JP2669299B2 - 高分子固体電解質 - Google Patents

高分子固体電解質

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JP2669299B2 JP5133620A JP13362093A JP2669299B2 JP 2669299 B2 JP2669299 B2 JP 2669299B2 JP 5133620 A JP5133620 A JP 5133620A JP 13362093 A JP13362093 A JP 13362093A JP 2669299 B2 JP2669299 B2 JP 2669299B2
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/10Esters
    • C08F20/34Esters containing nitrogen, e.g. N,N-dimethylaminoethyl (meth)acrylate
    • C08F20/36Esters containing nitrogen, e.g. N,N-dimethylaminoethyl (meth)acrylate containing oxygen in addition to the carboxy oxygen, e.g. 2-N-morpholinoethyl (meth)acrylate or 2-isocyanatoethyl (meth)acrylate

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高分子固体電解質に関
し、一次電池、二次電池、エレクトロクロミックディス
プレイ等の電気化学的デバイスに用いられる。
【0002】
【従来の技術】近年、高分子固体電解質は従来の電解質
溶液にかわる新しいイオン伝導体として、全固体二次電
池、エレクトロクロミックディスプレイ等への応用など
の観点から注目されている。
【0003】ブリティッシュ・ポリマー・ジャーナル
(Br.Polym.J)第319巻、137頁、19
75年には、ポリエチレンオキサイドと無機アルカリ金
属塩との複合物がイオン伝導性を示すことが記載されて
いるが、その室温のイオン伝導性は10-7S/cmと低
く、満足できるものではない。
【0004】最近、オリゴオキシエチレンを側鎖に導入
した櫛型高分子が、イオン伝導性を担っているオキシエ
チレン鎖の熱運動性を高め、イオン伝導性が改良される
ことが多数報告されている。例えば、ジャーナル・オブ
・フィジカル・ケミストリィ(J.Phys.Che
m.)、第89巻、987頁、1984年にはポリメタ
クリル酸の側鎖にオリゴオキシエチレンを付加したもの
にアルカリ金属塩を複合化した例が記載されている。さ
らに、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエ
ティ(J.Am.Chem.Soc.)、第106巻、
6854頁、1984年には、オリゴオキシエチレン側
鎖を有するポリホスファゼンにアルカリ金属塩を複合化
した例が記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
例を示した従来の高分子固体電解質のイオン伝導度は、
櫛型高分子系でようやく室温で10-5〜10-4S/cm
まで改善されたものの、電解質溶液に比較すると二桁以
上低いレベルであり、また、このように比較的イオン伝
導度の高い系では、流動性を有しているため、完全な固
体としては取扱えず、膜強度や成膜性が悪いという問題
点があった。そこで、本発明は膜強度が良好で、室温で
のイオン伝導度が高い高分子固体電解質を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
に鑑みて鋭意検討を行なった結果、オリゴオキシエチル
基を側鎖に導入した櫛形高分子において、特に側鎖にウ
レタン結合を導入することにより、膜強度が良好でイオ
ン伝導度が高い高分子固体電解質が得られることを見出
し、本発明に至った。
【0007】本発明は、下記の一般式(I):
【化2】 (式中、R1 は水素またはメチル基、R2 は(CH2)2
またはCH(CH3)CH2 、R3 は炭素数が1〜10の
範囲のアルキル基またはCONH(CH2)2 OCOCH
=CH2 またはCONH(CH2)2 OCOC(CH3)=
CH2 、nは1以上の整数を示す。)で表される2−メ
タクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−アルキルオ
リゴオキシアルキルエステルまたは2−アクリロイルオ
キシエチルカルバミド酸ω−アルキルオリゴオキシアル
キルエステルまたはビス(N−メタクリロイルオキシエ
チルカルバミルまたはN−アクリロイルオキシエチルカ
ルバミル)−オリゴオキシアルキレンを重合してなる固
体溶媒と電解質とを含む高分子固体電解質にある。ま
た、本発明は固体溶媒が一般式(I)のR1 、R2 、R
3 およびnのいずれかが異なる2種以上の化合物の共重
合体である前記高分子固体電解質、特には固体溶媒が、
一般式(I)のR3 が炭素数1〜10の範囲のアルキル
基である化合物と同じくR3 がCONH(CH2)2 OC
OCH=CH2 またはCONH(CH2)2 OCOC(C
3)=CH2 である化合物との共重合体であることを特
徴とする前記高分子固体電解質および電解質がアルカリ
金属塩である前記高分子固体電解質、および有機溶媒を
含む前記高分子固体電解質にある。
【0008】以下に本発明を詳細に説明する。上記一般
式(I)で表される、2−メタクリロイルオキシエチル
カルバミド酸ω−アルキルオリゴオキシアルキルエステ
ルまたは2−アクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω
−アルキルオリゴオキシアルキルエステル(以下、AO
ACと略す)は、2−メタクリロイルオキシエチルイソ
シアナートまたは2−アクリロイルオキシエチルイソシ
アナート(以下、AOIと略す)とモノアルキルオリゴ
アルキレングリコールとを加熱反応させることにより容
易に合成される。ビス(N−メタクリロイルまたはN−
アクリロイルオキシエチルカルバミル)−オリゴオキシ
アルキレン(以下、BCOAと略す)は、AOIとオリ
ゴアルキレングリコールとを2:1のモル比で加熱反応
させることにより容易に合成される。
【0009】AOIとモノアルキルオリゴアルキレング
リコールまたはオリゴアルキレングリコールとの反応
は、AOIのイソシアナート基とモノアルキルオリゴア
ルキレングリコールまたはオリゴアルキレングリコール
のヒドロキシル基とが縮合反応を起こし、AOACまた
はBCOAを生成する。
【0010】この場合のイソシアナート基とヒドロキシ
ル基の反応性は高く、溶媒中もしくは無溶媒中で混合す
ることによって容易に反応する。イソシアナート基はア
ミンやヒドロキシル基、チオール等のような活性水素と
の反応性が高いため、用いる溶媒としてはテトラヒドロ
フラン(以下、THFと略す)やジオキサン、ジエチル
エーテル等のエーテル類が好ましく、水分をできるだけ
除去した状態で反応させる。なお、反応性を高めるため
に触媒を併用することもでき、例えばジブチルチンジラ
ウレート等のすず系触媒や、ジエチレントリアミン等の
アミン系触媒が挙げられる。
【0011】本発明の高分子固体電解質は、前記AOA
Cおよび/またはBCOAの重合体を固体溶媒として用
いる。
【0012】重合は、AOACまたはBCOAのメタク
リロイル基もしくはアクリロイル基の重合性を利用した
一般的な方法を採用することができる。すなわち、特定
の触媒を利用してラジカル、カチオン、アニオン重合を
行うことができる。また、加熱や光による重合も可能で
ある。重合体を本発明のような固体電解質の固体溶媒と
して用いる場合には特にこのような加熱や光による重合
が有用である。すなわち、AOACまたはBCOAまた
はこれらの混合物をアルカリ金属塩のような塩と混合、
キャスト後に重合が可能となり、応用面での加工性の範
囲が広がる。キャスト後に高温加熱する場合の温度とし
ては、AOACまたはBCOAのオリゴオキシアルキレ
ン基の種類によって異なるが、通常は0℃から200℃
の範囲で充分である。光重合の場合もAOACまたはB
COAのオリゴオキシアルキレン基の種類によって異な
るが、例えば数mW以上の紫外光で重合させることが可
能である。
【0013】本発明において、固体溶媒に用いる前記重
合体の分子量は1000以上、100万以下が好まし
く、5000以上、5万以下が特に好ましい。重合体の
分子量は高い方が加工後の膜強度等、膜特性が良好とな
るが、あまり高すぎるとキャリアーイオン移動に重要な
熱運動が起こりにくくなり、イオン伝導性が低くなる。
また溶剤にも溶けにくくなり、加工面で不利になる。ま
た、分子量が低いと、成膜性、膜強度等が悪化し、応用
面で不利になる。
【0014】重合体の側鎖となるオリゴオキシアルキレ
ン鎖のオキシアルキレン鎖数nは1〜1000の範囲が
好ましく、5〜50が特に好ましい。オキシアルキレン
鎖のエーテル酸素がキャリアーイオンの移動を担ってい
ると考えられるため、nが小さいと重合体中のエーテル
酸素が少なくなり好ましくない。また、大きすぎると側
鎖の熱運動性が弱まり、キャリアーイオンが移動しにく
くなる。
【0015】また、異なる2種以上のAOACおよび/
またはBCOAの共重合体は、側鎖の構造がランダムに
配置されている。このような共重合体は構造が乱れたも
のとなるため、結晶性が低下し熱運動性が高まることに
よりイオン伝導度は向上する。
【0016】本発明で用いられるBCOAはウレタン結
合を有し、かつ2官能性であるため架橋剤となる。特に
AOACとBCOAとの共重合体を固体溶媒としたとき
は、BCOAが架橋剤として働き、高分子電解質が二次
元的に広がった構造となるため、膜強度が良好となる。
【0017】固体溶媒である重合体と電解質との複合に
ついては、AOACまたはBCOA重合体の側鎖のエー
テル酸素原子4〜100個に対し、電解質1分子を加え
る。電解質が、エーテル酸素原子4個に対して1分子よ
り多い場合、イオンが移動しにくくなり、一方、酸素原
子100個に対して1分子より少ない場合、イオン数そ
のものが少ないためイオン伝導度は小さくなるため、好
ましくない。
【0018】複合方法の一例としてはまず、AOAC重
合体を揮発性の有機溶媒、例えばメタノール、エタノー
ル等のアルコール類、1,2−ジメトキシエタン、TH
F、ジオキサン等のエーテル類、クロロホルム、四塩化
炭素等のハロゲン系溶媒、アニソール、ニトロメタン等
に溶かすか、あるいは膨潤させる。これに、側鎖のエー
テル酸素原子4〜100個当たりに1分子相当量の電解
質を同種溶媒に溶解させたものを加える。その後、数時
間撹拌もしくは振動させた後、揮発性溶媒を風乾または
減圧乾燥し、その残留物が複合化した高分子固体電解質
となる。
【0019】また、前述したようにAOACおよび/ま
たはBCOAをモノマー状態で電解質と混合、キャスト
後に重合する複合方法が自立複合膜、特に薄膜を調製す
る場合に有用である。まず重合体での複合時に用いたと
同様の有機溶媒にAOACを溶解し、これに、側鎖のエ
ーテル酸素原子4〜100個当たりに1分子量の電解質
を同種溶媒に溶解させたものを加える。数時間撹拌もし
くは振動させ、AOACと電解質を充分に混合させた
後、この溶液をスピンコート等の方法で基板上に成膜す
る。有機溶媒を室温で風乾後、前述したような熱または
光による重合を行なうことにより自立複合薄膜が容易に
得られる。
【0020】複合に用いる電解質の種類は特に限定され
るものではなく、電池や各種素子でキャリアーとしたい
イオンを含んだ塩を用いれば良い。但し、固体溶媒中で
の解離定数が大きい方がイオン伝導性は大きく、(CH
3)4 NBF4 等の4級アンモニウム塩、AgClO4
の重金属塩、またはアルカリ金属塩等が推奨される。
【0021】特に、アルカリ金属塩は高分子固体電解質
の大きな用途であるアルカリ金属電池(例えばリチウム
二次電池)に必要であり、応用範囲も広い。アルカリ金
属塩の種類としては特に限定されるものではないが、例
えばLiCF3 SO3 、LiPF6 、LiClO4 、L
iI、LiBF4 、LiSCN、LiAsF6 、NaC
3 SO3 、NaPF6 、NaClO4 、NaI、Na
BF4 、NaAsF6、KCF3 SO3 、KPF6 、K
I等を挙げることができる。
【0022】本発明の高分子固体電解質は、有機溶媒を
添加することができ、その溶媒が可塑剤として働き、イ
オン伝導度がさらに改善される。添加する有機溶媒とし
ては、AOACまたはBCOA重合体またはAOAC/
BCOA共重合体と相溶性が良好で、誘電率が大きく、
沸点が70℃以上で、電気化学的安定範囲が広いものが
適している。そのような溶媒としては、例えばジグライ
ム、トリグライム、テトラグライム等のエーテル類、エ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチ
ルカーボネート等のカーボネート類、ベンゾニトリル、
トルニトリル等の芳香族ニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等が
挙げられる。なお、この中でアルカリ金属電池への応用
を考えた場合には、エーテル類及びカーボネート類が電
気化学的安定範囲が広く好ましい。
【0023】有機溶媒の添加量はAOAC重合体の重量
の10倍以下が好ましい。添加量は多いほど高分子固体
電解質のイオン伝導度は高くなるが、多すぎると材料の
機械的強度が低下する。
【0024】
【作用】本発明の高分子固体電解質において、キャリア
ーイオンの移動を担う主な構造は、通常の高分子固体電
解質同様オリゴオキシアルキレン側鎖であると考えられ
るが、その側鎖と主鎖との結合部分に柔軟性を増す効果
のあるウレタン結合を形成したことにより、オリゴオキ
シアルキレン側鎖の熱運動性が大きくなり、この結果イ
オン伝導度の向上が達成された。さらに、このウレタン
結合により分子同志の相互作用が高まり成膜性も改善さ
れた。特に、ウレタン結合を有する2官能性の架橋剤を
固体溶媒として加えた場合は、高分子固体電解質が二次
元的に広がった構造となるためイオン伝導度を改善する
ための有機溶媒が加えられた状態においても優れた膜質
を有する。
【0025】
【実施例】以下に、本願発明について代表的な例を示し
さらに具体的に説明する。なお、これらは説明のための
単なる例示であって、本発明はこれらに何ら制限される
ものでないことは言うまでもない。
【0026】実施例1 <2−アクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−メチ
ルオリゴオキシエチルエステル(AOEC(350)の
合成> 2−アクリロイルオキシエチルイソシアナート(以下、
AOIと略す)を14.1g(0.1mol)と、モノ
メチルオリゴエチレングリコール(平均分子量350)
35g(0.1mol)とを窒素雰囲気中で、よく精製
したTHF100mlに溶解した後、0.66gのジブ
チルチンジラウレートを添加した。その後、50℃で約
3時間反応させることにより、無色の粘稠液体としてA
OEC(350)を得た。その 1H−NMR、IRおよ
び元素分析の結果から、AOIとモノメチルオリゴエチ
レングリコールは1:1で反応しており、さらに、AO
Iのイソシアナート基が消失し、ウレタン結合が生成し
ていることがわかった。
【0027】<AOEC(350)系高分子固体電解質
の作製と評価>上記の方法で得られたAOEC(35
0)1.46gを、THF10cc中に溶解させ、Li
CF3 SO3 0.14gを加えてよく混合した。次い
で、THFを室温、減圧下で除去し、AOEC(35
0)/LiCF3 SO3 混合物を粘稠液体として得た。
アルゴン雰囲気下、この混合物をガラス板上に塗布後、
100℃で1時間加熱したところ、AOEC(350)
重合体/LiCF3 SO3 複合体が約200μmの透明
なフィルムとして得られた。この高分子固体電解質フィ
ルムの25℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて
測定した結果、2×10-4S/cmであった。
【0028】実施例2 <2−アクリロリイルオキシエチルカルバミド酸2−ア
クリロイルオキシエチルカルバモイルオリゴオキシエチ
ルエステル(BCOE(400)の合成> AOIを28.2g(0.2mol)と、オリゴエチレ
ングリコール(平均分子量400)40g(0.1mo
l)とを窒素雰囲気中で、よく精製したTHF100m
lに溶解した後、0.66gのジブチルチンジラウレー
トを添加した。その後、50℃で約3時間反応させるこ
とにより、無色の粘稠液体としてBCOE(400)を
得た。その 1H−NMR、IRおよび元素分析の結果か
ら、AOIとモノメチルオリゴエチレングリコールは
2:1で反応しており、さらに、AOIのイソシアナー
ト基が消失し、ウレタン結合が生成していることがわか
った。
【0029】<AOEC(350)/BCOE(40
0)共重合体高分子固体電解質の作製と評価>実施例1
で合成したAOEC(350)1.46gと上記の方法
で得られたBCOE(400)0.4gとを、THF2
0ccに溶解させ、LiCF3 SO30.14gを加え
てよく混合した。次いで、THFを室温、減圧下で除去
し、AOEC(350)/BCOE(400)/LiC
3 SO3 混合物を粘稠液体として得た。アルゴン雰囲
気下、この混合物をガラス板上に塗布後、100℃で1
時間加熱したところ、AOEC(350)/BCOE
(400)共重合体/LiCF3 SO3 複合体が約10
0μmの透明なフィルムとして得られた。この高分子固
体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定した結果、2×10-5S/cmであっ
た。
【0030】実施例3 実施例1で用いたLiCF3 SO3 に代えて、NaCF
3 SO3 を0.15g用いた以外は実施例1と同様の方
法で高分子固体電解質を作製した。この高分子固体電解
質の25℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測
定した結果、2×10-4S /cmであった。
【0031】実施例4 実施例1で用いたLiCF3 SO3 に代えて、LiIを
0.11g用いた以外は実施例1と同様の方法で固体電
解質を作製した。この高分子固体電解質の25℃でのイ
オン伝導度をインピーダンス法にて測定した結果、3×
10-4S/cmであった。
【0032】実施例5 <2−メタクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−メ
チルオリゴオキシエチルエステル(MOEC(550)
の合成> 2−メタクリロイルオキシエチルイソシアナート(以
下、MOIと略す)15.5gとモノメチルオリゴエチ
レングリコール(平均分子量550)55g(0.1m
ol)とを窒素雰囲気中で、よく精製したTHF100
mlに溶解した後、0.66gのジブチルチンジラウレ
ートを添加した。その後、50℃で約3時間反応させる
ことにより、無色の粘稠液体としてMOEC(550)
を得た。その 1H−NMR、IRおよび元素分析の結果
から、MOIとモノメチルオリゴエチレングリコールは
1:1で反応しており、さらに、MOIのイソシアナー
ト基が消失し、ウレタン結合が生成していることがわか
った。
【0033】<MOEC(550)系の高分子固体電解
質の作製と評価>上記の方法で得られたMOEC(55
0)2.09gをTHF10ccに溶解させ、LiCF
3 SO3 0.14gを加えてよく混合した。次いで、T
HFを室温、減圧下で除去し、MOEC(550)/L
iCF3 SO3 混合物を粘稠液体として得た。アルゴン
雰囲気下、この混合物をガラス板上に塗布後、100℃
で1時間加熱したところ、MOEC(550)重合体/
LiCF3 SO3 複合体が約200μmの透明なフィル
ムとして得られた。この高分子固体電解質フィルムの2
5℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定した
結果、8×10-5S/cmであった。
【0034】実施例6 <2−アクリロリイルオキシエチルカルバミド酸2−ア
クリロイルオキシエチルカルバモイルオリゴオキシエチ
ルエステル(BCOE(600)の合成> AOI28.2g(0.2mol)と、オリゴエチレン
グリコール(平均分子量600)60g(0.1mo
l)とを窒素雰囲気中で、よく精製したTHF100m
lに溶解した後、0.66gのジブチルチンジラウレー
トを添加した。その後、50℃で約3時間反応させるこ
とにより、無色のゲル状固体としてBCOE(600)
を得た。その 1H−NMR、IRおよび元素分析の結果
から、AOIとオリゴエチレングリコールは2:1で反
応しており、さらに、AOIのイソシアナート基が消失
し、ウレタン結合が生成していることがわかった。
【0035】<MOEC(550)/BCOE(60
0)共重合系高分子固体電解質の作製と評価>実施例5
で合成したMOEC(550)2.1gと上記の方法で
得られたBCOE(600)0.51gとをTHF20
ccに溶解させ、LiCF3 SO3 0.14gを加えて
よく混合した。次いで、THFを室温、減圧下で除去
し、MOEC(550)/BCOE(600)/LiC
3 SO3 混合物を粘稠液体として得た。アルゴン雰囲
気下、この混合物をガラス板上に塗布後、100℃で1
時間加熱したところ、MOEC(550)/BCOE
(600)共重合体/LiCF3 SO3 複合体が約10
0μmの透明なフィルムとして得られた。この高分子固
体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定した結果、1×10-5S/cmであっ
た。
【0036】実施例7 <2−アクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−メチ
ルオリゴオキシエチルエステル(AOEC(164)の
合成> AOIを14.1g(0.1mol)と、モノメチルト
リエチレングリコール(平均分子量164)16g
(0.1mol)とを窒素雰囲気中で、よく精製したT
HF100mlに溶解した後、0.66gのジブチルチ
ンジラウレートを添加した。その後、50℃で約3時間
反応させることにより、淡黄色の粘稠液体としてAOE
C(164)を得た。その 1H−NMR、IRおよび元
素分析の結果から、AOIとモノメチルオリゴエチレン
グリコールは1:1で反応しており、さらに、AOIの
イソシアナート基が消失し、ウレタン結合が生成してい
ることがわかった。
【0037】<AOEC(164)/BCOE(40
0)共重合系高分子固体電解質の作製と評価>上記の方
法で得られたAOEC(164)0.95gと実施例2
で合成したBCOE(400)0.40gとをTHF2
0ccに溶解させ、LiCF3 SO0.14gを加え
てよく混合した。次いで、THFを室温、減圧下で除去
し、AOEC(164)/BCOE(400)/LiC
SO3 混合物を粘稠液体として得た。アルゴン雰
囲気下、この混合物をガラス板上に塗布後、100℃で
1時間加熱したところ、AOEC(164)/BCOE
(400)共重合体/LiCF3 SO3 複合体が約10
0μmの透明なフィルムとして得られた。この高分子固
体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定した結果、5×10-6S/cmであっ
た。
【0038】実施例8 実施例7で用いたLiCF3 SO3 に代えて、NaCF
3 SO3 0.13gを用いた以外は実施例7と同様の方
法で、高分子固体電解質を作製した。この高分子固体電
解質の25℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて
測定した結果、6×10-6S/cmであった。
【0039】実施例9 実施例7で用いたLiCF3 SO3 に代えて、AgI
0.30gを用いた以外は実施例7と同様の方法で、高
分子固体電解質を約100gの透明な自立フィルム作製
した。この高分子固体電解質の25℃でのイオン伝導度
をインピーダンス法にて測定した結果、8×10-5S/
cmであった。
【0040】実施例10 <2−アクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−メチ
ルオリゴオキシプロピルエステル(AOPC(440)
の合成> AOIを14.1g(0.1mol)と、モノメチルト
リプロピレングリコール(平均分子量440)44g
(0.1mol)とを窒素雰囲気中で、よく精製したT
HF100mlに溶解した後、0.66gのジブチルチ
ンジラウレートを添加した。その後、50℃で約3時間
反応させることにより、淡黄色の粘稠液体としてAOP
C(440)を得た。その 1H−NMR、IRおよび元
素分析の結果から、AOIとモノメチルオリゴプロピレ
ングリコールは1:1で反応しており、さらに、AOI
のイソシアナート基が消失し、ウレタン結合が生成して
いることがわかった。
【0041】<AOPC(440)/BCOE(40
0)共重合系高分子固体電解質の作製と評価>上記の方
法で得られたAOPC(440)1.84gと実施例2
で合成したBCOE(400)0.40gとをTHF2
0ccに溶解させ、LiCF3 SO30.14gを加え
てよく混合した。次いで、THFを室温、減圧下で除去
し、AOPC(440)/BCOE(400)/LiC
3 SO3 混合物を粘稠液体として得た。アルゴン雰囲
気下、この混合物をガラス板上に塗布後、100℃で1
時間加熱したところ、AOPC(440)/BCOE
(400)共重合体/LiCF3 SO3 複合体が約10
0μmの透明なフィルムとして得られた。この高分子固
体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度をインピー
ダンス法にて測定した結果、3×10-5S/cmであっ
た。
【0042】実施例11 実施例10で用いたLiCF3 SO3 に代えて、テトラ
ブチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TBA
B)を0.30g用いた以外は実施例10と同様の方法
で、高分子固体電解質を厚さ約100μmの透明な自立
フィルムとして得た。この高分子固体電解質の25℃で
のイオン伝導度をインピーダンス法にて測定した結果、
9×10-6S/cmであった。
【0043】実施例12 実施例7で合成したAOEC(164)0.48gと、
実施例5で合成したMOEC(550)2.05gと、
実施例2で合成したBCOE(400)0.40gとを
THF10ccに溶解させ、LiCF3 SO3 0.17
gを加えてよく混合した。次いで、THFを室温、減圧
下で除去し、AOEC(164)/MOEC(550)
/BCOE(400)/LiCF3 SO3 混合物を高粘
稠半固体として得た。アルゴン雰囲気下、この混合物を
ガラス板上に塗布後、100℃で1時間加熱したとこ
ろ、AOEC(164)/MOEC(550)/BCO
E(400)共重合体/LiCF3 SO3 複合体が厚さ
約150μmの透明な自立フィルムとして得られた。こ
の高分子固体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度
をインピーダンス法にて測定した結果、1×10-5S/
cmであった。
【0044】実施例13 実施例1で合成したAOEC(350)1.46gと実
施例2で合成したBCOE(400)0.40gとプロ
ピレンカーボネート(以下、PCと略す)1.5gおよ
び、LiCF3 SO3 0.28gをアルゴン雰囲気中で
よく混合し、AOEC(350)/BCOE(400)
/PC/LiCF3 SO3 混合物を粘稠液体として得
た。アルゴン雰囲気下、この混合物をガラス板上に塗布
後、100℃で1時間加熱したところ、AOEC(35
0)/BCOE(400)共重合体/PC/LiCF3
SO3 複合体が厚さ約300μmの透明な自立フィルム
として得られた。この高分子固体電解質フィルムの25
℃でのイオン伝導度をインピーダンス法にて測定した結
果、2×10-3S/cmであり、PCを添加しない場合
に比べて特に優れた結果が得られた。
【0045】実施例14 実施例13で用いたプロピレンカーボネートの代りに、
テトラグライム(以下TGと略す)を用いた以外は、実
施例13と同様の方法でAOEC(350)/BCOE
(400)共重合体/TG/LiCF3 SO3 複合体を
厚さ約350μm の透明な自立フィルムとして得た。こ
の高分子固体電解質フィルムの25℃でのイオン伝導度
をインピーダンス法にて測定した結果、7×10-4S/
cmであり、TGを添加しない場合に比べて優れた結果
が得られた。
【0046】実施例15 実施例13で用いたプロピレンカーボネートの代りに、
ジエチルカーボネート(以下DECと略す)を用いた以
外は、実施例13と同様の方法でAOEC(350)/
BCOE(400)共重合体/DEC/LiCF3 SO
3 複合体を厚さ約250μm の透明な自立フィルムとし
て得た。この高分子固体電解質フィルムの25℃でのイ
オン伝導度をインピーダンス法にて測定した結果、3×
10-3S/cmであり、DECを添加しない場合に比べ
て優れた結果が得られた。
【0047】実施例16 実施例1で作製した高分子固体電解質フィルムのイオン
伝導度の温度変化をインピーダンス法にて測定した結果
を、図1に示した。図1において縦軸はイオン伝導度
(σ)を対数で示し、横軸は温度を1000/絶対温度
で示したアレニウスプロットであり、その傾きはAOE
C(350)重合体/LiCF3 SO3 系固体電解質中
のイオン移動の活性化エネルギーを表している。この結
果から本発明の高分子固体電解質は高温、低温でも良好
なイオン伝導性を示すことが確認された。
【0048】
【発明の効果】本発明の高分子固体電解質は、ウレタン
結合により結合したオリゴオキシアルキル基を側鎖に有
した固体溶媒と各種電解質との複合体から構成されてお
り、膜強度が良好な薄膜フィルムとして得られやすく、
また室温下においても高イオン伝導性を有する。特に、
ウレタン結合を有する2官能性の架橋剤を添加した場合
は、さらに膜強度が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例16の結果を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 純 東京都大田区多摩川2−24−25 昭和電 工株式会社総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−84807(JP,A) 特開 昭63−238053(JP,A) 特開 平3−88209(JP,A) 特開 平1−165612(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I): 【化1】 (式中、R1 は水素またはメチル基、R2 は(CH2)2
    またはCH(CH3)CH2 、R3 は炭素数が1〜10の
    範囲のアルキル基またはCONH(CH2)2 OCOCH
    =CH2 またはCONH(CH2)2 OCOC( CH3)=
    CH2 、nは1以上の整数を示す。)で表される2−メ
    タクリロイルオキシエチルカルバミド酸ω−アルキルオ
    リゴオキシアルキルエステルまたは2−アクリロイルオ
    キシエチルカルバミド酸ω−アルキルオリゴオキシアル
    キルエステルまたはビス(N−メタクリロイルオキシエ
    チルカルバミルまたはN−アクリロイルオキシエチルカ
    ルバミル)−オリゴオキシアルキレンを重合してなる固
    体溶媒と電解質とを含むことを特徴とする高分子固体電
    解質。
  2. 【請求項2】 固体溶媒が、請求項1記載の一般式
    (I)のR1 、R2 、R3 およびnのいずれかが異なる
    2種以上の化合物の共重合体であることを特徴とする請
    求項1記載の高分子固体電解質。
  3. 【請求項3】 固体溶媒が、請求項1記載の一般式
    (I)のR3 が炭素数1〜10の範囲のアルキル基であ
    る化合物とR3 がCONH(CH2)2 OCOCH=CH
    2 またはCONH(CH2)2 OCOC(CH3)=CH2
    である化合物との共重合体であることを特徴とする請求
    項1記載の高分子固体電解質。
  4. 【請求項4】 電解質がアルカリ金属塩であることを特
    徴とする請求項1記載の高分子固体電解質。
  5. 【請求項5】 有機溶媒を含むことを特徴とする請求項
    1記載の高分子固体電解質。
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