electrolyte according to (1) to (3), wherein the alkali metal salt contains one or more LIFSI and LITFSI.

(5)(1)~(4)のいずれかに記載のポリマー電解質を有する電池。 (5) A battery having the polymer electrolyte according to any one of (1) to (4).

本発明により、室温状態でも良好なイオン伝導度を示し、且つ吸湿性が低く、生産性及び環境適性に優れた広い電位窓を有するポリマー電解質を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte having a wide potential window, which exhibits good ionic conductivity even at room temperature, has low hygroscopicity, and is excellent in productivity and environmental suitability.

(ポリマー電解質の定義)
本発明のポリマー電解質とは、ポリマーマトリックスを有し、外部から電場をかけることで容易にイオンを移動させる物質のことをいう。前記ポリマー電解質は、後述の電離助剤を含有している。本発明のポリマー電解質におけるアルカリ金属イオンの移動しやすさは、25℃におけるイオン拡散係数で判断することができる。アルカリ金属イオンのイオン拡散係数(m/s)は、そのイオンの核磁気共鳴分光法(NMR)で測定してもよい。
(Definition of polymer electrolyte)
The polymer electrolyte of the present invention refers to a substance having a polymer matrix and easily moving ions by applying an electric field from the outside. The polymer electrolyte contains an ionizing aid described later. The ease of movement of alkali metal ions in the polymer electrolyte of the present invention can be determined by the ion diffusion coefficient at 25 ° C. The ion diffusion coefficient (m 2 / s) of an alkali metal ion may be measured by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) of the ion.

また、NMRで測定したイオン拡散係数は、同じ温度条件でも複数の値をとる可能性があるため、本発明においてのイオン拡散係数はそのイオンの25℃におけるイオン拡散係数の最大値をいう。イオン伝導度の観点から、本発明のポリマー電解質の25℃におけるイオン拡散係数は10-132/s以上であることが好ましく、10-122/s以上であることがより好ましく、10-112/s以上であることがさらに好ましい。また、本発明のポリマー電解質は、アルカリ金属塩、電離助剤およびポリアリーレンスルフィド(以下、PASと称することがある)を含む。以下、アルカリ金属塩、電離助剤およびPASについて説明を行う。 Further, since the ion diffusion coefficient measured by NMR may take a plurality of values even under the same temperature condition, the ion diffusion coefficient in the present invention means the maximum value of the ion diffusion coefficient of the ion at 25 ° C. From the viewpoint of ionic conductivity, the ion diffusion coefficient of the polymer electrolyte of the present invention at 25 ° C. is preferably 10-13 m 2 / s or more, more preferably 10-12 m 2 / s or more. It is more preferably -11 m 2 / s or more. In addition, the polymer electrolyte of the present invention contains an alkali metal salt, an ionizing aid and polyarylene sulfide (hereinafter, may be referred to as PAS). Hereinafter, alkali metal salts, ionizing aids and PAS will be described.

(アルカリ金属塩)
本発明のポリマー電解質はイオン伝導度の観点からアルカリ金属塩を含むことが重要である。本発明におけるアルカリ金属塩は、アルカリ金属イオンが構成イオンとして含まれる塩をいう。例えばリチウム金属イオン、ナトリウム金属イオン、カリウム金属イオンなどを含む金属塩があげられる。イオン拡散性の観点から、イオン径が小さい金属イオンが好ましい。
(Alkali metal salt)
It is important that the polymer electrolyte of the present invention contains an alkali metal salt from the viewpoint of ionic conductivity. The alkali metal salt in the present invention refers to a salt containing an alkali metal ion as a constituent ion. Examples thereof include metal salts containing lithium metal ions, sodium metal ions, potassium metal ions and the like. From the viewpoint of ion diffusivity, metal ions having a small ion diameter are preferable.

アニオンは、イオンへの解離性の高さからHSAB則に基づくやわらかい塩基であることが好ましく、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンや、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンであることが好ましい。すなわち、アルカリ金属塩は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミドの少なくとも一方を含むものであることが好ましい。 The anion is preferably a soft base based on the HSAB rule because of its high dissociability to ions, and is preferably a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion or a bis (fluorosulfonyl) imide anion. That is, the alkali metal salt preferably contains at least one of lithium bis (fluorosulfonyl) imide and lithium bis (trifluoromethane) sulfonimide.

なお、HSAB則(Principle of Hard and Soft Acids and Bases)は、R.G.Pearsonが提唱した酸塩基の強さに関して、かたい、やわらかいという観点で分類したものである。かたい酸はかたい塩基に対して親和性が大きく、やわらかい酸はやわらかい塩基に対して親和性が大きい。かたい酸とは、電子受容体になる原子が小さく、容易に変形する軌道に入った価電子を持たず、大きな正電荷をもつものである。やわらかい酸とは、電子受容体になる原子が大きく、容易に変形する軌道に入った価電子を持ち、電荷がないかあっても小さいものである。かたい塩基とは、価電子が原子に強く結合している塩基であり、やわらかい塩基とは、価電子が容易に分極する塩基である。HSAB則およびHSABの酸塩基の分類は、R.B.HeslopとK.Jones著「Inorganic Chemistry -A Guide to Advanced Study」の9章の酸塩基の15節に記載されている。 The HSAB rule (Principle of Hard and Soft Acids and Bases) is based on R.M. G. The acid-base strength proposed by Pearson is classified from the viewpoint of being hard and soft. Hard acids have a high affinity for hard bases, and soft acids have a high affinity for soft bases. Hard acids are those in which the atom that becomes an electron acceptor is small, does not have valence electrons that enter an orbit that easily deforms, and has a large positive charge. A soft acid has a large atom that becomes an electron acceptor, has valence electrons that enter an orbit that easily deforms, and is small even if it has no charge. A hard base is a base in which valence electrons are strongly bonded to an atom, and a soft base is a base in which valence electrons are easily polarized. The HSAB rule and the acid-base classification of HSAB are described in R.I. B. Heslop and K. It is described in Section 15 of Acid-Bases in Chapter 9 of "Inorganic Chemistry-A Guide to Advanced Study" by Jones.

具体的には、アルカリ金属塩として、リチウム塩類、ナトリウム塩類を含むことが好ましく、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(LiCO)、過塩素酸リチウム(LiClO)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(オキサレート)ボレート(LiBOB)、六フッ化リン酸ナトリウム(NaPF)、四フッ化ホウ酸ナトリウム(NaBF)、過塩素酸ナトリウム(NaClO)、ナトリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(NaFSI)、及びナトリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(NaTFSI)より選ばれる1種以上を含むことがより好ましく、イオンの解離性の高さの観点から、LiTFSI、及びLiFSIより得られる1種以上を含むことがさらに好ましい。 Specifically, the alkali metal salt preferably contains lithium salts and sodium salts, such as lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (LiCO 3 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), and lithium tetrafluoroborate. (LiBF 4 ), Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), Lithium bis (oxalate) borate (LiBOB), 6 Sodium fluoride phosphate (NaPF 6 ), sodium tetrafluoroborate (NaBF 4 ), sodium perchlorate (NaClO 4 ), sodium bis (fluorosulfonyl) imide (NaFSI), and sodium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide. It is more preferable to contain one or more selected from (NaTFSI), and further preferably to contain LiTFSI and one or more obtained from LiFSI from the viewpoint of high ion dissociation.

また、アルカリ金属塩は複数種類の塩を適宜な比で混合して使用してもよい。 Further, the alkali metal salt may be used by mixing a plurality of kinds of salts in an appropriate ratio.

イオンの解離度及びイオン伝導度の観点から、ポリマーにおける全構成単位及びアルカリ金属塩のモル比が、100:2~100:400であることが好ましく、100:2~100:100がより好ましく、100:2~100:50がさらに好ましい。 From the viewpoint of ionic dissociation and ionic conductivity, the molar ratio of all structural units and alkali metal salts in the polymer is preferably 100: 2 to 100: 400, more preferably 100: 2 to 100: 100. More preferably, 100: 2 to 100: 50.

(電離助剤)
本発明のポリマー電解質に含まれる電離助剤は、溶媒を含む。そして、アルカリ金属塩の解離及びイオン伝導度の観点から、この溶媒は以下のものであることが重要である。すなわち、この溶媒は、25℃における式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)が0.1以上であり、かつ、式(2)で得られる溶媒拡散係数(Dsolvent)が15以下である。
(Ionization aid)
The ionizing aid contained in the polymer electrolyte of the present invention contains a solvent. From the viewpoint of the dissociation of the alkali metal salt and the ionic conductivity, it is important that this solvent is as follows. That is, this solvent has an ion dissociation degree (1-ξ) obtained by the formula (1) at 25 ° C. of 0.1 or more, and a solvent diffusion coefficient (Dsolvent) obtained by the formula (2) of 15. It is as follows.

Figure 2022031092000004
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Figure 2022031092000005
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式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)は電離助剤、温度、イオン濃度、イオン種類によって変わることがある。ここでイオン解離度は、温度が25℃、イオン濃度が0.2mol/L、且つカチオンがリチウムイオン、アニオンがN(SOCF である場合のイオン解離度をいう。 The degree of ion dissociation (1-ξ) obtained by the formula (1) may vary depending on the ionizing aid, temperature, ion concentration, and ion type. Here, the degree of ion dissociation refers to the degree of ion dissociation when the temperature is 25 ° C., the ion concentration is 0.2 mol / L, the cation is lithium ion, and the anion is N (SO 2 CF 3 ) 2- .

なお、式(1)及び式(2)の表記は下記通りの数値を表す。σimp:イオン伝導度、e:電子電量、N:アボガドロ定数、k:ボルツマン定数、T:温度、DLithium:リチウムイオンの拡散係数、DAnion:N(SOCF の拡散係数、(1-ξ):イオン解離度、Dsolvent:溶媒拡散係数、c:境界条件定数、η:粘度、ra:拡散半径。 The notations of the equations (1) and (2) represent the following numerical values. σ imp : Ion conductivity, e 0 : Electron power, N: Avogadro constant, k: Boltzmann constant, T: Temperature, D Lithium : Mass diffusivity of lithium ions, D Anion : N (SO 2 CF 3 ) 2 - Diffusion Coefficient, (1-ξ): Ion dissociation degree, D solvent : Solvent diffusion coefficient, c : Boundary condition constant, η: Viscosity, ra: Diffusivity radius.

上記電離助剤は、ポリマー電解質の界面、または非結晶部分でリチウムイオンと結合し、ポリマーマトリックスよりもイオン導電性に優れた第三の相を形成することができる。前記第三の相により、導電通路が形成され、ポリマー電解質のイオン導電性を向上させることができる。 The ionizing aid can bind to lithium ions at the interface of the polymer electrolyte or at the non-crystalline portion to form a third phase having better ionic conductivity than the polymer matrix. The third phase forms a conductive passage and can improve the ionic conductivity of the polymer electrolyte.

式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)は、イオン解離の割合を示す。アルカリ金属塩の解離を促進させる観点から、上記溶媒の式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)は、0.1以上であることが好ましい。 The degree of ion dissociation (1-ξ) obtained by the formula (1) indicates the rate of ion dissociation. From the viewpoint of promoting the dissociation of the alkali metal salt, the ion dissociation degree (1-ξ) obtained by the above solvent formula (1) is preferably 0.1 or more.

また、式(2)で得られる溶媒拡散係数(Dsolvent)は、溶媒の粘性を示しており、この数値が低いほどアルカリ金属イオンのイオン伝導度が高くなる傾向にある。上記観点から、上記溶媒の式(2)で得られる溶媒拡散係数(Dsolvent)は、15以下であること好ましい。 Further, the solvent diffusion coefficient (Dsolvent) obtained by the formula (2) indicates the viscosity of the solvent, and the lower the value, the higher the ionic conductivity of the alkali metal ion tends to be. From the above viewpoint, the solvent diffusion coefficient (Dsolvent) obtained by the above solvent formula (2) is preferably 15 or less.

上記観点から、上記電離助剤式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)が0.1以上、かつ式(2)で得られる溶媒拡散係数(Dsolvent)が15以下となる溶媒を1つ以上、含有することが好ましい。 From the above viewpoint, a solvent having an ion dissociation degree (1-ξ) obtained by the ionization aid formula (1) of 0.1 or more and a solvent diffusion coefficient (Dsolvent) of 15 or less obtained by the formula (2). It is preferable to contain one or more.

また、同様な観点から、上記の電離助剤は、水、γブチロラクトン(GBL)、n-メチルピロリドン(NMP)、ブチレンカーボネート(BC)、エチレンカーボネート(EC)プロピレンカーボネート(PC)、メチル-γ-ブチロラクトン(GVL)、トリグリム(TG)、ダイグリム(DG)、炭酸エチルメチル(EMC)、および炭酸ジメチル(DMC)からなる群より選ばれる1つ以上を含有することが好ましい。なかでも、電解質の電位窓の観点から、上記電離助剤は、γブチロラクトン(GBL)およびn-メチルピロリドン(NMP)の少なくとも何れか一方を含有するものであることがより好ましく、前述のポリマーとの親和性の観点から、上記電離助剤は、γブチロラクトン(GBL)を含有するものであることが最も好ましい。 From the same viewpoint, the above-mentioned ionizing aids include water, γ-butyrolactone (GBL), n-methylpyrrolidone (NMP), butylene carbonate (BC), ethylene carbonate (EC) propylene carbonate (PC), and methyl-γ. -It is preferable to contain one or more selected from the group consisting of butyrolactone (GVL), triglym (TG), diglym (DG), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC). Among them, from the viewpoint of the potential window of the electrolyte, the ionization aid preferably contains at least one of γ-butyrolactone (GBL) and n-methylpyrrolidone (NMP), and more preferably the above-mentioned polymer. From the viewpoint of affinity with the above-mentioned ionizing aid, it is most preferable that the ionizing aid contains γ-butyrolactone (GBL).

(ポリアリーレンスルフィド)
本発明におけるPAS(アリーレン基を「Ar」と略す。)は、式-(Ar-S)-を構成単位とするポリマーである。また、上記の構成単位-(Ar-S)-のArは化学式(1)の(A)の構成単位、および、化学式(1)の(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つの構成単位を有する。融点や分子量を制御する観点で、特に、Arが化学式(1)の(B)の構成単位、または化学式(1)の(C)の構成単位を有することが好ましい。
(Polyarylene sulfide)
PAS (the arylene group is abbreviated as "Ar") in the present invention is a polymer having the formula- (Ar-S)-as a constituent unit. Further, Ar of the above-mentioned structural unit- (Ar-S)-is at least one selected from the group consisting of the structural unit of (A) of the chemical formula (1) and (B) to (G) of the chemical formula (1). It has two building blocks. From the viewpoint of controlling the melting point and the molecular weight, it is particularly preferable that Ar has the structural unit of the chemical formula (1) (B) or the structural unit of the chemical formula (1) (C).

Figure 2022031092000006
Figure 2022031092000006

(R1,R2はアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。R3、R4は、水素、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R3とR4は同一でも異なっていてもよい。Yはアルキレン基、O、CO、SOおよびSOから選ばれる。)
また、-(Ar-S)-で表される構成単位1モルに対し、共重合単位(-(Ar-S)-のArが化学式(1)の(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つの構成単位を有するものは、1モル%以上50モル%以下であることが好ましく。3モル%以上30モル%以下がより好ましく、5モル%以上25モル%以下がいっそう好ましい。共重合単位が1モル%以上であることで、PASの融点が大きく低下し、固体電解質を作製する際の加工温度を低くすることができ、ポリマー電解質のイオン伝導度や品質安定性の向上につながる。一方、50モル%以下であることで、PAS共重合体の重合反応終了後の反応液からPAS共重合体を回収する際に、回収を効率的に行えるようになる傾向にある。なお、PAS共重合体中の共重合単位の含有比率は、重合時に添加する化学式(2)の(A’)~(G’)で表されるジハロゲン化芳香族化合物全量に対する、共重合成分として添加する(B’)~(G’)の化合物の添加量の比率、と同じである。
(R1 and R2 are substituents selected from an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R1 and R2 may be the same or different. R3 and R4 are hydrogen and alkyl groups. It is a substituent selected from an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R3 and R4 may be the same or different. Y is selected from an alkylene group, O, CO, SO, and SO 2. )
Further, for 1 mol of the constituent unit represented by-(Ar-S)-, Ar of the copolymerization unit (-(Ar-S)-is from the group consisting of (B) to (G) of the chemical formula (1). Those having at least one constituent unit selected are preferably 1 mol% or more and 50 mol% or less, more preferably 3 mol% or more and 30 mol% or less, and even more preferably 5 mol% or more and 25 mol% or less. When the copolymerization unit is 1 mol% or more, the melting point of PAS is greatly lowered, the processing temperature when producing a solid electrolyte can be lowered, and the ionic conductivity and quality stability of the polymer electrolyte can be improved. On the other hand, when the content is 50 mol% or less, the PAS copolymer tends to be efficiently recovered when it is recovered from the reaction solution after the polymerization reaction of the PAS copolymer is completed. , The content ratio of the copolymerization unit in the PAS copolymer is added as a copolymerization component with respect to the total amount of the dihalogenated aromatic compound represented by (A') to (G') of the chemical formula (2) added at the time of polymerization. It is the same as the ratio of the addition amount of the compounds (B') to (G').

Figure 2022031092000007
Figure 2022031092000007

上記-(Ar-S)-で表される単位を主要構成単位とする限り、下記の化学式(3)の(H)~(J)で表される分岐単位または架橋単位を含むことができる。これら分岐単位または架橋単位の共重合量は、-(Ar-S)-で表される構成単位1モルに対して0~1モル%の範囲であることが好ましい。 As long as the unit represented by-(Ar-S)-is the main constituent unit, the branching unit or the cross-linking unit represented by (H) to (J) of the following chemical formula (3) can be included. The copolymerization amount of these branching units or cross-linking units is preferably in the range of 0 to 1 mol% with respect to 1 mol of the constituent unit represented by − (Ar—S) −.

Figure 2022031092000008
Figure 2022031092000008

また、本発明におけるPAS共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体及びそれらの混合物のいずれかであってもよい。 Further, the PAS copolymer in the present invention may be any of a random copolymer, a block copolymer and a mixture thereof.

本発明の固体電解質用PAS共重合体の合成方法は特に限定されるものではなく、有機極性溶媒中でスルフィド化剤とジハロゲン化芳香族化合物を反応させて得る方法や、ジヨード芳香族化合物と硫黄を無溶媒下で溶融反応させて得る方法などが挙げられるが、工業的に生産されている前者の重合方法を採用するのが汎用性の観点で好ましい。 The method for synthesizing the PAS copolymer for a solid electrolyte of the present invention is not particularly limited, and is obtained by reacting a sulfidizing agent with a dihalogenated aromatic compound in an organic polar solvent, or a diodeo aromatic compound and sulfur. Examples thereof include a method of melting and reacting the above in a solvent-free manner, but it is preferable to adopt the former polymerization method, which is industrially produced, from the viewpoint of versatility.

(結晶化度)
ここで、ポリマー電解質の結晶化度は、電離助剤を含有しない状態の結晶化度をいう。本発明のポリマー電解質は融点、加工性及び電離助剤の含浸の観点から、本発明のポリマー電解質に含まれるポリマーの結晶化度が20%以下であることが好ましい。
(Crystallinity)
Here, the crystallinity of the polymer electrolyte means the crystallinity in a state where the ionizing aid is not contained. From the viewpoint of melting point, processability and impregnation of the ionizing aid, the polymer electrolyte of the present invention preferably has a crystallinity of 20% or less of the polymer contained in the polymer electrolyte of the present invention.

結晶化度は一般的に、ポリマー全体における結晶領域が占める割合をいうが、ここでは、電離助剤を含浸する前のポリマー電解質の結晶融解熱量を、パラフェニレンスルファイド完全結晶の融解熱量(146.2J/g)にて除した値をポリマーの結晶化度とみなす。 The degree of crystallinity generally refers to the proportion of the crystal region in the entire polymer, but here, the amount of heat of crystal melting of the polymer electrolyte before impregnation with the ionizing aid is the amount of heat of melting of the paraphenylene sulphide complete crystal (146). The value divided by .2 J / g) is regarded as the crystallinity of the polymer.

特許文献1等において、ポリマー電解質は結晶化度が高いことがイオン伝導度に重要であることが知られているが、結晶化度を低くすることで、ポリマーの融点が低くなる傾向にあり、低温加工することが可能になり、リチウム塩の分解や、ポリマーの酸化、架橋などが抑制され、電離助剤との親和性が高くなり、導電通路が形成しやすくなるため、低結晶化度でも高いイオン伝導度に至ることができる。 In Patent Document 1 and the like, it is known that high crystallinity of a polymer electrolyte is important for ionic conductivity, but lowering the crystallinity tends to lower the melting point of the polymer. It can be processed at low temperature, decomposition of lithium salt, oxidation of polymer, cross-linking, etc. are suppressed, compatibility with ionizing aids is high, and conductive passages are easily formed, so even with low crystallinity. High ionic conductivity can be reached.

また、結晶化度が低い場合、ポリマー電解質を成型させるのに必要な温度が低くなる。特にアルカリ金属塩などの成分を含有する場合、成分の混合と成型のプロセスを連続して又は同時に行うことができる。 Also, if the crystallinity is low, the temperature required to mold the polymer electrolyte will be low. In particular, when a component such as an alkali metal salt is contained, the mixing and molding processes of the components can be performed continuously or simultaneously.

以上の観点から、本発明におけるポリマー電解質の結晶化度は、20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましい。また、本発明におけるポリマー電解質の結晶化度は、示差走査熱量計(DSC)で測定することができる。具体的に、ポリマー電解質を窒素雰囲気下10℃/分の速度で25℃から120℃に昇温し、120℃にて2時間保持する。その後400℃まで10℃/分の速度で昇温し、得られた吸熱ピークのうち、最も面積の広いピークを融解ピークとみなし、融解ピーク面積より求められる融解熱量(J/g)を146.2(J/g)で除した値を結晶化度(%)とする。 From the above viewpoint, the crystallinity of the polymer electrolyte in the present invention is preferably 20% or less, more preferably 15% or less. Further, the crystallinity of the polymer electrolyte in the present invention can be measured by a differential scanning calorimeter (DSC). Specifically, the polymer electrolyte is heated from 25 ° C. to 120 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere and held at 120 ° C. for 2 hours. After that, the temperature was raised to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and among the obtained endothermic peaks, the peak having the widest area was regarded as the melting peak, and the amount of heat of melting (J / g) obtained from the melting peak area was 146. The value divided by 2 (J / g) is defined as the crystallinity (%).

(融点)
ここでいうポリマー電解質の融点は、電離助剤を含有しない状態の融点をいう。ポリマー電解質の融点は、成型性、生産性、及び品質安定性の観点から、融点が200℃以上320℃以下であることが好ましい。ポリマー電解質の融点が低いことによって、より低温で混合することができ、原料の昇華や変質を防ぐことができる。また、溶融状態で昇華しやすい原料がある場合、昇華を防ぐために各々の原料とポリマーとをそれぞれ混合する必要があるが、ポリマー電解質の融点が低いことによって、一度で溶融混合することができる。このようなことによって、プロセスを単純化できる。以上の観点から、本発明におけるポリマー電解質の融点が200℃以上、320℃以下であることが好ましく、200℃以上、280℃以下であることがより好ましく、200℃以上、250℃以下であることがさらに好ましい。本発明におけるポリマー電解質の融点は、以下とおり測定する。ポリマー電解質を窒素雰囲気下10℃/分の速度で25℃から120℃に昇温し、120℃にて2時間保持する。その後400℃まで10℃/分の速度で昇温し、得られた吸熱ピークのうち、最も面積の広いピークを融解ピークとみなし、融解ピークのピーク温度を融点とする。
(Melting point)
The melting point of the polymer electrolyte referred to here is the melting point in a state where the ionizing aid is not contained. The melting point of the polymer electrolyte is preferably 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower from the viewpoint of formability, productivity, and quality stability. Due to the low melting point of the polymer electrolyte, it can be mixed at a lower temperature, and sublimation and deterioration of the raw material can be prevented. Further, when there is a raw material that easily sublimates in a molten state, it is necessary to mix each raw material and the polymer in order to prevent sublimation. However, since the melting point of the polymer electrolyte is low, it can be melt-mixed at once. This can simplify the process. From the above viewpoint, the melting point of the polymer electrolyte in the present invention is preferably 200 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, and 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Is even more preferable. The melting point of the polymer electrolyte in the present invention is measured as follows. The polymer electrolyte is heated from 25 ° C. to 120 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere and held at 120 ° C. for 2 hours. After that, the temperature is raised to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and among the obtained endothermic peaks, the peak having the widest area is regarded as the melting peak, and the peak temperature of the melting peak is defined as the melting point.

(イオン伝導度)
本発明のポリマー電解質は電池用途の電解質としてのイオン伝導度や電池の充放電性能の観点から、本発明のポリマー電解質のイオン伝導度は10-6S/cm以上であることが好ましい。また、同様の観点から、10-5S/cm以上であることがより好ましく、10-4S/cm以上であることがさらに好ましい。なお、上記のポリマー電解質のイオン伝導度は、25℃におけるものをいう。
(Ion conductivity)
The polymer electrolyte of the present invention preferably has an ionic conductivity of 10-6 S / cm or more from the viewpoint of ionic conductivity as an electrolyte for battery use and charge / discharge performance of the battery. From the same viewpoint, it is more preferably 10-5 S / cm or more, and further preferably 10-4 S / cm or more. The ionic conductivity of the above polymer electrolyte refers to that at 25 ° C.

イオン伝導度の測定は次の方法により行うことができる。ポリマー電解質を直径10mmの円形にサンプリングし、測定用試料とする。この試料の厚さをマイクロメーターで測定後、サンプルホルダーに設置し、高周波インピーダンス測定システム(東陽テクニカ社製4990EDMS-120K)を用いて、100Hz~100MHzの交流電圧を印加し、複素インピーダンス法によるイオン伝導度を測定する。本発明におけるリチウムイオンの伝導度は、固体電池の内部抵抗及びレート特性等の観点から10-6S/cm以上であることが好ましく、10-5S/cm以上であることがより好ましい、10-4S/cm以上が最も好ましい。 The ionic conductivity can be measured by the following method. The polymer electrolyte is sampled in a circle with a diameter of 10 mm and used as a measurement sample. After measuring the thickness of this sample with a micrometer, it is placed in a sample holder, and an AC voltage of 100 Hz to 100 MHz is applied using a high-frequency impedance measurement system (4990EDMS-120K manufactured by Toyo Technica), and ions are produced by the complex impedance method. Measure the conductivity. The conductivity of lithium ions in the present invention is preferably 10-6 S / cm or more, more preferably 10-5 S / cm or more, from the viewpoint of the internal resistance and rate characteristics of the solid-state battery. -4 S / cm or more is most preferable.

(原料の微粒化)
本発明における原料の微粒化する方法は、本発明の効果を損ない限り限定されないが、ボールミル、ジェットミル、クライオミルなどの方法があげられる。また、原料を微粒化してから混合してもよいが、混合してから微粒化するのもよい。混合の均一性の観点から、微粒化した平均粒子径は20マイクロメーター以下であることが好ましく、10マイクロメーター以下がより好ましい。
(Amplification of raw materials)
The method for atomizing the raw material in the present invention is not limited as long as the effect of the present invention is impaired, and examples thereof include ball mills, jet mills, and cryomills. Further, the raw materials may be atomized and then mixed, but they may be mixed and then atomized. From the viewpoint of mixing uniformity, the average particle size atomized is preferably 20 micrometers or less, and more preferably 10 micrometers or less.

(ポリマー電解質の厚み)
本発明におけるポリマー電解質の厚みは、電気抵抗の観点から、200マイクロメーター以下であることが好ましい、100マイクロメーター以下がより好ましく、30マイクロメーター以下がさらに好ましい。本発明におけるポリマー電解質の厚みは、JISK6250(2019)に従って、定圧厚さ測定器で測定する。
(Thickness of polymer electrolyte)
From the viewpoint of electrical resistance, the thickness of the polymer electrolyte in the present invention is preferably 200 micrometers or less, more preferably 100 micrometers or less, and even more preferably 30 micrometers or less. The thickness of the polymer electrolyte in the present invention is measured with a constant pressure thickness measuring instrument according to JIS K6250 (2019).

(吸湿度)
本発明における吸湿度は、ポリマー電解質の吸湿能力をいう。具体的に、ポリマー電解質を露点-40℃以下の乾燥室から取り出し、25℃、相対湿度80%状態1時間処理する。処理前後の重量増加を処理前のポリマー電解質の重量で割った値を吸湿度とする。ポリマー電解質の保管の観点から、電解質の吸湿が成分比率変化・電解質の劣化につながることがある。前記観点から、本発明におけるポリマー電解質の吸湿度は0%以上20%以下が好ましく、0%以上10%以下がより好ましい。
(Hygroscopicity)
The hygroscopicity in the present invention refers to the hygroscopic ability of the polymer electrolyte. Specifically, the polymer electrolyte is taken out from a drying chamber having a dew point of −40 ° C. or lower, and treated at 25 ° C. and a relative humidity of 80% for 1 hour. The value obtained by dividing the weight increase before and after the treatment by the weight of the polymer electrolyte before the treatment is defined as the moisture absorption. From the viewpoint of storage of the polymer electrolyte, moisture absorption of the electrolyte may lead to a change in the component ratio and deterioration of the electrolyte. From the above viewpoint, the moisture absorption of the polymer electrolyte in the present invention is preferably 0% or more and 20% or less, and more preferably 0% or more and 10% or less.

(電池)
本発明の電池は、本発明のポリマー電解質を含むことが好ましい。本発明の効果を損ない限り限定されない、公知の方法で製造することができる。例えば、まずポリマー電解質フィルムと正極材、負極材を捲回機で巻き取り、捲回体を得る。その後得た捲回体を外装材で密封し、ポリマー電解質を有する電池を得る。
(battery)
The battery of the present invention preferably contains the polymer electrolyte of the present invention. It can be produced by a known method without limitation as long as the effect of the present invention is impaired. For example, first, the polymer electrolyte film, the positive electrode material, and the negative electrode material are wound by a winding machine to obtain a wound body. After that, the obtained wound body is sealed with an exterior material to obtain a battery having a polymer electrolyte.

以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not necessarily limited thereto.

(結晶化度の測定)
ここでいうポリマー電解質の結晶化度は、電離助剤を含有しないフィルムの結晶化度をいう。本発明におけるポリマー電解質の結晶化度は、示差走査量熱計(DSC)で測定した。まずクライオミルでポリマー電解質を平均粒子径が0.5mm以下に粉砕した。2.5mgのポリマー電解質をアルミ製サンプルホルダーに充填し、サンプル台に設置した。ポリマー電解質を窒素雰囲気下10℃/分の速度で25℃から120℃に昇温し、120℃にて2時間保持した。その後400℃まで10℃/分の速度で昇温し、得られた吸熱ピークのうち、最も面積の広いピークを融解ピークとみなし、融解ピーク面積より求められる融解熱量(J/g)を146.2(J/g)で除した値を結晶化度(%)とした。
(Measurement of crystallinity)
The crystallinity of the polymer electrolyte referred to here refers to the crystallinity of a film that does not contain an ionizing aid. The crystallinity of the polymer electrolyte in the present invention was measured with a differential scanning calorimeter (DSC). First, the polymer electrolyte was pulverized with a cryomill so that the average particle size was 0.5 mm or less. An aluminum sample holder was filled with 2.5 mg of polymer electrolyte and placed on a sample table. The polymer electrolyte was heated from 25 ° C. to 120 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere and kept at 120 ° C. for 2 hours. After that, the temperature was raised to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and among the obtained endothermic peaks, the peak having the widest area was regarded as the melting peak, and the amount of heat of melting (J / g) obtained from the melting peak area was 146. The value divided by 2 (J / g) was taken as the crystallinity (%).

(融点の測定)
ポリマー電解質の融点は、示差走査量熱計(DSC)で測定した。クライオミルで平均粒子径約0.5mm以下に粉砕した2.5mgのポリマー電解質をアルミ製サンプルホルダーに充填し、サンプル台に設置した。ポリマー電解質を窒素雰囲気下10℃/分の速度で25℃から120℃に昇温し、120℃にて2時間保持した。その後400℃まで10℃/分の速度で昇温し、得られた吸熱ピークのうち、最も面積の広いピークを融解ピークとみなし、融解ピークのピーク温度を融点とした。
(Measurement of melting point)
The melting point of the polymer electrolyte was measured with a differential scanning calorimetry (DSC). An aluminum sample holder was filled with 2.5 mg of a polymer electrolyte pulverized with a cryomill to an average particle diameter of about 0.5 mm or less, and placed on a sample table. The polymer electrolyte was heated from 25 ° C. to 120 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere and kept at 120 ° C. for 2 hours. After that, the temperature was raised to 400 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and among the obtained endothermic peaks, the peak having the widest area was regarded as the melting peak, and the peak temperature of the melting peak was taken as the melting point.

(イオン伝導度の測定)
本発明におけるイオン伝導度の測定は次の方法で測定した。ポリマー電解質フィルムの厚みを測定したあと、径10mmになるようサンプリングし、面積(S)を78.5mmと算出した。ポリマー電解質フィルムを直径10mmのサンプルホルダー(Hohsen社製KP-SolidCell)に入れた。その後高周波インピーダンス測定システム(東陽テクニカ社製4990EDMS-120K)を用いて、100Hz~100MHzの交流電圧を印加し、複素インピーダンス法によるインピーダンスを測定した。得たインピーダンスから、抵抗値(R)を算出し、測定した厚み(D)、面積(S)と合わせて、下記の式(3)でイオン伝導度(σ)を算出した。
(Measurement of ionic conductivity)
The ionic conductivity in the present invention was measured by the following method. After measuring the thickness of the polymer electrolyte film, sampling was performed so that the diameter was 10 mm, and the area (S) was calculated to be 78.5 mm 2 . The polymer electrolyte film was placed in a sample holder (KP-Solid Cell manufactured by Hohsen) having a diameter of 10 mm. After that, using a high frequency impedance measurement system (4990EDMS-120K manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.), an AC voltage of 100 Hz to 100 MHz was applied, and the impedance by the complex impedance method was measured. The resistance value (R) was calculated from the obtained impedance, and the ionic conductivity (σ) was calculated by the following formula (3) together with the measured thickness (D) and area (S).

Figure 2022031092000009
Figure 2022031092000009

(イオン拡散係数の測定)
ここでいうポリマー電解質のイオン拡散係数は、電離助剤、ポリマー及びアルカリ金属塩を含有するフィルムのイオン拡散係数をいう。本発明におけるイオン拡散係数はPFG-NMR(パルス磁場勾配核磁気共鳴分光法)で測定した。Bruker Biospin社製のAVANCE III HD400を用い、乾燥窒素雰囲気下、25℃にて測定した。観測はLi、155.6MHzで行った。拡散プロットから、最小二乗法を用い、二成分でフィッテングした。得られた値のうち、最大のものをイオン拡散係数とした。
(Measurement of ion diffusion coefficient)
The ion diffusion coefficient of the polymer electrolyte referred to here refers to the ion diffusion coefficient of a film containing an ionizing aid, a polymer and an alkali metal salt. The ion diffusion coefficient in the present invention was measured by PFG-NMR (pulse magnetic field gradient nuclear magnetic resonance spectroscopy). The measurement was carried out at 25 ° C. under a dry nitrogen atmosphere using AVANCE III HD400 manufactured by Bruker Biospin. Observations were made at 7 Li and 155.6 MHz. From the diffusion plot, the least squares method was used to fit the two components. Among the obtained values, the largest one was used as the ion diffusion coefficient.

(フィルムの厚みの測定)
本発明におけるポリマー電解質フィルムの厚みは、JISK6250(2019)に従って、定圧厚さ測定器で測定した。
(Measurement of film thickness)
The thickness of the polymer electrolyte film in the present invention was measured with a constant pressure thickness measuring instrument according to JIS K6250 (2019).

(アルカリ金属塩を含有するフィルム)
本発明におけるアルカリ金属塩を含有するフィルムは、アルカリ金属塩とポリマーを溶融混錬した後、成膜工程でフィルムを作製した。本発明における成膜手法は、公知の手法で成膜してもよい。本発明における成膜手法は延伸工程を含んでもよいが、フィルムが延伸することによってPASが結晶化することがあり、後記電離助剤が含有しにくくなることがある。前記観点から、本発明における成膜手法は延伸工程を含まないことが好ましい。
(Film containing alkali metal salt)
For the film containing the alkali metal salt in the present invention, the alkali metal salt and the polymer were melt-kneaded and then formed into a film in a film forming step. The film forming method in the present invention may be a known method. The film forming method in the present invention may include a stretching step, but PAS may crystallize due to stretching of the film, which may make it difficult to contain the ionizing aid described later. From the above viewpoint, it is preferable that the film forming method in the present invention does not include a stretching step.

(電離助剤の含浸)
本発明における電離助剤の含浸は、密閉容器内で前記アルカリ金属塩を含有するフィルムフィルムと電離助剤を一定条件で含浸させた。前記含浸条件は、含浸時の温度、圧力等の条件を含み、PAS、アルカリ金属塩及び電離助剤の種類によって適宜選択した。例えば、リチウム塩を含有するPPSフィルムにGBLを含浸させる場合、フィルムとGBLを密閉容器に入れて、常圧、120℃でオーブン1時間加熱した。また、減圧する場合、リチウム塩を含有するPPSフィルムとGBLを開放容器に入れて、120℃にて真空オーブンにて真空引きしながら1時間加熱した。
(Ionization aid impregnation)
The impregnation of the ionizing aid in the present invention is carried out by impregnating the film film containing the alkali metal salt and the ionizing aid under certain conditions in a closed container. The impregnation conditions include conditions such as temperature and pressure at the time of impregnation, and were appropriately selected depending on the type of PAS, alkali metal salt and ionizing aid. For example, when a PPS film containing a lithium salt is impregnated with GBL, the film and GBL are placed in a closed container and heated in an oven at 120 ° C. for 1 hour at normal pressure. When the pressure was reduced, the PPS film containing a lithium salt and GBL were placed in an open container and heated at 120 ° C. for 1 hour while being evacuated in a vacuum oven.

(吸湿度の測定)
本発明における吸湿度は、ポリマー電解質の吸湿能力をいう。具体的に、ポリマー電解質を露点-40℃以下の乾燥室から取り出し、25℃、相対湿度80%状態1時間処理した。処理前後の重量増加を処理前のポリマー電解質の重量で割った値を吸湿度とした。
(Measurement of moisture absorption)
The hygroscopicity in the present invention refers to the hygroscopic ability of the polymer electrolyte. Specifically, the polymer electrolyte was taken out from a drying chamber having a dew point of −40 ° C. or lower, and treated at 25 ° C. and a relative humidity of 80% for 1 hour. The value obtained by dividing the weight increase before and after the treatment by the weight of the polymer electrolyte before the treatment was taken as the moisture absorption.

(ポリマー1)
全-(Ar-S)-の繰り返し単位100モル%に対して、Arが(A)で表されるパラフェニレンスルファイド構成単位を85モル%と、Arが(C)で表される、且つR1,R2がともに水素であるメタフェニレンスルファイド構成単位15モル%とからなる共重合ポリマー。
(Polymer 1)
For every 100 mol% of all- (Ar-S) -repeating units, Ar is represented by (A) 85 mol% and Ar is represented by (C). A copolymerized polymer consisting of 15 mol% of metaphenylene sulfide constituent units in which both R1 and R2 are hydrogen.

(ポリマー2)
全-(Ar-S)-の繰り返し単位100モル%に対して、Arが(A)で表されるパラフェニレンスルファイド構成単位を90モル%と、Arが(C)で表される、且つR1,R2がともに水素であるメタフェニレンスルファイド構成単位10モル%とからなる共重合ポリマー。
(Polymer 2)
For 100 mol% of all- (Ar-S) -repeating units, 90 mol% of the paraphenylene sulfide constituent unit in which Ar is represented by (A) and Ar is represented by (C), and Ar is represented by (C). A copolymerized polymer consisting of 10 mol% of metaphenylene sulfide constituent units in which both R1 and R2 are hydrogen.

(ポリマー3)
-(Ar-S)-の繰り返し単位100モル%に対して、Arが(A)で表されるパラフェニレンスルファイド構成単位のみからなるポリマー(東レ社製ポリフェニレンスルファイド“トレリナ“(登録商標)E2080)。
(Polymer 3)
A polymer consisting of only paraphenylene sulfide constituent units in which Ar is represented by (A) with respect to 100 mol% of the repeating unit of-(Ar-S)-(Polyphenylene sulfide "Trelina" (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc.). E2080).

(ポリマー4)
-(Ar-S)-の繰り返し単位100モル%に対して、Arが(A)で表されるパラフェニレンスルファイド構成単位84モル%と、Arが(C)で表される、且つR1,R2がともに水素であるメタフェニレンスルファイド構成単位15モル%(H)で表される分岐単位を1モル%とからなる共重合ポリマー。
(Polymer 4)
-(Ar-S)-Repeat unit 100 mol%, Ar is represented by (A) 84 mol%, and Ar is represented by (C), and R1, A copolymerized polymer consisting of 1 mol% of branching units represented by 15 mol% (H) of metaphenylene sulfide constituent units in which both R2 are hydrogen.

(ポリマー5)
ポリマー1とポリマー3を構成換算したモル比1:1で混合したもの。
(Polymer 5)
A mixture of polymer 1 and polymer 3 in a compositionally converted molar ratio of 1: 1.

(ポリマー6)
ポリエチレン(PE)。
(Polymer 6)
Polyethylene (PE).

(ポリマー7)
ポリエチレンテレフタラート(PET)。
(Polymer 7)
Polyethylene terephthalate (PET).

(ポリマー8)
ポリスチレン(PS)。
(Polymer 8)
Polystyrene (PS).

(ポリマー9)
ポリピロメリトイミド(PI)(デュポン株式会社製“カプトン”(登録商標))。
(Polymer 9)
Polypyrromelitimide (PI) ("Kapton" (registered trademark) manufactured by DuPont Co., Ltd.).

(アルカリ金属塩1)
リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(東京化成工業社製)。
(Alkali metal salt 1)
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).

(アルカリ金属塩2)
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(東京化成工業社製)。
(Alkali metal salt 2)
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).

(アルカリ金属塩3)
水酸化リチウム(Alfa Aesar社製)。
(Alkali metal salt 3)
Lithium hydroxide (manufactured by Alfa Aesar).

(実施例1)
ポリマー1を平均粒子径が20マイクロメーター以下になるように粉砕した。その後、粉砕した粉末をアルカリ金属塩1と混合した。この際、ポリマー1に含まれる構成単位の数と、アルカリ金属塩1とのモル比が100:45.4になるように調合した。具体的には、ポリマー1の粉末100gに対し、アルカリ金属塩1を121gの比率にて調合した。
(Example 1)
Polymer 1 was pulverized so that the average particle size was 20 micrometers or less. Then, the pulverized powder was mixed with the alkali metal salt 1. At this time, the mixture was prepared so that the molar ratio of the number of structural units contained in the polymer 1 to the alkali metal salt 1 was 100: 45.4. Specifically, the alkali metal salt 1 was prepared at a ratio of 121 g to 100 g of the polymer 1 powder.

混合物粉末を露点-40℃のドライルーム条件で溶融混錬機に投入し、260℃混錬した。その後、空冷で25℃に冷却した。得たサンプルを再度平均粒子径が20マイクロメーター以下になるように粉砕した。得た粉末を公知の方法で成膜し、延伸を行わなかった。前記方法で30マイクロメーターのフィルムを得た。得たフィルムを少量サンプリングし、クライオミルでポリマー電解質を直径が0.5mm以下となるまで粉砕し、結晶化度と融点を測定した。 The mixture powder was put into a melt kneader under a dry room condition with a dew point of −40 ° C. and kneaded at 260 ° C. Then, it was cooled to 25 ° C. by air cooling. The obtained sample was again pulverized so that the average particle size was 20 micrometers or less. The obtained powder was formed into a film by a known method and was not stretched. A 30 micrometer film was obtained by the above method. A small amount of the obtained film was sampled, the polymer electrolyte was pulverized with a cryomill until the diameter was 0.5 mm or less, and the crystallinity and melting point were measured.

得たフィルムとγブチロラクトン(GBL)を容器に入れて、圧力を0.5atmに調整するよう真空オーブンに120℃、1時間含浸させた。冷却した後、表面に残存する導電助剤を拭き取った。得たポリマー電解質フィルムのイオン伝導度及び吸湿度を25℃で測定した。測定結果を表2に示す。実施例1はポリマーの融点が低いため、260℃の比較的低温で混錬でき、原料の分解や劣化が発生せず、生産性に優れていた。すなわち、実施例1のポリマー電解質は、室温での良好なイオン伝導度及び生産性に優れたものであった。 The obtained film and gamma-butyrolactone (GBL) were placed in a container and impregnated in a vacuum oven at 120 ° C. for 1 hour so that the pressure was adjusted to 0.5 atm. After cooling, the conductive auxiliary agent remaining on the surface was wiped off. The ionic conductivity and hygroscopicity of the obtained polymer electrolyte film were measured at 25 ° C. The measurement results are shown in Table 2. In Example 1, since the melting point of the polymer was low, kneading was possible at a relatively low temperature of 260 ° C., the raw materials did not decompose or deteriorate, and the productivity was excellent. That is, the polymer electrolyte of Example 1 was excellent in good ionic conductivity and productivity at room temperature.

(実施例2~17、比較例1~5)
ポリマー種類、アルカリ金属塩種類、混錬温度、延伸倍率、圧力及びポリマーとアルカリ金属塩のモル比を表1のとおりとした以外は実施例1と同様にサンプルを作製し、評価を実施した。評価結果を表2に示す。実施例10に示した混合電離助剤の各成分の質量比はEC(30):PC(30):EMC(40)であった。
(Examples 2 to 17, Comparative Examples 1 to 5)
Samples were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the polymer type, alkali metal salt type, kneading temperature, stretching ratio, pressure and molar ratio of polymer to alkali metal salt were as shown in Table 1. The evaluation results are shown in Table 2. The mass ratio of each component of the mixed ionizing aid shown in Example 10 was EC (30): PC (30): EMC (40).

実施例2~17は実施例1と同様、低温で成型でき、生産性及びイオン伝導度に優れている。すなわち、これらの実施例のポリマー電解質は、実施例1のポリマー電解質と同様に、室温での良好なイオン伝導度を示し、且つ成形性、生産性、及び品質安定性に優れたものであった。実施例18は、ポリマーとアルカリ金属塩を成膜した後に二軸延伸し、結晶化度が延伸により増加した。結晶化度の増加により、電離助剤の含浸量が低下し、イオン伝導度に少し劣っていた。なお、比較例1は、Arが(B)~(G)から選ばれる少なくとも一つの構造である構成単位を有しない。よって、高温で成型しなければならない。アルカリ金属塩が高温より劣化が発生し、イオン伝導度に劣っていた。比較例2~4は、PAS以外のポリマーを使用し、アルカリ金属塩及び電離助剤との親和性がPASより低いため、イオン伝導度が劣っている。比較例5は、電離助剤を含有しないため、アルカリ金属塩の解離と伝導が不十分であり、イオン伝導度が劣る。 Examples 2 to 17 can be molded at a low temperature as in Example 1, and are excellent in productivity and ionic conductivity. That is, the polymer electrolytes of these examples showed good ionic conductivity at room temperature, and were excellent in moldability, productivity, and quality stability, like the polymer electrolytes of Example 1. .. In Example 18, after forming a polymer and an alkali metal salt into a film, biaxial stretching was performed, and the crystallinity was increased by stretching. Due to the increase in crystallinity, the amount of the ionizing aid impregnated decreased, and the ion conductivity was slightly inferior. In addition, Comparative Example 1 does not have a structural unit in which Ar is at least one structure selected from (B) to (G). Therefore, it must be molded at a high temperature. The alkali metal salt deteriorated from the high temperature and was inferior in ionic conductivity. In Comparative Examples 2 to 4, a polymer other than PAS is used, and the affinity with the alkali metal salt and the ionizing aid is lower than that of PAS, so that the ionic conductivity is inferior. In Comparative Example 5, since the ionizing aid is not contained, the dissociation and conduction of the alkali metal salt are insufficient, and the ionic conductivity is inferior.

(実施例18)
ポリマー1を平均粒子径が20マイクロメーター以下になるように粉砕した。その後、粉砕した粉末をアルカリ金属塩1と混合した。この際、ポリマー1に含まれる構成単位の数と、アルカリ金属塩1とのモル比が100:5.1になるように調合した。具体的には、ポリマー1の粉末100gに対し、アルカリ金属塩1を13.53gの比率にて調合した。
(Example 18)
Polymer 1 was pulverized so that the average particle size was 20 micrometers or less. Then, the pulverized powder was mixed with the alkali metal salt 1. At this time, the mixture was prepared so that the molar ratio of the number of structural units contained in the polymer 1 to the alkali metal salt 1 was 100: 5.1. Specifically, the alkali metal salt 1 was prepared at a ratio of 13.53 g to 100 g of the polymer 1 powder.

混合物粉末を露点-40℃のドライルーム条件で溶融混錬る機に投入し、260℃混錬した。得られたサンプルを再度平均粒子径が20マイクロメーター以下になるように粉砕した。得られた粉末を260℃に加熱したプレス機でプレスしたのち、温度15℃のステンレス板で挟んで急冷することで、厚み30マイクロメーターのフィルムを得た。得られたフィルムを少量サンプリングし、結晶化度と融点を測定した。 The mixture powder was put into a melt kneading machine under a dry room condition with a dew point of −40 ° C. and kneaded at 260 ° C. The obtained sample was again pulverized so that the average particle size was 20 micrometers or less. The obtained powder was pressed by a press machine heated to 260 ° C., sandwiched between stainless steel plates having a temperature of 15 ° C., and rapidly cooled to obtain a film having a thickness of 30 micrometers. A small amount of the obtained film was sampled, and the crystallinity and melting point were measured.

ついで、得られたフィルムと電気抵抗率が0.5MΩ(メガオーム)の純水を容器に入れて、恒温恒湿槽で1.0atm下、60℃、1時間処理し、純水を含浸させた。フィルムは、含浸前の重量を測定しておき、含浸処理後に表面を拭き取ったのち、含浸後の重量を測定した。含浸前と含浸後の重量変化から、アルカリ金属塩1:純水のモル比で、5.1:71.7の比率で含浸されていることが分かった。 Then, the obtained film and pure water having an electrical resistivity of 0.5 MΩ (megaohm) were placed in a container and treated in a constant temperature and humidity chamber at 1.0 atm at 60 ° C. for 1 hour to impregnate the pure water. .. The weight of the film before impregnation was measured, the surface of the film was wiped off after the impregnation treatment, and then the weight after impregnation was measured. From the weight changes before and after impregnation, it was found that the alkali metal salt was impregnated at a molar ratio of 1: pure water of 5.1: 71.7.

得られたポリマー電解質フィルムのイオン伝導度を25℃で測定した。測定結果を表2に示す。 The ionic conductivity of the obtained polymer electrolyte film was measured at 25 ° C. The measurement results are shown in Table 2.

(実施例19)
恒温恒湿槽での含浸処理条件を、70℃とした以外は、実施例18と同様にして固体電解質を得た。含浸前と含浸後の重量変化から、アルカリ金属塩1:純水のモル比で、5.1:90.5の比率で含浸されていることが分かった。
(Example 19)
A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Example 18 except that the impregnation treatment condition in the constant temperature and humidity chamber was 70 ° C. From the weight changes before and after impregnation, it was found that the alkali metal salt was impregnated at a molar ratio of 1: pure water of 5.1: 90.5.

得られたポリマー電解質フィルムのイオン伝導度を25℃で測定した。結果を表2に示す。 The ionic conductivity of the obtained polymer electrolyte film was measured at 25 ° C. The results are shown in Table 2.

(実施例20)
恒温恒湿槽での含浸処理条件を、80℃とした以外は、実施例18と同様にして固体電解質を得た。含浸前と含浸後の重量変化から、アルカリ金属塩1:純水のモル比で、5.1:136.7の比率で含浸されていることが分かった。
(Example 20)
A solid electrolyte was obtained in the same manner as in Example 18 except that the impregnation treatment condition in the constant temperature and humidity chamber was set to 80 ° C. From the change in weight before and after impregnation, it was found that the mixture was impregnated with a molar ratio of alkali metal salt 1: pure water of 5.1: 136.7.

得られたポリマー電解質フィルムのイオン伝導度を25℃で測定した。結果を表2に示す。 The ionic conductivity of the obtained polymer electrolyte film was measured at 25 ° C. The results are shown in Table 2.

(比較例6)
比較例6は、ポリマーをPI(ポリマー9)としたが、溶融温度が400℃以上となった。一方で、リチウム塩(Li塩)の分解温度が380℃以下のため、Li塩と混合する際、Li塩の気化分解が発生し、溶融混合することができなかった。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, the polymer was PI (polymer 9), but the melting temperature was 400 ° C. or higher. On the other hand, since the decomposition temperature of the lithium salt (Li salt) is 380 ° C. or lower, vaporization decomposition of the Li salt occurs when the lithium salt is mixed with the Li salt, and the solution cannot be melt-mixed.

(比較例7)
比較例7は、LiTFSIとPI(ポリマー9)をモル比1:2になるよう、NMP溶液に溶解した。その後、LiTFSIとPIの溶液をPET基板上にキャストし、120℃の真空オーブンで3時間乾燥した。残留のNMPが4wt%であった。得た電解質フィルムのイオン伝導度及び吸湿度を測定した。本比較例につき、実施例と同等なレベルな初期イオン伝導度を達したが、吸湿度が高いため、水分の電気分解が起こりやすいことがあった。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, LiTFSI and PI (polymer 9) were dissolved in an NMP solution so as to have a molar ratio of 1: 2. Then, a solution of LiTFSI and PI was cast on a PET substrate and dried in a vacuum oven at 120 ° C. for 3 hours. The residual NMP was 4 wt%. The ionic conductivity and hygroscopicity of the obtained electrolyte film were measured. In this comparative example, the initial ionic conductivity at the same level as in the examples was achieved, but due to the high hygroscopicity, electrolysis of water was likely to occur.

(ポリマーの製造方法)
[参考例1]
攪拌機付きのオートクレーブに硫化ナトリウム9水和物6.005kg(25モル)、酢酸ナトリウム0.787kg(9.6モル)およびNMP(N-メチルピロリドン)5kgを仕込み、窒素を通じながら徐々に205℃まで昇温し、水3.6リットルを留出した。次に反応容器を180℃に冷却後、1,4-ジクロロベンゼン3.712kg(25.25モル)ならびにNMP2.4kgを加えて、窒素下に密閉し、270℃まで昇温後、270℃で2.5時間反応した。次に100℃に加熱されたNMP10kg中に投入して、約1時間攪拌し続けたのち、濾過し、さらに80℃の熱水で30分の洗浄を3回繰り返した。これを濾過し、酢酸カルシウムを10.4g入れた水溶液25リットル中に投入し、密閉されたオートクレーブ中で192℃、約1時間攪拌し続けたのち、濾過し、濾液のpHが7になるまで約90℃のイオン交換水で洗浄後、80℃で24時間減圧乾燥し、ポリマー3を得た。
(Polymer manufacturing method)
[Reference Example 1]
Add 6.005 kg (25 mol) of sodium sulfide, 0.787 kg (9.6 mol) of sodium acetate and 5 kg of NMP (N-methylpyrrolidone) to an autoclave equipped with a stirrer, and gradually bring it to 205 ° C while passing through nitrogen. The temperature was raised and 3.6 liters of water was distilled off. Next, after cooling the reaction vessel to 180 ° C, 3.712 kg (25.25 mol) of 1,4-dichlorobenzene and 2.4 kg of NMP were added, sealed under nitrogen, heated to 270 ° C, and then at 270 ° C. It reacted for 2.5 hours. Next, it was put into 10 kg of NMP heated to 100 ° C., stirred for about 1 hour, filtered, and further washed with hot water at 80 ° C. for 30 minutes three times. This is filtered, put into 25 liters of an aqueous solution containing 10.4 g of calcium acetate, stirred at 192 ° C. for about 1 hour in a closed autoclave, and then filtered until the pH of the filtrate reaches 7. After washing with ion-exchanged water at about 90 ° C., the mixture was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 24 hours to obtain Polymer 3.

[参考例2]
参考例1を参考としながら、1,4-ジクロロベンゼン3.155kg(21.46モル)及び1,3-ジクロロベンゼン0.557kg(3.79モル)を同時に加えることで、ポリマー1を得た。
[Reference Example 2]
Polymer 1 was obtained by simultaneously adding 3.155 kg (21.46 mol) of 1,4-dichlorobenzene and 0.557 kg (3.79 mol) of 1,3-dichlorobenzene with reference to Reference Example 1. ..

[参考例3]
参考例1を参考としながら、1,4-ジクロロベンゼン3.341kg(22.72モル)及び1,3-ジクロロベンゼン0.371kg(2.53モル)も同時に添加することで、ポリマー2を得た。
[Reference Example 3]
Polymer 2 is obtained by simultaneously adding 1.341 kg (22.72 mol) of 1,4-dichlorobenzene and 0.371 kg (2.53 mol) of 1,3-dichlorobenzene while referring to Reference Example 1. rice field.

[参考例4]
参考例1を参考としながら、1,4-ジクロロベンゼン3.155kg(21.46モル)、1,3-ジクロロベンゼン0.557kg(3.79モル)及び1,2,4-トリクロロベンゼン0.048kg(0.26モル)も同時に添加することで、ポリマー4を得た。
[Reference example 4]
With reference to Reference Example 1, 1,4-dichlorobenzene 3.155 kg (21.46 mol), 1,3-dichlorobenzene 0.557 kg (3.79 mol) and 1,2,4-trichlorobenzene 0. Polymer 4 was obtained by adding 048 kg (0.26 mol) at the same time.

Figure 2022031092000010
Figure 2022031092000010

Figure 2022031092000011
Figure 2022031092000011

Claims (5)

アルカリ金属塩、電離助剤およびポリアリーレンスルフィドを含有するポリマー電解質であって、
上記ポリアリーレンスルフィドが式-(Ar-S)-を構成単位とするポリアリーレンスルフィド共重合体であって、
Arが化学式(1)の(A)で表される構成単位および、化学式(1)の(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つの構成単位を有する、ポリマー電解質。
Figure 2022031092000012
(R1,R2はアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。R3、R4は、水素、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R3とR4は同一でも異なっていてもよい。Yはアルキレン基、O、CO、SOおよびSOから選ばれる。)
A polymer electrolyte containing an alkali metal salt, an ionizing aid and a polyarylene sulfide.
The polyarylene sulfide is a polyarylene sulfide copolymer having the formula- (Ar-S)-as a constituent unit.
A polymer electrolyte in which Ar has a structural unit represented by (A) of the chemical formula (1) and at least one structural unit selected from the group consisting of (B) to (G) of the chemical formula (1).
Figure 2022031092000012
(R1 and R2 are substituents selected from an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R1 and R2 may be the same or different. R3 and R4 are hydrogen and alkyl groups. It is a substituent selected from an alkoxy group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group, and R3 and R4 may be the same or different. Y is selected from an alkylene group, O, CO, SO, and SO 2. )
前記電離助剤が、溶媒を有し、
前記溶媒は、25℃における式(1)で得られたイオン解離度(1-ξ)が0.1以上であり、かつ、式(2)で得られる溶媒拡散係数が15以下である、請求項1に記載のポリマー電解質。
Figure 2022031092000013
Figure 2022031092000014
The ionizing aid has a solvent and
The solvent has a degree of ion dissociation (1-ξ) obtained by the formula (1) at 25 ° C. of 0.1 or more, and a solvent diffusion coefficient obtained by the formula (2) of 15 or less. Item 2. The polymer electrolyte according to Item 1.
Figure 2022031092000013
Figure 2022031092000014
前記電離助剤が、水、γブチロラクトン、N-メチルピロリドン、ブチレンカーボネート(BC)、エチレンカーボネート(EC)プロピレンカーボネート(PC)、メチル-γ-ブチロラクトン(GVL)、トリグリム(TG)、ダイグリム(DG)、炭酸エチルメチル(EMC)、および炭酸ジメチル(DMC)からなる群より選ばれる1つ以上を含む、請求項1または2に記載のポリマー電解質。 The ionizing aid is water, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, butylene carbonate (BC), ethylene carbonate (EC) propylene carbonate (PC), methyl-γ-butyrolactone (GVL), triglycrim (TG), diglycyl (DG). ), Ethylmethyl carbonate (EMC), and the polymer electrolyte according to claim 1 or 2, comprising one or more selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC). 上記アルカリ金属塩が、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びリチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミドの少なくとも一方を含む、請求項1~3のいずれかに記載のポリマー電解質。 The polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali metal salt contains at least one of a lithium bis (fluorosulfonyl) imide and a lithium bis (trifluoromethane) sulfonimide. 請求項1~4のいずれかに記載のポリマー電解質を含む、電池。
A battery comprising the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 4.
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