JP3230610B2 - Polymer solid electrolyte and method for producing the same - Google Patents
Polymer solid electrolyte and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、特にリチウム電池など
の高エネルギー電池などに適用できる、十分なイオン伝
導性を有し、製造方法が簡単でコストが安く、しかも強
度的信頼性のある高分子固体電解質に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is applicable to a high energy battery such as a lithium battery, and has a sufficient ion conductivity, a simple manufacturing method, low cost, and high strength and high reliability. It relates to a molecular solid electrolyte.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、小形・携帯電子機器用の電源とし
て、高エネルギー密度を有する電池のニーズが高まって
いる。このようなニーズを満たす電池の代表的なものと
して、アルカリ金属、特にリチウムを負極に使ったリチ
ウム電池が挙げられる。しかしながら、リチウム電池
は、電解質にリチウム塩を溶解した有機電解液を用いて
いるため、液漏れやデンドライトショートなどが生じ、
安全面での信頼性が十分とはいえない。このため、無機
材料や高分子材料からなる固体電解質を用いた全固体型
の電池の実現が期待されるようになった。この内、無機
固体電解質は、一般に、スパッタ法など真空装置を用い
た工程で作製されることが多いため、製造コストが高く
なり、適用先が高付加価値製品に限定されている。一
方、高分子固体電解質は、製造コストが安く、しかも加
工性に優れているため、多くの研究開発が行われてき
た。中でも、高分子分子鎖の熱運動に伴って、分子鎖に
包接されたイオンが移動する分子鎖運動型に属するポリ
エチレンオキシドなどポリエーテル類に関する研究が盛
んに行われている〔渡辺、緒方;金属表面技術、第37
巻、第5号、第214〜221頁(1986年)参
照〕。また、最近では、極性高分子にリチウム塩電解質
溶液を含浸させた電解液含浸型の高分子固体電解質が注
目を集めている〔例えば、コックスバン( Koksbang )
他;ジャーナル オブ パワー ソーセス( Journal o
f Power Sources ) 、第32巻、第175〜185頁
(1990年)参照〕。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing need for batteries having a high energy density as power supplies for small and portable electronic devices. A representative example of a battery that satisfies such needs is a lithium battery using an alkali metal, particularly lithium as a negative electrode. However, since lithium batteries use an organic electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in the electrolyte, liquid leakage, dendrite short-circuit, etc. occur,
The reliability in terms of safety is not enough. Therefore, realization of an all-solid-state battery using a solid electrolyte made of an inorganic material or a polymer material has been expected. Among them, the inorganic solid electrolyte is generally produced by a process using a vacuum apparatus such as a sputtering method, so that the production cost is increased and its application is limited to high value-added products. On the other hand, polymer solid electrolytes have been extensively researched and developed because of their low production cost and excellent processability. Above all, studies on polyethers such as polyethylene oxide belonging to a molecular chain motion type in which ions included in the molecular chain move with the thermal motion of the polymer molecular chain have been actively conducted [Watanabe, Ogata; Metal Surface Technology, No. 37
Vol. 5, No. 5, pp. 214-221 (1986)]. Recently, attention has been focused on an electrolyte-impregnated polymer solid electrolyte in which a polar polymer is impregnated with a lithium salt electrolyte solution (eg, Koksbang).
Other; Journal of Power Sources
f Power Sources), Vol. 32, pp. 175-185 (1990)].
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分子鎖運動型の高分子固体電解質の場合には、室温付近
における分子鎖運動に限界があり、また、分子鎖運動を
大きくするためには、分子量を下げたり、高分子を軟化
させる必要があるため、高分子固体電解質の機械的強度
を大幅に低下させる結果を招いていた。また、電解液含
浸型の高分子固体電解質の場合には、製造面で放射線照
射を伴うため、危険でコストがかかる欠点を有してい
た。更に、支持体となる高分子マトリックスの極性が高
いため、電解液と高分子マトリックスとの親和性が強
く、高分子マトリックス内に電解液が分子レベルで拡散
し、両者の相互作用のため、イオン移動により高分子マ
トリックスの微細構造及びイオン伝導路が破壊され、長
時間の使用により、機械的強度やイオン伝導性が低下す
るという問題点を有していた。このため、優れたイオン
伝導性を有し、製造法が簡単でコストが安く、しかも強
度的信頼性のある高分子固体電解質及びその製造方法の
実現が強く望まれていた。本発明は、このような現状に
かんがみてなされたものであり、リチウム電池などの高
エネルギー電池に適用できる、十分なイオン伝導性を有
し、製造方法が簡単でコストが安く、しかも強度的信頼
性のある高分子固体電解質及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。However, in the case of a conventional polymer solid electrolyte of the molecular chain motion type, there is a limit to the molecular chain motion near room temperature, and in order to increase the molecular chain motion, Since it is necessary to lower the molecular weight and soften the polymer, the mechanical strength of the polymer solid electrolyte has been greatly reduced. In addition, in the case of the electrolyte-impregnated polymer solid electrolyte, since radiation is involved in the production, there is a disadvantage in that it is dangerous and costly. Furthermore, since the polymer matrix serving as a support has a high polarity, the affinity between the electrolyte and the polymer matrix is strong, and the electrolyte is diffused into the polymer matrix at a molecular level, and the interaction between the two causes an ionic problem. The movement destroys the fine structure of the polymer matrix and the ionic conduction path, and there is a problem that the mechanical strength and the ionic conductivity are reduced by long-term use. Therefore, it has been strongly desired to realize a solid polymer electrolyte having excellent ion conductivity, a simple manufacturing method, low cost, and high strength and reliability, and a method for manufacturing the same. The present invention has been made in view of such circumstances, and has a sufficient ion conductivity, can be applied to a high energy battery such as a lithium battery, has a simple manufacturing method, is inexpensive, and has high strength reliability. It is an object of the present invention to provide a polymer solid electrolyte having a property and a production method thereof.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明の第1の発明は高分子固体電解質に関する発明であ
って、高分子微粒子の融着体と、該高分子微粒子の融着
体内に、高分子微粒子の融着体と相分離し、連続して網
目状に形成されたイオン伝導路からなることを特徴とす
る。なお、以下、本件明細書及び図面において、上記し
た用語「高分子微粒子の融着体」を「高分子マトリック
ス」と略記する。 SUMMARY OF THE INVENTION To summarize the present invention, a first invention of the present invention relates to a solid polymer electrolyte, and comprises a fused body of polymer fine particles and a fused body of the polymer fine particles.
In the body, and fusion adherend and phase separation of the polymer particles, characterized by comprising the ion conducting path formed in a mesh shape continuously. In the following, in the present specification and the drawings,
The term "fused polymer particles" is referred to as "polymer matrix".
Abbreviation ".
【0005】また、本発明の第2の発明は高分子固体電
解質の製造方法に関する発明であって、低極性高分子を
低極性溶媒に溶解させた溶液を、極性溶媒に可溶な高分
子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物を溶解した極
性溶媒中に、かくはんしながら添加して高分子微粒子分
散液を製造する工程と、該高分子微粒子分散液から前記
低極性溶媒及び極性溶媒を加熱蒸発させることにより、
前記高分子微粒子同士を融着させて高分子マトリックス
を形成させ、更に該高分子マトリックス内に連続して網
目状に分布した前記極性溶媒に可溶な高分子又は界面活
性剤、あるいは両者の混合物の凝集部からなる極性部材
を形成させる工程と、該極性部材中に、金属塩と電解液
溶媒からなる金属塩電解液を含浸させて、前記高分子マ
トリックスと相分離したイオン伝導路となす工程からな
ることを特徴とする。The second invention of the present invention relates to a method for producing a solid polymer electrolyte, and a method in which a solution in which a low-polar polymer is dissolved in a low-polar solvent is converted into a polymer or a polymer soluble in a polar solvent. A step of producing a polymer fine particle dispersion by adding to a polar solvent in which a surfactant or a mixture of both is dissolved with stirring; and heating and evaporating the low-polarity solvent and the polar solvent from the polymer fine particle dispersion. By letting
The polymer particles are fused together to form a polymer matrix, and the polymer or surfactant soluble in the polar solvent, which is continuously distributed in a network in the polymer matrix, or a mixture of both. Forming a polar member comprising an aggregated portion of the above, and impregnating the polar member with a metal salt electrolyte comprising a metal salt and an electrolyte solvent to form an ion conduction path phase-separated from the polymer matrix. It is characterized by consisting of.
【0006】更に、本発明の第3の発明は高分子固体電
解質の他の製造方法に関する発明であって、低極性高分
子を低極性溶媒に溶解させた溶液を、極性溶媒に可溶な
高分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物を溶解し
た極性溶媒中に、かくはんしながら添加して第1の高分
子微粒子分散液を製造する工程と、該第1の高分子微粒
子分散液中に金属塩を溶解して第2の高分子微粒子分散
液を製造する工程と、該第2の高分子微粒子分散液から
前記低極性溶媒及び極性溶媒を加熱蒸発させることによ
り、前記高分子微粒子同士を融着させて高分子マトリッ
クスを形成させ、更に該高分子マトリックス内に連続し
て網目状に分布した前記極性溶媒に可溶な高分子又は界
面活性剤、あるいは両者の混合物の凝集部からなる極性
部材と金属塩の凝集部を形成させる工程と、該極性部材
及び金属塩の凝集部中に、前記金属塩を溶解する電解液
溶媒を含浸させて、前記高分子マトリックスと相分離し
たイオン伝導路となす工程からなることを特徴とする。Further, a third invention of the present invention relates to another method for producing a solid polymer electrolyte, in which a solution prepared by dissolving a low-polarity polymer in a low-polarity solvent is converted into a high-soluble solution which is soluble in a polar solvent. Adding to a polar solvent in which a molecule or a surfactant, or a mixture of both are dissolved, with stirring to produce a first polymer fine particle dispersion, and adding a metal to the first polymer fine particle dispersion. Dissolving a salt to produce a second polymer fine particle dispersion, and heating and evaporating the low polarity solvent and the polar solvent from the second polymer fine particle dispersion, thereby melting the polymer fine particles with each other. To form a polymer matrix, and a polar member comprising a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent continuously distributed in a network in the polymer matrix, or an aggregate of a mixture of both. And metal salt Forming a portion, and a step of impregnating the aggregating portion of the polar member and the metal salt with an electrolyte solvent dissolving the metal salt to form an ion conduction path phase-separated from the polymer matrix. It is characterized by.
【0007】更にまた、本発明の第4の発明は高分子固
体電解質の他の製造方法に関する発明であって、低極性
高分子を低極性溶媒に溶解させた溶液を、極性溶媒に可
溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物を溶
解した極性溶媒中に、かくはんしながら添加して第1の
高分子微粒子分散液を製造する工程と、該第1の高分子
微粒子分散液中に金属塩を溶解し、更に前記極性溶媒よ
りも沸点が高く、且つ前記金属塩を溶解する電解液溶媒
を混合して第2の高分子微粒子分散液を製造する工程
と、該第2の高分子微粒子分散液から前記低極性溶媒及
び極性溶媒を加熱蒸発させることにより、前記高分子微
粒子同士を融着させて高分子マトリックスを形成させ、
更に該高分子マトリックス内に、高分子マトリックスと
相分離し、前記金属塩と電解液溶媒からなる金属塩電解
液を含有する連続した網目状の前記極性溶媒に可溶な高
分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物からなるイ
オン伝導路を形成させる工程からなることを特徴とす
る。Further, a fourth invention of the present invention relates to another method for producing a solid polymer electrolyte, wherein a solution obtained by dissolving a low-polar polymer in a low-polar solvent is dissolved in a polar solvent. Adding a polymer or surfactant, or a mixture of both, to a polar solvent in which the polymer is dissolved while stirring to produce a first polymer fine particle dispersion; Dissolving a metal salt, further mixing an electrolyte solvent having a boiling point higher than that of the polar solvent and dissolving the metal salt to produce a second polymer fine particle dispersion, and the second polymer By heating and evaporating the low-polar solvent and the polar solvent from the fine particle dispersion, the high-molecular fine particles are fused together to form a high-molecular matrix,
Further, in the polymer matrix, a polymer or a surfactant which is phase-separated from the polymer matrix and is soluble in the continuous network-like polar solvent containing the metal salt electrolyte solution comprising the metal salt and the electrolyte solution solvent Or a step of forming an ion conduction path made of a mixture of the two.
【0008】更に、本発明の第5の発明は高分子固体電
解質の他の製造方法に関する発明であって、極性溶媒に
可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物を
含む極性溶媒中に、低極性の高分子微粒子を均一に分散
させた高分子微粒子分散液から、前記極性溶媒を加熱蒸
発させることにより、前記高分子微粒子同士を融着させ
て高分子マトリックスを形成させ、更に該高分子マトリ
ックス内に、連続して網目状に分布した前記界面活性剤
の凝集部からなる極性部材を形成させ、該極性部材中に
金属塩電解液を含浸させて、前記高分子マトリックスと
相分離したイオン伝導路となすことを特徴とする。Further, a fifth invention of the present invention relates to another method for producing a solid polymer electrolyte, which comprises a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent or a polar solvent containing a mixture of both. In addition, from a polymer fine particle dispersion in which low polarity polymer fine particles are uniformly dispersed, by heating and evaporating the polar solvent, the polymer fine particles are fused together to form a polymer matrix. In the polymer matrix, a polar member composed of agglomerates of the surfactant continuously distributed in a network is formed, and the polar member is impregnated with a metal salt electrolyte to separate the polymer matrix from the polymer matrix. It is characterized by forming an ion conduction path.
【0009】そして、本発明の第6の発明は高分子固体
電解質の他の製造方法に関する発明であって、極性溶媒
に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物
及び金属塩を溶解した極性溶媒中に低極性の高分子微粒
子を均一に分散させた高分子微粒子分散液から、前記極
性溶媒を加熱蒸発させることにより、前記高分子微粒子
同士を融着させて高分子マトリックスを形成させ、更に
該高分子マトリックス内に、連続して網目状に分布した
前記極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは
両者の混合物の凝集部からなる極性部材及び金属塩の凝
集部を形成させ、該極性部材及び金属塩の凝集部中に、
前記金属塩を溶解する電解液溶媒を含浸させて、前記高
分子マトリックスと相分離したイオン伝導路となすこと
を特徴とする。The sixth invention of the present invention relates to another method for producing a solid polymer electrolyte, which comprises dissolving a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent, or a mixture of both, and a metal salt. From a polymer fine particle dispersion in which low polarity polymer fine particles are uniformly dispersed in a polar solvent, by heating and evaporating the polar solvent, the polymer fine particles are fused together to form a polymer matrix. Further, in the polymer matrix, a polar member comprising a polymer or a surfactant which is soluble in the polar solvent continuously distributed in a network, or a mixture of the both, and an aggregation portion of a metal salt are formed. In the agglomerated portion of the polar member and the metal salt,
The method is characterized in that an electrolyte solvent for dissolving the metal salt is impregnated to form an ion conduction path phase-separated from the polymer matrix.
【0010】そしてまた、本発明の第7の発明は高分子
固体電解質の他の製造方法に関する発明であって、極性
溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者の混
合物及び金属塩を溶解した極性溶媒中に低極性の高分子
微粒子を均一に分散した高分子微粒子分散液に、該極性
溶媒よりも沸点が高く、且つ前記金属塩を溶解する電解
液溶媒を混合し、該高分子微粒子分散液から前記極性溶
媒を加熱蒸発させることにより、前記高分子微粒子同士
を融着させて高分子マトリックスを形成させ、更に該高
分子マトリックス内に、高分子マトリックスと相分離
し、前記金属塩と電解液溶媒からなる金属塩電解液を含
有する連続した網目状の前記極性溶媒に可溶な高分子又
は界面活性剤、あるいは両者の混合物からなるイオン伝
導路を形成させることを特徴とする。A seventh invention of the present invention relates to another method for producing a solid polymer electrolyte, which comprises a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent, or a mixture of both, and a metal salt. A polymer particle dispersion in which low-polarity polymer particles are uniformly dispersed in a dissolved polar solvent is mixed with an electrolyte solvent having a boiling point higher than that of the polar solvent and dissolving the metal salt. By heating and evaporating the polar solvent from the fine particle dispersion, the polymer fine particles are fused together to form a polymer matrix, and further, in the polymer matrix, phase-separated from the polymer matrix, A continuous network containing a metal salt electrolyte solution composed of a solvent and an electrolyte solvent is formed into a continuous mesh-like polymer soluble in the polar solvent or a surfactant, or an ion conduction path formed of a mixture of both. The features.
【0011】前記目的を達成するため、発明者らは、種
々の既存の高分子固体電解質及びそのイオン伝導性に関
して鋭意研究努力を重ねた結果、安定した優れたイオン
伝導性を得るためには、イオンが移動する媒体、すなわ
ちイオン伝導路が電解液自体でなければならないことを
解明した。その結果、以下に示すような手段を講じ、十
分なイオン伝導性を有し、製造方法が簡単でコストが安
く、しかも強度的信頼性のある高分子固体電解質を実現
した。In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive studies on various existing polymer solid electrolytes and their ionic conductivity. As a result, in order to obtain a stable and excellent ionic conductivity, It has been elucidated that the medium in which ions move, that is, the ion conduction path, must be the electrolyte itself. As a result, the following measures were taken to realize a solid polymer electrolyte having sufficient ion conductivity, a simple manufacturing method, low cost, and high strength and reliability.
【0012】本発明では、特に電解液含浸型の高分子固
体電解質に着目し、高分子マトリックスと、該高分子マ
トリックス内に、高分子マトリックスと相分離し、連続
して網目状に形成されたイオン伝導路を有することを特
徴としている。In the present invention, attention is paid particularly to an electrolytic solution impregnated type polymer solid electrolyte, and a polymer matrix and a phase separated from the polymer matrix in the polymer matrix are formed in a continuous network. It is characterized by having an ion conduction path.
【0013】図1は、本発明の高分子固体電解質の概略
構成断面図であり、1は高分子マトリックス、2は高分
子マトリックスを構成する高分子微粒子、3は高分子マ
トリックス1内に連続して網目状に形成され、且つ高分
子マトリックス1と相分離して形成されたイオン伝導路
である。なお、図1中の黒丸印は例えばLi+ イオンで
ある。FIG. 1 is a schematic sectional view of the solid polymer electrolyte of the present invention, wherein 1 is a polymer matrix, 2 is polymer fine particles constituting the polymer matrix, and 3 is continuous in the polymer matrix 1. The ion conduction path is formed in a mesh shape, and is formed by being phase-separated from the polymer matrix 1. The black circles in FIG. 1 are, for example, Li + ions.
【0014】本発明におけるイオン伝導路3は、極性部
材に極性の高い金属塩と電解液溶媒からなる金属塩電解
液を含浸させたものであることを特徴としており、イオ
ン伝導路3内においては、解離した金属イオンが溶媒中
を移動することになる。なお、このような本発明の高分
子固体電解質の微細構造が、高分子微粒子の集合体から
なる高分子マトリックス1と、該高分子マトリックスと
相分離したイオン伝導路3からなることをTEM(透過
型電子顕微鏡)観察により検証し、確認した。The ion conduction path 3 according to the present invention is characterized in that a polar member is impregnated with a metal salt electrolyte comprising a highly polar metal salt and an electrolyte solvent. The dissociated metal ions move in the solvent. It should be noted that the fine structure of the polymer solid electrolyte of the present invention is composed of a polymer matrix 1 composed of an aggregate of polymer fine particles and an ion conduction path 3 phase-separated from the polymer matrix by TEM (transmission). It was verified and confirmed by observation using a scanning electron microscope.
【0015】ここで、極性部材としては、極性溶媒に可
溶な高分子、界面活性剤、高分子微粒子に一部又は全部
が共有結合した極性有機成分、高分子微粒子間に形成さ
れた架橋構造部、あるいはこれらの混合物を適用するこ
とができる。これらの極性部材は、分散媒体中における
高分子微粒子の分散を安定させ、且つ高分子固体電解質
を作製した時に、イオン伝導路の前駆体となりうるもの
である。The polar member includes a polymer soluble in a polar solvent, a surfactant, a polar organic component partially or entirely covalently bonded to polymer fine particles, and a crosslinked structure formed between the polymer fine particles. Parts or mixtures thereof can be applied. These polar members stabilize the dispersion of the polymer fine particles in the dispersion medium and can be a precursor of the ion conduction path when a polymer solid electrolyte is produced.
【0016】極性溶媒に可溶な高分子としては、下記高
分子固体電解質の製造工程における高分子微粒子の分散
媒体の種類によって異なるが、例えば、分散媒体が水の
場合には、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリ
ル、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリル酸金属塩、メチルセルロース、ポリビ
ニルピロリドン、ポリ−4−ビニルピリジン、ポリスチ
レンスルホン酸などを単独あるいは複合した形で用いる
ことができるが、特にこれらに限定されるものではな
く、また、他の極性溶媒を分散媒体として用いた場合で
も、その分散媒体に溶解する高分子であれば、同様に用
いることができる。本発明においては、このような極性
溶媒に可溶な高分子を積極的に極性部材として導入する
ことにより、高分子マトリックス中における極性部材の
占める割合を多くしている。The polymer soluble in the polar solvent varies depending on the type of the dispersion medium of the polymer fine particles in the following process for producing a polymer solid electrolyte. Acrylonitrile, hydroxyethylcellulose, polyvinyl alcohol, metal polyacrylate, methylcellulose, polyvinylpyrrolidone, poly-4-vinylpyridine, polystyrenesulfonic acid, etc. can be used alone or in a complex form, but are not particularly limited to these. Instead, even when another polar solvent is used as the dispersion medium, any other polymer that can be dissolved in the dispersion medium can be used. In the present invention, the proportion of the polar member in the polymer matrix is increased by actively introducing such a polymer soluble in the polar solvent as the polar member.
【0017】界面活性剤としては、脂肪酸及びその金属
塩、アルキルベンゼンスルホン酸及びその金属塩、アル
キル硫酸及びその金属塩、ジオクチルスルホコハク酸及
びその金属塩、ポリオキシエチレンステアリン酸エステ
ル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エス
テル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポ
リオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重
合体、ポリエーテル変性シリコーンオイルなどを単独あ
るいは複合した形で用いることができるが、界面活性作
用を有するものであれば、特に限定するものではない。Examples of the surfactant include fatty acids and their metal salts, alkylbenzenesulfonic acids and their metal salts, alkylsulfuric acids and their metal salts, dioctylsulfosuccinic acid and their metal salts, polyoxyethylene stearate, and polyoxyethylene sorbitan monolaurin. Acid esters, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymers, polyether-modified silicone oils and the like can be used alone or in a complex form, provided that they have a surfactant activity. However, there is no particular limitation.
【0018】極性溶媒成分としては、特に限定しない
が、例えば、アクリル酸及びその金属塩、メタクリル酸
及びその金属塩、エタクリル酸及びその金属塩、イタコ
ン酸及びその金属塩、スチレンスルホン酸及びその金属
塩、エチレンスルホン酸及びその金属塩、不飽和脂肪酸
及びその金属塩等を極性有機成分の原料として適用する
ことができる。これらの極性有機成分は、共重合、グラ
フト重合という形で、あるいは高分子微粒子主成分の官
能基に直接反応して、共重合の形で高分子微粒子に組込
まれて結合する。また、高分子微粒子の主成分を硫酸等
で酸化処理し、カルボキシル基あるいはその金属塩置換
基を導入してもよい。なお、このような極性有機成分
は、必ずしも共重合の形で高分子微粒子に結合している
必要はなく、原料のままでもイオン伝導路の前駆体とな
りえる。更に、これら極性溶媒に可溶な高分子、界面活
性剤及び極性有機成分を任意の組合せの複合した形で使
用することもできる。The polar solvent component is not particularly limited. For example, acrylic acid and its metal salt, methacrylic acid and its metal salt, ethacrylic acid and its metal salt, itaconic acid and its metal salt, styrenesulfonic acid and its metal Salts, ethylenesulfonic acid and its metal salts, unsaturated fatty acids and its metal salts, and the like can be used as the raw material of the polar organic component. These polar organic components are incorporated into and bonded to the polymer fine particles in the form of copolymerization, graft polymerization, or directly react with the functional groups of the main components of the polymer fine particles. Alternatively, the main component of the polymer fine particles may be oxidized with sulfuric acid or the like to introduce a carboxyl group or a metal salt substituent thereof. Note that such a polar organic component does not necessarily need to be bonded to the polymer fine particles in a copolymerized form, and can be a precursor of an ion conduction path even if it is a raw material. Further, a polymer soluble in the polar solvent, a surfactant, and a polar organic component may be used in any desired combination.
【0019】架橋構造部は、高分子微粒子を構成する分
子鎖に2種類以上の極性有機成分を共有結合させること
により実現できる。すなわち、2種類以上の極性有機成
分を有する高分子微粒子を加熱することにより、高分子
微粒子内及び高分子微粒子間において架橋反応が起こ
り、架橋構造部を形成する。高分子微粒子内における架
橋は、機械的強度の大きな高分子固体電解質を提供し、
高分子微粒子間における架橋は、イオン伝導路の前駆体
となる網目状の架橋構造の凝集部を連続して形成するこ
とができる。The crosslinked structure can be realized by covalently bonding two or more kinds of polar organic components to the molecular chains constituting the polymer fine particles. That is, by heating polymer fine particles having two or more types of polar organic components, a cross-linking reaction occurs in the polymer fine particles and between the polymer fine particles to form a cross-linked structure. Crosslinking within the polymer particles provides a polymer solid electrolyte with high mechanical strength,
Crosslinking between polymer fine particles can continuously form aggregated portions having a network-like crosslinked structure that is a precursor of an ion conduction path.
【0020】このような架橋反応としては、エステル化
反応、アミド化反応、エポキシ基開環反応等があり、こ
の架橋を自己架橋、すなわち高分子微粒子間あるいは高
分子微粒子内で行わせるためには、アミド基、水酸基、
カルボキシル基、エポキシ基、スルホン酸基等の2種類
以上の極性有機成分を高分子鎖に持たせてやればよい。
例えば、高分子微粒子の主成分モノマーと以下の架橋成
分モノマーの内2種類以上を共重合させれば、自己架橋
性の高分子を得ることができる。すなわち、特に限定す
るものではないが、アクリルアミド、ジアセトンアクリ
ルアミド、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシ
エチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレー
ト、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、グリシジ
ルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグ
リシジルエーテル、アリルベンゼンスルホン酸などの架
橋成分モノマーを適用することができる。Examples of such a crosslinking reaction include an esterification reaction, an amidation reaction, and an epoxy group ring-opening reaction. In order to perform this crosslinking by self-crosslinking, that is, between polymer fine particles or within polymer fine particles, , Amide group, hydroxyl group,
What is necessary is just to give two or more types of polar organic components, such as a carboxyl group, an epoxy group, and a sulfonic acid group, to a polymer chain.
For example, a self-crosslinking polymer can be obtained by copolymerizing two or more of the main component monomers of the polymer fine particles and the following crosslinking component monomers. That is, although not particularly limited, acrylamide, diacetone acrylamide, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, allyl benzene sulfone Crosslinking component monomers such as acids can be applied.
【0021】金属塩電解液を構成する金属塩は、高分子
固体電解質の用途によって異なるが、例としてリチウム
電池への適用を考えると、LiClO4 、LiAlCl
4 、LiBF4 、LiPF6 、LiAsF6 、LiNb
F6 、LiSCN、LiCl、Li(CF3 SO3 )、
Li(C6 H5 SO3 )等のリチウム塩及びこれらの混
合物を適用することができるが、これらに限定されるも
のではなく、他のリチウム塩についても適用可能であ
る。The metal salt constituting the metal salt electrolyte varies depending on the use of the solid polymer electrolyte. For example, considering application to a lithium battery, LiClO 4 , LiAlCl
4, LiBF 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiNb
F 6 , LiSCN, LiCl, Li (CF 3 SO 3 ),
Lithium salts such as Li (C 6 H 5 SO 3 ) and mixtures thereof can be applied, but are not limited thereto, and other lithium salts can also be applied.
【0022】また、このような金属塩を溶解して電解液
を構成するための電解液溶媒も、高分子固体電解質の用
途によって異なり、特に限定するものではないが、例と
して同様にリチウム電池への適用を考えると、プロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、ジメチルカーボネート、ジメチルスルホキシ
ド、アセトニトリル、スルホラン、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジエトキシエタ
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、ジオキソラン、メチルア
セテート等の非プロトン性極性溶媒及び下記一般式(化
1)で表されるポリエチレンオキシド誘導体などが適用
でき、これらは単独あるいは混合物の形で用いられる。The electrolyte solvent for dissolving such a metal salt to form an electrolyte also varies depending on the use of the solid polymer electrolyte, and is not particularly limited. Considering the application of propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran,
-Aprotic polar solvents such as -methyltetrahydrofuran, dioxolan, methyl acetate and the like, and polyethylene oxide derivatives represented by the following general formula (Chemical Formula 1) can be used, and these are used alone or in a mixture.
【0023】[0023]
【化1】A−(CH2 −CH2 −O)n −BEmbedded image A- (CH 2 —CH 2 —O) n —B
【0024】式中、Aは、アルキル基、アルコキシ基、
アリール基、アリールオキシ基、あるいはエーテル結
合、エステル結合、アミド結合、シロキサン結合、ウレ
タン結合、ホスファゼン結合を含有する脂肪族系・芳香
族系有機基、又は以上の有機基のハロゲン、水酸基、カ
ルボン酸基、アミノ基置換体等の1価の有機基あるいは
H基、OH基、Bは、上記Aで示した1価の有機基ある
いはH基、nは少なくとも2以上の整数である。このよ
うなポリエチレンオキシド誘導体は、単独あるいは2種
以上複合した形で用いられる。In the formula, A represents an alkyl group, an alkoxy group,
An aryl group, an aryloxy group, or an aliphatic / aromatic organic group containing an ether bond, an ester bond, an amide bond, a siloxane bond, a urethane bond, a phosphazene bond, or a halogen, a hydroxyl group, or a carboxylic acid of the above organic groups A monovalent organic group such as a group or an amino group-substituted product, or an H group, an OH group, or B is a monovalent organic group or an H group represented by A, and n is an integer of at least 2 or more. Such polyethylene oxide derivatives are used alone or in a combination of two or more.
【0025】本発明における高分子マトリックス1は、
高分子微粒子2がお互いに融着して構成されたものであ
る。The polymer matrix 1 according to the present invention comprises:
Polymer fine particles 2 are formed by fusing each other.
【0026】高分子微粒子2としては、高分子固体電解
質を製造した時に、極性の高い金属塩電解液と極性部材
からなるイオン伝導路3を、高分子マトリックス1から
安定に相分離させるものであれば限定しないが、好まし
くは以下に示す低極性の高分子、すなわち、ポリスチレ
ン、ポリプロピレン、ポリイソブテン、ポリエチレン、
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(α−メチルス
チレン)、ポリブチルメタクリレート、ポリブチルアク
リレート、ポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)、
ポリジブチルフタレート、ポリビニルブチルエーテル、
ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール等の安価
な炭化水素系高分子又はこれらの成分を含む共重合体な
どからなる高分子微粒子が好適であり、これら低極性の
高分子は、単独あるいは複合した形で用いられる。特
に、ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン系成分を含
むゴム系の低極性高分子、例えばスチレン−ブタジエン
共重合体、スチレン−イソプレン共重合体等から作製さ
れる高分子固体電解質は、柔軟でゴム弾性を持ち、電極
と良好な密着性を有するため極めて好適である。また、
このような高分子微粒子2の粒径としては、0.01〜
50μmが好適である。The polymer fine particles 2 can be used to stably phase-separate the ion conduction path 3 composed of a highly polar metal salt electrolyte and a polar member from the polymer matrix 1 when a polymer solid electrolyte is manufactured. Although not limited, preferably the following low-polarity polymers, namely, polystyrene, polypropylene, polyisobutene, polyethylene,
Polybutadiene, polyisoprene, poly (α-methylstyrene), polybutyl methacrylate, polybutyl acrylate, poly (2-ethylhexyl acrylate),
Polydibutyl phthalate, polyvinyl butyl ether,
Polymer fine particles made of inexpensive hydrocarbon polymers such as polyvinyl butyral and polyvinyl formal or copolymers containing these components are suitable, and these low-polar polymers are used alone or in a composite form. . In particular, a polymer solid electrolyte made of a low-polarity rubber-based polymer containing a conjugated diene-based component such as butadiene or isoprene, for example, a styrene-butadiene copolymer or a styrene-isoprene copolymer, is soft and elastic. Is very suitable because it has good adhesion to the electrode. Also,
The particle size of the polymer fine particles 2 is 0.01 to
50 μm is preferred.
【0027】以上述べたように、本発明の高分子固体電
解質は、金属塩電解液と極性部材からなるイオン伝導路
3が、高分子マトリックス1を構成する高分子微粒子2
の間に、該高分子マトリックス1と相分離し、連続して
網目状に形成された構成となっている。As described above, in the solid polymer electrolyte of the present invention, the ionic conduction path 3 composed of the metal salt electrolyte and the polar member has the polymer fine particles 2 constituting the polymer matrix 1.
During this process, the polymer matrix 1 is phase-separated and formed into a continuous network.
【0028】したがって、高イオン伝導率の金属塩電解
液がイオン伝導を担うことになり、優れたイオン伝導性
が期待できる。また、イオン伝導路3が高分子マトリッ
クス1と相分離しているため、高分子マトリックス中に
電解液が分子レベルで分散している従来の電解液含浸型
高分子固体電解質と異なり、電解液の含浸量が多くて
も、高分子マトリックス1が可塑化しないため、固体電
解質の機械的強度の低下を抑えることができる。Therefore, the metal salt electrolyte having a high ionic conductivity plays a role in ionic conduction, and excellent ionic conductivity can be expected. Further, since the ion conduction path 3 is phase-separated from the polymer matrix 1, unlike the conventional electrolyte-impregnated polymer solid electrolyte in which the electrolyte is dispersed at the molecular level in the polymer matrix, Even if the impregnation amount is large, the polymer matrix 1 is not plasticized, so that a decrease in mechanical strength of the solid electrolyte can be suppressed.
【0029】ここで、本発明における高分子固体電解質
の製造方法としては、大別して次のような3つの方法を
とることができる。なお、これらの製造方法は、イオン
伝導路の形成方法に主眼をおいて区別したものであり、
製造方法の番号は、本発明の実施例においても使用する
こととする。Here, the method for producing a solid polymer electrolyte according to the present invention can be roughly classified into the following three methods. In addition, these manufacturing methods are distinguished by focusing on a method of forming an ion conduction path,
The manufacturing method numbers are used in the embodiments of the present invention.
【0030】『製造方法1』高分子微粒子を均一に分散
させた極性溶媒中に、イオン伝導路の前駆体となりうる
極性部材を溶解させたものを高分子微粒子分散液として
用いる。この場合、極性部材としては、極性溶媒に可溶
な高分子又は界面活性剤あるいはこれらの混合物を用い
ることができる。また、極性有機成分の一部又は全部を
共有結合させた高分子微粒子又は架橋成分を共有結合さ
せた高分子微粒子を用いる場合には、これらの極性有機
成分や架橋成分もイオン伝導路の前駆体となりうるた
め、これらを単独あるいは複合した形で、更には前記極
性溶媒に可溶な高分子や界面活性剤と複合した形で用い
ることができる。また、分散媒体としての極性溶媒は水
が好適であるが、必要に応じてアルコール類などの極性
有機溶媒を単独あるいは水と混合して用いることがで
き、このような分散媒体は、本発明の製造方法すべてに
適用することができる。この高分子微粒子分散液の作製
段階においては、前記極性部材は、分散媒体中における
高分子微粒子の分散を安定させる機能を有している。[Manufacturing method 1] A solution in which a polar member which can be a precursor of an ion conduction path is dissolved in a polar solvent in which polymer fine particles are uniformly dispersed is used as a polymer fine particle dispersion. In this case, a polymer soluble in a polar solvent, a surfactant, or a mixture thereof can be used as the polar member. In addition, when using polymer fine particles in which a part or all of the polar organic components are covalently bonded or polymer fine particles in which a cross-linking component is covalently bonded, these polar organic components and the cross-linking component are also precursors of the ion conduction path. Therefore, these can be used alone or in a complexed form, or further in a complexed form with a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent. Further, although the polar solvent as the dispersion medium is preferably water, a polar organic solvent such as an alcohol can be used alone or in combination with water as needed, and such a dispersion medium is used in the present invention. It can be applied to all manufacturing methods. In the step of preparing the polymer fine particle dispersion, the polar member has a function of stabilizing the dispersion of the polymer fine particles in the dispersion medium.
【0031】分散媒体への高分子微粒子の分散は、次の
ような2つの方法をとることができる。まず第1の方法
は、高分子微粒子用の低極性高分子を低極性溶媒に溶解
した溶液を、極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、
あるいは両者の混合物を溶解した極性溶媒中にかくはん
しながら添加することにより、低極性高分子を微粒子化
する方法である。第2の方法は、次のような周知の乳化
重合法〔例えば、室井宗一著、高分子ラテックス入門
(初版第1刷)(工文社、昭和55年7月29日発行)
参照〕を利用するものである。The dispersion of the polymer fine particles in the dispersion medium can be performed by the following two methods. First, a first method is to dissolve a solution in which a low-polar polymer for polymer fine particles is dissolved in a low-polar solvent, a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent,
Alternatively, this is a method in which a low-polar polymer is made into fine particles by adding the mixture of both to a dissolved polar solvent with stirring. The second method is a known emulsion polymerization method as follows [for example, Soichi Muroi, Introduction to Polymer Latex (First Edition, First Printing) (Kobunsha, issued July 29, 1980)
Reference].
【0032】すなわち、水系の分散媒体に界面活性剤を
臨界ミセル濃度以上に加え、高分子微粒子の主成分モノ
マーを導入すると、主成分モノマーの一部は界面活性剤
ミセル内部に取り込まれる。次いで、水溶性の重合開始
剤(例えば、過硫酸金属塩)を加えて加熱すると、重合
開始剤のラジカルが発生する。この重合開始剤ラジカル
が主成分モノマーで満たされたミセルに入り込むと、主
成分モノマーが重合して高分子が合成され高分子微粒子
が形成される。ここで、重合反応の進行によりミセル内
部の主成分モノマーが消費されると、平衡を保つため
に、水中に溶解している主成分モノマーが反応場のミセ
ルに供給されることになる。作製した高分子微粒子の径
は、ミセル中に入り込んだ主成分モノマーの重合時間を
調整することにより制御することができる。That is, when a surfactant is added to the aqueous dispersion medium at a concentration higher than the critical micelle concentration and the main monomer of the polymer fine particles is introduced, a part of the main monomer is taken into the surfactant micelle. Next, when a water-soluble polymerization initiator (for example, metal persulfate) is added and heated, radicals of the polymerization initiator are generated. When the polymerization initiator radicals enter micelles filled with the main component monomer, the main component monomer is polymerized to synthesize a polymer and form polymer fine particles. Here, when the main component monomer inside the micelle is consumed due to the progress of the polymerization reaction, the main component monomer dissolved in water is supplied to the micelle in the reaction field in order to maintain the equilibrium. The diameter of the produced polymer fine particles can be controlled by adjusting the polymerization time of the main component monomer that has entered the micelle.
【0033】この場合、高分子微粒子分散液に、極性溶
媒に可溶な高分子を溶解させたり、あるいは反応中に極
性溶媒成分や架橋成分のモノマーを添加して高分子微粒
子に極性有機成分や架橋成分を導入すれば、異なる分散
の安定を図ることができる。In this case, a polymer soluble in a polar solvent is dissolved in the polymer fine particle dispersion, or a polar solvent component or a cross-linking component monomer is added during the reaction to add a polar organic component or a polymer to the polymer fine particles. By introducing a crosslinking component, different dispersions can be stabilized.
【0034】この内、高分子微粒子への極性有機成分や
架橋成分の導入法については、同様の乳化重合法を適用
するのが好適である。すなわち、分散媒体中に極性有機
成分や架橋成分のモノマーを溶解させると、反応場の界
面活性剤ミセルにおいて高分子微粒子の主成分モノマー
と重合反応を起こし、高分子微粒子主成分との共重合体
が得られる。なお、以上述べた極性有機成分及び架橋成
分は、高分子微粒子主成分との相溶性が低いため、高分
子微粒子の周辺部により多く分配される。Among them, the same emulsion polymerization method is preferably applied as a method for introducing a polar organic component or a crosslinking component into the polymer fine particles. That is, when the monomer of the polar organic component or the cross-linking component is dissolved in the dispersion medium, a polymerization reaction occurs with the main monomer of the polymer fine particles in the surfactant micelle of the reaction field, and a copolymer of the main component of the polymer fine particles is formed. Is obtained. Since the polar organic component and the cross-linking component described above have low compatibility with the main component of the polymer fine particles, the polar organic component and the crosslinking component are distributed more to the peripheral portion of the polymer fine particles.
【0035】次いで、このようにして作製した高分子微
粒子の分散液から溶媒を加熱蒸発させることにより、高
分子微粒子はお互いに融着して高分子マトリックスを形
成し、極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤又は極性
有機成分又は架橋成分、あるいはこれらの複合物からな
る極性部材は、高分子マトリックスを構成する高分子微
粒子間において、網目状の連続した凝集部を形成するこ
とになる。この場合、極性溶媒を完全に除去するために
は、極性溶媒の沸点以上に加熱するか、あるいは減圧処
理と組合せて行う必要があるが、均一な高分子マトリッ
クスフィルムを得るためには、高分子マトリックス主成
分のガラス転移温度以上に加熱するのが好適である。Next, by heating and evaporating the solvent from the dispersion liquid of the polymer fine particles produced in this way, the polymer fine particles are fused with each other to form a polymer matrix, and the high-molecular weight particles soluble in the polar solvent are formed. A polar member made of a molecule, a surfactant, a polar organic component or a cross-linking component, or a composite thereof forms a continuous network-like aggregate between polymer fine particles constituting a polymer matrix. In this case, in order to completely remove the polar solvent, it is necessary to heat the solvent to a temperature higher than the boiling point of the polar solvent or to perform the treatment in combination with a reduced pressure treatment. It is preferable to heat the matrix to a temperature higher than the glass transition temperature of the main component.
【0036】ここで、架橋成分を有する自己架橋型高分
子微粒子を用いた場合には、前述したような分散媒体除
去のための加熱段階で、高分子微粒子内あるいは高分子
微粒子間において架橋反応を起こすことになる。高分子
微粒子間における架橋反応では、極性部材となる架橋構
造部が高分子微粒子間に形成されるため、外部電場の影
響や透析効果等により、極性部材が内部で移動したり、
外部に染み出したりする心配がなくなり、イオン伝導路
を安定に保持することができる。この場合、架橋反応を
起こさせるためには、100℃以上に加熱するのが好適
であり、必要に応じて、加熱プレスして高分子マトリッ
クスを任意の形状に成形することも可能である。また、
このような架橋構造による効果は、極性有機成分の場合
にも同様にして発揮される。In the case where the self-crosslinkable polymer fine particles having a crosslinkable component are used, the crosslinking reaction in the polymer fine particles or between the polymer fine particles is performed in the heating step for removing the dispersion medium as described above. Will wake up. In the cross-linking reaction between polymer fine particles, since a cross-linked structure serving as a polar member is formed between the polymer fine particles, the polar member moves inside due to the influence of an external electric field or a dialysis effect,
There is no need to worry about seepage to the outside, and the ion conduction path can be stably held. In this case, in order to cause a cross-linking reaction, it is preferable to heat the mixture to 100 ° C. or higher. If necessary, the polymer matrix can be formed into an arbitrary shape by hot pressing. Also,
The effect of such a crosslinked structure is similarly exhibited in the case of a polar organic component.
【0037】高分子微粒子主成分と、極性有機成分ある
いは架橋成分との構成比は、極性溶媒中における高分子
微粒子の分散を安定させ、且つ高分子固体電解質を製造
した時に、高分子マトリックスとイオン伝導路を相分離
し、架橋反応を起こす場合に高分子固体電解質の機械的
強度を十分に確保できるものであればよく、その値は材
料系によって異なるが、高分子主成分を20%以上含む
ようにするのが好適である。The composition ratio between the main component of the polymer fine particles and the polar organic component or the cross-linking component is such that the dispersion of the polymer fine particles in the polar solvent is stabilized, and when the polymer solid electrolyte is produced, the polymer matrix and the ion Any material that can sufficiently secure the mechanical strength of the solid polymer electrolyte when the conductive path is phase-separated and causes a cross-linking reaction may be used. It is preferred that this be done.
【0038】最後に、このようにして作製した高分子マ
トリックスフィルムを、別に調整した前記金属塩電解液
中に浸漬することにより、高分子マトリックス内に網目
状に連続して形成された前記極性部材の凝集部に金属塩
電解液を含浸させ、高分子マトリックスと相分離した連
続的なイオン伝導路を有する高分子固体電解質を得るこ
とができる。Finally, by immersing the polymer matrix film thus prepared in the separately prepared metal salt electrolyte, the polar member continuously formed in a network in the polymer matrix is formed. Is impregnated with the metal salt electrolyte solution to obtain a polymer solid electrolyte having a continuous ion conduction path phase-separated from the polymer matrix.
【0039】この場合、金属塩電解液は極性が高いた
め、同じく極性の高い極性部材中に選択的に含浸される
ことになり、低極性の高分子マトリックスへの含浸はほ
とんどない。そのため、安定した連続的なイオン伝導路
が確保できると共に、高分子マトリックスの可塑化によ
る機械的強度の低下を招くことがない。また、金属塩電
解液の含浸量は浸漬時間により制御できるが、高分子固
体電解質中に30重量%以上の割合で含浸させるのが好
ましい。更に、金属塩電解液における金属塩と溶媒の混
合比は、形成されるイオン伝導路において、金属塩濃度
で0.01〜5mol /lとなるように調節するのが望ま
しい。In this case, since the metal salt electrolyte has a high polarity, the metal salt electrolyte is selectively impregnated in a polar member having a high polarity, and the low-polarity polymer matrix is hardly impregnated. Therefore, a stable and continuous ion conduction path can be ensured, and a decrease in mechanical strength due to plasticization of the polymer matrix does not occur. The amount of impregnation of the metal salt electrolyte can be controlled by the immersion time, but it is preferable to impregnate the solid polymer electrolyte at a rate of 30% by weight or more. Further, it is desirable to adjust the mixing ratio of the metal salt and the solvent in the metal salt electrolyte so that the metal salt concentration in the formed ion conduction path is 0.01 to 5 mol / l.
【0040】このように、極性部材は、該極性部材への
金属塩電解液の選択的な含浸を促してイオン伝導路を形
成すると共に、含浸後における金属塩電解液の保持部材
としての役割を果たしている。なお、このような製造方
法1において説明した詳細な製造工程は、以下の高分子
固体電解質の各製造方法において、重複する場合には省
略する。As described above, the polar member promotes the selective impregnation of the polar member with the metal salt electrolyte to form an ion conduction path, and also serves as a holding member for the metal salt electrolyte after the impregnation. Play. In addition, the detailed manufacturing process described in the manufacturing method 1 will be omitted in the following respective manufacturing methods of a solid polymer electrolyte, if they overlap.
【0041】『製造方法2』製造方法1で述べた各種極
性部材を含有する高分子微粒子分散液中に、前記金属塩
電解液を構成する金属塩を溶解させる。次いで、このよ
うにして作製した高分子微粒子分散液から、前記極性溶
媒を加熱蒸発させることにより、高分子微粒子はお互い
に融着して高分子マトリックスを形成し、前記極性部材
及び金属塩は、高分子マトリックスを構成する高分子微
粒子間において網目状の連続した凝集部を形成すること
になる。最後にこのようにして作製した高分子マトリッ
クスフィルムを、前記金属塩を溶解する電解液溶媒中に
浸漬することにより、高分子マトリックス内に網目状に
連続して形成された前記極性部材及び金属塩の凝集部に
電解液溶媒を選択的に含浸させ、高分子マトリックスと
相分離した連続的なイオン伝導路を有する高分子固体電
解質を得ることができる。このような方法によると、極
性部材及び金属塩の凝集部への電解液溶媒の含浸は、製
造方法1における金属塩電解液の場合よりも、浸透圧の
関係でより多く含浸するため、優れたイオン伝導性を得
ることができる。[Production Method 2] The metal salt constituting the metal salt electrolyte is dissolved in the polymer fine particle dispersion containing the various polar members described in Production Method 1. Next, by heating and evaporating the polar solvent from the polymer fine particle dispersion thus prepared, the polymer fine particles are fused with each other to form a polymer matrix, and the polar member and the metal salt are A network-like continuous agglomerated part is formed between the polymer fine particles constituting the polymer matrix. Finally, by immersing the polymer matrix film thus prepared in an electrolytic solution solvent dissolving the metal salt, the polar member and the metal salt formed continuously in a network in the polymer matrix. Is selectively impregnated with the electrolyte solution solvent to obtain a polymer solid electrolyte having a continuous ion conduction path phase-separated from the polymer matrix. According to such a method, the impregnation of the aggregating portion of the polar member and the metal salt with the electrolytic solvent is more excellent in terms of the osmotic pressure than in the case of the metal salt electrolytic solution in the production method 1, and therefore, excellent. Ion conductivity can be obtained.
【0042】『製造方法3』製造方法1で述べた各種極
性部材を含有する高分子微粒子分散液中に、前記金属塩
を溶解させ、更に前記極性溶媒よりも沸点が高く、且つ
前記金属塩を溶解する電解液溶媒を混合して高分子微粒
子分散液を作製する。次いで、このようにして作製した
高分子微粒子分散液から極性溶媒を加熱蒸発させると、
高分子微粒子はお互いに融着して高分子マトリックスを
形成し、金属塩電解液を含有する前記極性部材は、高分
子マトリックスを構成する高分子微粒子間において、高
分子マトリックスと相分離した連続的な網目状のイオン
伝導路を形成し、高分子固体電解質となる。この場合、
電解液溶媒は、極性溶媒である、例えば水よりも沸点が
高いため、分散液を加熱しても分散媒体である水が蒸発
するだけで電解液溶媒は蒸発することなく、極性溶媒除
去後も高分子マトリックス内において、金属塩を溶解し
た金属塩電解液の形で極性部材に保持され、イオン伝導
路を形成することになる。このような製造方法は、電解
液溶媒としてポリエチレンオキシド誘導体のように粘度
が大きく、且つ沸点の高いものを使用する場合に特に有
効である。すなわち、前記製造方法1及び2において、
ポリエチレンオキシド誘導体のような粘度の大きな電解
液溶媒を使用した場合には、高分子マトリックス内にお
ける極性部材への金属塩電解液あるいは電解液溶媒の含
浸性が低下する恐れを生じる。そのため、分散媒体であ
る極性溶媒中にあらかじめ金属塩を溶解させ、更に電解
液溶媒を混合しておけば、高分子マトリックスフィルム
を成形した後、金属塩電解液や電解液溶媒を含浸させる
ことなく、イオン伝導路を形成することができる。この
場合、分散媒体中における高分子微粒子100重量部に
対して10重量部以上のポリエチレンオキシド誘導体と
なるように調整するのが望ましい。[Production Method 3] The metal salt is dissolved in the polymer fine particle dispersion containing various polar members described in Production Method 1, and the boiling point is higher than that of the polar solvent. An electrolytic solution solvent to be dissolved is mixed to prepare a polymer fine particle dispersion. Next, when the polar solvent is heated and evaporated from the polymer fine particle dispersion thus prepared,
The polymer microparticles are fused together to form a polymer matrix, and the polar member containing the metal salt electrolyte is a continuous polymer phase-separated from the polymer matrix between the polymer microparticles constituting the polymer matrix. A simple mesh-like ion conduction path is formed, and it becomes a polymer solid electrolyte. in this case,
Electrolyte solvent is a polar solvent, for example, has a higher boiling point than water, so even if the dispersion is heated, only the water which is the dispersion medium evaporates and the electrolyte solvent does not evaporate, even after the polar solvent is removed. In the polymer matrix, the metal salt is held by the polar member in the form of a metal salt electrolyte solution in which the metal salt is dissolved, thereby forming an ion conduction path. Such a production method is particularly effective when an electrolyte solvent having a large viscosity and a high boiling point, such as a polyethylene oxide derivative, is used. That is, in the manufacturing methods 1 and 2,
When an electrolyte solvent having a large viscosity such as a polyethylene oxide derivative is used, there is a possibility that the impregnation of the polar member in the polymer matrix with the metal salt electrolyte or the electrolyte solvent is reduced. Therefore, if the metal salt is previously dissolved in a polar solvent as a dispersion medium, and further mixed with an electrolyte solvent, after forming the polymer matrix film, without impregnating the metal salt electrolyte or the electrolyte solvent. , An ion conduction path can be formed. In this case, it is desirable to adjust so that the polyethylene oxide derivative is 10 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the polymer fine particles in the dispersion medium.
【0043】[0043]
【作用】本発明の高分子固体電解質によれば、高いイオ
ン伝導率を有する金属塩電解液がイオン伝導を担うた
め、高分子固体電解質として優れたイオン伝導性を期待
することができる。また、金属塩電解液からなるイオン
伝導路が高分子マトリックス中で分離して形成されてい
るため、金属塩電解液の含浸量が多いにも係わらず、高
分子固体電解質の機械的強度の低下を抑えることができ
る。また、高分子マトリックスを架橋構造とすることに
より、イオン伝導路の保護、並びに高分子固体電解質の
強度をより一層向上することができる。更に、製造方法
が簡単なため低い製造コストが期待でき、安価な高分子
固体電解質を得ることができる。According to the solid polymer electrolyte of the present invention, since the metal salt electrolyte having a high ionic conductivity plays a role in ionic conduction, excellent ionic conductivity can be expected as a solid polymer electrolyte. In addition, since the ion conduction path composed of the metal salt electrolyte is formed separately in the polymer matrix, the mechanical strength of the polymer solid electrolyte is reduced despite the large amount of impregnation of the metal salt electrolyte. Can be suppressed. Further, by forming the polymer matrix into a crosslinked structure, the protection of the ion conduction path and the strength of the polymer solid electrolyte can be further improved. Furthermore, since the manufacturing method is simple, a low manufacturing cost can be expected, and an inexpensive polymer solid electrolyte can be obtained.
【0044】[0044]
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない。The present invention will now be described in detail with reference to Examples.
The present invention is not limited to these examples.
【0045】実施例1 非変性タイプのスチレン(S)−ブタジエン(B)共重
合体(S:B=20:80、日本ゼオン社製NS11
6)10gをとり、100gのベンゼンに溶解した。こ
の溶液を極性溶媒に可溶な高分子であるポリエチレンオ
キシド1gを溶解した500gの水溶液にかくはんしな
がら徐々に加え、高分子微粒子分散液を得た。この分散
液を、常圧下95℃で加熱して固形分が95重量%にな
るまで予備乾燥した。更に100℃,0.1Torr下で2
0時間減圧乾燥して高分子マトリックスフィルムを得
た。次に、金属塩電解液として、γ−ブチロラクトン/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒のLiClO4 溶液
(1mol /l)を調整し、この中に作製した高分子マト
リックスフィルムを2時間浸漬して金属塩電解液を含浸
させ、本発明の高分子固体電解質を得た。なお、以下の
実施例における金属塩電解液中における金属塩の濃度
は、本実施例と同様である。Example 1 Unmodified styrene (S) -butadiene (B) copolymer (S: B = 20: 80, NS11 manufactured by Zeon Corporation)
6) 10 g was taken and dissolved in 100 g of benzene. This solution was gradually added with stirring to a 500 g aqueous solution in which 1 g of polyethylene oxide, a polymer soluble in a polar solvent, was dissolved to obtain a polymer fine particle dispersion. The dispersion was pre-dried at 95 ° C. under normal pressure until the solid content became 95% by weight. Further, at 100 ° C and 0.1 Torr, 2
After drying for 0 hour under reduced pressure, a polymer matrix film was obtained. Next, γ-butyrolactone /
A LiClO 4 solution (1 mol / l) of a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane was prepared, and the prepared polymer matrix film was immersed therein for 2 hours to be impregnated with a metal salt electrolyte, thereby obtaining a polymer solid of the present invention. An electrolyte was obtained. The concentration of the metal salt in the metal salt electrolyte in the following examples is the same as in this example.
【0046】実施例2 実施例1で用いた非変性タイプのスチレン−ブタジエン
共重合体(日本ゼオン社製NS116)のベンゼン溶液
を、1gのポリエチレンオキシドと4gのLiClO4
を溶解した500gの水溶液にかくはんしながら徐々に
加え、高分子微粒子分散液を得た。この分散液を実施例
1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィル
ムを作製し、更にこの高分子マトリックスフィルムをγ
−ブチロラクトン/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒
中に浸漬して含浸させ、本発明の高分子固体電解質を得
た。Example 2 A benzene solution of the unmodified styrene-butadiene copolymer (NS116 manufactured by Zeon Corporation) used in Example 1 was mixed with 1 g of polyethylene oxide and 4 g of LiClO 4.
Was slowly added with stirring to a 500 g aqueous solution to obtain a polymer fine particle dispersion. This dispersion was dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film.
-Impregnated by immersion in a butyrolactone / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0047】実施例3 実施例1で作製したポリエチレンオキシド含有高分子微
粒子分散液に、ポリエチレンオキシドジメチルエーテル
(重量平均分子量400)を加えてよくかくはんした
後、実施例1と同様の条件で乾燥させて本発明の高分子
固体電解質を得た。Example 3 Polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight: 400) was added to the polyethylene oxide-containing polymer fine particle dispersion prepared in Example 1, stirred well, and dried under the same conditions as in Example 1. The solid polymer electrolyte of the present invention was obtained.
【0048】実施例4 実施例1の極性高分子ポリエチレンオキシドを、界面活
性剤であるポリエチレングリコール(n=20)・ノニ
ルフェニルエーテル1gに代えて本発明の高分子固体電
解質を得た。Example 4 A solid polymer electrolyte of the present invention was obtained by replacing the polar polymer polyethylene oxide of Example 1 with 1 g of polyethylene glycol (n = 20) nonylphenyl ether as a surfactant.
【0049】実施例5 実施例1で用いた非変性タイプのスチレン−ブタジエン
共重合体(日本ゼオン社製NS116)10g及び1g
のポリエチレングリコール(n=20)・ノニルフェニ
ルエーテルをとり、100gのベンゼンに溶解した。こ
の溶液を500gの水にかくはんしながら徐々に加え、
高分子微粒子分散液を得た。この分散液を実施例1と同
様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作
製し、エチレンカーボネート/1,2−ジメトキシエタ
ン混合溶媒のLiClO4 溶液を含浸させ、本発明の高
分子固体電解質を得た。実施例1〜5共、分散液中にお
ける高分子微粒子の分散状態は良好であり、得られた高
分子固体電解質も、柔軟性のあるゴム状のシートで、十
分な機械的強度を有していた。Example 5 10 g and 1 g of the unmodified styrene-butadiene copolymer (NS116 manufactured by Zeon Corporation) used in Example 1
Was taken and dissolved in 100 g of benzene. This solution is slowly added to 500 g of water while stirring,
A polymer fine particle dispersion was obtained. This dispersion was dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and impregnated with a LiClO 4 solution of a mixed solvent of ethylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. Obtained. In all of Examples 1 to 5, the dispersion state of the polymer fine particles in the dispersion was good, and the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength. Was.
【0050】実施例6 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含む非変性タ
イプのスチレン(S)−ブタジエン(B)系ラテックス
(S:B=30:70、平均粒径0.05μm、日本ゼ
オン社製 NipolLX110)水溶液を用意した。まず、
この高分子微粒子分散液10gをとり、更に10gの水
で希釈した。次いで、分散液をリチウムイオンに置換し
たイオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製アンバ
ーライトIR−120B)に通し、ラテックス中のアル
カリ金属イオンをリチウムイオンに置換した。その後、
実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリックス
フィルムを作製し、プロピレンカーボネート/1,2−
ジメトキシエタン混合溶媒のLiClO4 溶液を含浸さ
せ、本発明の高分子固体電解質を得た。Example 6 A non-modified styrene (S) -butadiene (B) type latex containing a surfactant (S: B = 30: 70, average particle size 0.05 μm, Japan) was used as a polymer fine particle dispersion. An aqueous solution of Nipol LX110 (Zeon) was prepared. First,
10 g of this polymer fine particle dispersion was taken and further diluted with 10 g of water. Next, the dispersion was passed through an ion-exchange resin (Amberlite IR-120B manufactured by Rohm and Haas Co.) in which lithium ions were replaced, to replace alkali metal ions in the latex with lithium ions. afterwards,
A polymer matrix film was prepared by drying under the same conditions as in Example 1, and propylene carbonate / 1,2-
A LiClO 4 solution of a dimethoxyethane mixed solvent was impregnated to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0051】実施例7〜12 実施例6と同様にして作製した高分子マトリックスフィ
ルムに、後記表1の金属塩と電解液溶媒を変化させた各
種金属塩電解液を含浸させ、6種類の本発明の高分子固
体電解質を得た。実施例6〜12共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 7 to 12 A polymer matrix film prepared in the same manner as in Example 6 was impregnated with various metal salt electrolytes obtained by changing the metal salt and the electrolyte solvent shown in Table 1 below. The solid polymer electrolyte of the invention was obtained. In all of Examples 6 to 12, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0052】実施例13 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含む非変性タ
イプのスチレン(S)−ブタジエン(B)系ラテックス
(S:B=30:70、平均粒径0.20μm、日本ゼ
オン社製 NipolLX4850)水溶液を用意し、実施例
6と同様にしてラテックス中のアルカリ金属イオンをリ
チウムイオンに置換した後、実施例1と同様の条件で乾
燥させて高分子マトリックスフィルムを作製し、プロピ
レンカーボネート/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒
のLiClO4 溶液を含浸させて本発明の高分子固体電
解質を得た。Example 13 A non-modified styrene (S) -butadiene (B) type latex containing a surfactant (S: B = 30: 70, average particle size 0.20 μm, Japan) After preparing an aqueous solution of Nipol LX4850 (manufactured by ZEON) and substituting the alkali metal ions in the latex with lithium ions in the same manner as in Example 6, the polymer was dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film. A polymer solid electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a LiClO 4 solution of a propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent.
【0053】実施例14〜19 実施例13と同様にして作製した高分子マトリックスフ
ィルムに、表1の金属塩と電解液溶媒を変化させた各種
金属塩電解液を含浸させ、6種類の本発明の高分子固体
電解質を得た。実施例13〜19共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 14 to 19 A polymer matrix film prepared in the same manner as in Example 13 was impregnated with various metal salt electrolytes obtained by changing the metal salt and the electrolyte solvent shown in Table 1 to obtain six kinds of the present invention. Was obtained. In all of Examples 13 to 19, the obtained solid polymer electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0054】実施例20 実施例1で調整した非変性タイプのスチレン−ブタジエ
ン共重合体のベンゼン溶液を、1gのポリエチレングリ
コール(n=20)・ノニルフェニルエーテルと1gの
LiClO4 を溶解した500gの水にかくはんしなが
ら徐々に加え、高分子微粒子分散液を得た。この分散液
を実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリック
スフィルムを作製し、このフィルムにγ−ブチロラクト
ン/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒を含浸させて本
発明の高分子固体電解質を得た。Example 20 A benzene solution of the non-modified styrene-butadiene copolymer prepared in Example 1 was mixed with 500 g of 1 g of polyethylene glycol (n = 20) -nonylphenyl ether and 1 g of LiClO 4 . The mixture was gradually added to water while stirring to obtain a polymer fine particle dispersion. This dispersion was dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and this film was impregnated with a mixed solvent of γ-butyrolactone / 1,2-dimethoxyethane to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. Obtained.
【0055】実施例21 実施例5で調整した非変性タイプのスチレン−ブタジエ
ン共重合体とポリエチレングリコール(n=20)・ノ
ニルフェニルエーテルのベンゼン溶液を、1gのLiC
lO4 を溶解した500gの水にかくはんしながら徐々
に加え、高分子微粒子分散液を得た。この分散液を実施
例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィ
ルムを作製し、このフィルムにプロピレンカーボネート
/エチレンカーボネート混合溶媒を含浸させて本発明の
高分子固体電解質を得た。実施例20、21共、分散液
中における高分子微粒子の分散状態は良好であり、得ら
れた高分子固体電解質も、柔軟性のあるゴム状のシート
で、十分な機械的強度を有していた。Example 21 A solution of the unmodified styrene-butadiene copolymer prepared in Example 5 and a benzene solution of polyethylene glycol (n = 20) / nonylphenyl ether was added to 1 g of LiC
lO 4 was gradually added stirring to 500g of water containing dissolved to obtain a polymer fine particle dispersion. This dispersion was dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and this film was impregnated with a mixed solvent of propylene carbonate / ethylene carbonate to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. In both Examples 20 and 21, the dispersion state of the polymer fine particles in the dispersion was good, and the obtained polymer solid electrolyte was also a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength. Was.
【0056】実施例22 耐圧容器中にスチレン25g、n−ドデシルメルカプタ
ン0.5g、過硫酸リチウム0.28g、オレイン酸リ
チウム4.0g、ポリエチレングリコール(n=20)
・ノニルフェニルエーテル0.5g、水180gを仕込
んだ後、ブタジエン78gを加えて密封し、50℃で1
4時間反応させてから、ヒドロキノン0.1gを加えて
反応を停止させ、高分子微粒子分散液を得た(得られた
高分子微粒子におけるスチレン−ブタジエンの容積比は
40:60)。この分散液にLiClO4 3gを溶解し
た後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリ
ックスフィルムを作製し、プロピレンカーボネート/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒を含浸させて本発明
の高分子固体電解質を得た。Example 22 In a pressure vessel, 25 g of styrene, 0.5 g of n-dodecyl mercaptan, 0.28 g of lithium persulfate, 4.0 g of lithium oleate, polyethylene glycol (n = 20)
-After charging 0.5 g of nonylphenyl ether and 180 g of water, 78 g of butadiene was added thereto, and the mixture was sealed.
After reacting for 4 hours, the reaction was stopped by adding 0.1 g of hydroquinone to obtain a polymer fine particle dispersion (the volume ratio of styrene-butadiene in the obtained polymer fine particles was 40:60). After dissolving 3 g of LiClO 4 in this dispersion, the polymer was dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film.
The polymer solid electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane.
【0057】実施例23〜28 実施例22における金属塩と電解液溶媒を、表2の組合
せとなるように変化させ、6種類の本発明の高分子固体
電解質を得た。実施例22〜28共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 23 to 28 Six kinds of solid polymer electrolytes of the present invention were obtained by changing the metal salt and the electrolyte solution solvent in Example 22 so as to obtain the combinations shown in Table 2. In all of Examples 22 to 28, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0058】実施例29 実施例6で用いた非変性タイプの高分子微粒子分散液
に、LiClO4 を溶解させ、更にポリエチレンオキシ
ドジメチルエーテル(重量平均分子量400)を混合し
た後、実施例1と同様の条件で乾燥させて本発明の高分
子固体電解質を得た。Example 29 LiClO 4 was dissolved in the non-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 6, and polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight 400) was mixed. Drying was carried out under the conditions to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0059】実施例30 実施例6で用いた非変性タイプの高分子微粒子分散液
に、更に1gのポリエチレンオキシドを溶解させて分散
液を調整した後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高
分子マトリックスフィルムを作製し、プロピレンカーボ
ネート/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒のLiCl
O4 溶液を含浸させて本発明の高分子固体電解質を得
た。Example 30 1 g of polyethylene oxide was further dissolved in the non-denatured polymer fine particle dispersion used in Example 6 to prepare a dispersion, which was then dried under the same conditions as in Example 1. A polymer matrix film was prepared, and a propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent LiCl was used.
The solid polymer electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with an O 4 solution.
【0060】実施例31 実施例30で調整した非変性タイプの高分子微粒子分散
液中に、LiClO44gを溶解させた後、実施例1と
同様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを
作製し、プロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシ
エタン混合溶媒を含浸させて本発明の高分子固体電解質
を得た。Example 31 4 g of LiClO 4 was dissolved in the non-modified type polymer fine particle dispersion prepared in Example 30, and then dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film. Then, the mixture was impregnated with a propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0061】実施例32 実施例30で調整した非変性タイプの高分子微粒子分散
液中に、4gのLiClO4 を溶解させ、更にポリエチ
レンオキシドジメチルエーテル(重量平均分子量40
0)を加えてよくかくはんした後、実施例1と同様の条
件で乾燥させ、本発明の高分子固体電解質を得た。実施
例29〜32共、得られた高分子固体電解質は、柔軟性
のあるゴム状のシートで、十分な機械的強度を有してい
た。Example 32 4 g of LiClO 4 was dissolved in the dispersion of the unmodified polymer fine particles prepared in Example 30, and the mixture was further dissolved in polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight: 40%).
After adding 0) and stirring well, the mixture was dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention. In all of Examples 29 to 32, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0062】実施例1〜32(非変性タイプ)で得た高
分子固体電解質のイオン伝導率を調べた。イオン伝導率
の測定は、得られた高分子固体電解質と2つのステンレ
ス電極からなる測定セルを組み、交流インピーダンス法
で行った。結果を表1及び表2に示す。The ionic conductivity of the solid polymer electrolytes obtained in Examples 1 to 32 (non-modified type) was examined. The measurement of the ionic conductivity was performed by an AC impedance method using a measurement cell including the obtained solid polymer electrolyte and two stainless steel electrodes. The results are shown in Tables 1 and 2.
【0063】なお、表1及び表2における注は下記のと
おりである。 *1:高分子微粒子 主成分SBR(スチレン−ブタジ
エン共重合体) *2:極性有機成分無添加、すなわち非変性タイプであ
る。 *3:添加剤 SA(界面活性剤) PEO(ポリエチレンオキシド) *4:電解液溶媒(容積比:%) PC/DME;プロピレンカーボネート(40)/1,
2−ジメトキシエタン(60) PC/DO;プロピレンカーボネート(40)/ジオキ
ソラン(60) PC/EC;プロピレンカーボネート(50)/エチレ
ンカーボネート(50) γBL/DME;γ−ブチロラクトン(50)/1,2
−ジメトキシエタン(50) EC/DME;エチレンカーボネート(40)/1,2
−ジメトキシエタン(60) PEODME;ポリエチレンオキシドジメチルエーテル
(液状) *5:製造方法 既述の『製造方法』における製造方法
番号による。 *6:充てん量 充てんされた電解液溶媒の重量%The notes in Tables 1 and 2 are as follows. * 1: Polymer fine particles, main component SBR (styrene-butadiene copolymer) * 2: No polar organic component added, that is, non-modified type. * 3: Additive SA (surfactant) PEO (polyethylene oxide) * 4: Electrolyte solvent (volume ratio:%) PC / DME; propylene carbonate (40) / 1
2-dimethoxyethane (60) PC / DO; propylene carbonate (40) / dioxolane (60) PC / EC; propylene carbonate (50) / ethylene carbonate (50) γBL / DME; γ-butyrolactone (50) / 1,2
-Dimethoxyethane (50) EC / DME; ethylene carbonate (40) / 1,2
-Dimethoxyethane (60) PEODME; polyethylene oxide dimethyl ether (liquid) * 5: Production method Based on the production method number in the above-mentioned "Production method". * 6: Filling amount Weight% of filled electrolyte solvent
【0064】[0064]
【表1】 [Table 1]
【0065】[0065]
【表2】 [Table 2]
【0066】製造方法からみると、製造方法3の手法に
より作製された高分子固体電解質のイオン伝導率は、製
造方法1の金属塩電解液含浸タイプ及び製造方法2の電
解液溶媒含浸タイプと比べて小さく、あまり有利な手法
とはいえない。From the viewpoint of the production method, the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte produced by the method of Production Method 3 is higher than that of the metal salt electrolyte impregnated type of Production Method 1 and the electrolyte solvent impregnated type of Production Method 2. Small and not very advantageous.
【0067】また、電解液溶媒としてγ−ブチロラクト
ン/1,2−ジトキメシエタンを用いた高分子固体電解
質のイオン伝導率は、他の電解液溶媒を用いた場合より
も大きく、またγ−ブチロラクトン/1,2−ジメトキ
シエタンの充てん量もかなり多くなっている。Further, the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte using γ-butyrolactone / 1,2-ditoximesiethane as the electrolyte solvent is larger than that when other electrolyte solvents are used, and γ-butyrolactone / 1 , 2-Dimethoxyethane is also considerably increased.
【0068】更に、実施例1と2及び実施例30と31
のように、極性高分子であるポリエチレンオキシドを極
性部材として積極的に導入した高分子固体電解質のイオ
ン伝導率は、界面活性剤のみを極性部材として用いた系
よりも非常に大きな値を示している。Further, Examples 1 and 2 and Examples 30 and 31
As shown in the figure, the ionic conductivity of a polymer solid electrolyte in which a polar polymer, polyethylene oxide, is positively introduced as a polar member shows a much larger value than a system using only a surfactant as a polar member. I have.
【0069】以上の結果から、高分子固体電解質のイオ
ン伝導率を上げるためには、製造方法1及び2の手法を
用い、電解液溶媒としてγ−ブチロラクトン/1,2−
ジメトキシエタンを用い、ポリエチレンオキシドのよう
な極性高分子を積極的に導入するのが、有効な手段とな
りうる。From the above results, in order to increase the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte, the methods of Production Methods 1 and 2 were used, and γ-butyrolactone / 1,2-
Active introduction of a polar polymer such as polyethylene oxide using dimethoxyethane can be an effective means.
【0070】実施例33 耐圧容器中にスチレン25g、n−ドデシルメルカプタ
ン1g、過硫酸リチウム0.6g、ドデシルベンゼン硫
酸リチウム1g、ポリエチレングリコール(n=20)
・ノニルフェニルエーテル1g、水180gを仕込んだ
後、ブタジエン78gを加えて密封し、反応系をかくは
んしながら50℃で60時間反応させてから、ヒドロキ
ノン0.1gを加えて反応を停止させ、高分子微粒子分
散液を得た。なお、反応中、アクリル酸10gを徐々に
加えると共に、反応系のpHが7〜8になるように水酸
化リチウム水溶液、あるいは過塩素酸水溶液でpH調整
を行って、高分子微粒子のカルボキシル変性を行った
(得られた高分子微粒子におけるスチレン−ブタジエン
の容積比は40:60)。次に、実施例1と同様の条件
で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作製し、プ
ロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシエタン混合
溶媒のLiClO4 溶液を含浸させて本発明の高分子固
体電解質を得た。Example 33 In a pressure vessel, 25 g of styrene, 1 g of n-dodecyl mercaptan, 0.6 g of lithium persulfate, 1 g of lithium dodecylbenzene sulfate, polyethylene glycol (n = 20)
After charging 1 g of nonylphenyl ether and 180 g of water, 78 g of butadiene was added and sealed, and the mixture was reacted at 50 ° C. for 60 hours while stirring the reaction system. Then, 0.1 g of hydroquinone was added to stop the reaction. A molecular fine particle dispersion was obtained. During the reaction, 10 g of acrylic acid was gradually added, and the pH of the reaction system was adjusted to 7 to 8 with an aqueous solution of lithium hydroxide or an aqueous solution of perchloric acid so that the carboxyl modification of the polymer particles was performed. (The volume ratio of styrene-butadiene in the obtained polymer fine particles was 40:60). Next, a polymer matrix film was prepared by drying under the same conditions as in Example 1, and impregnated with a LiClO 4 solution of a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. Was.
【0071】実施例34〜39 実施例33と同様にして作製した高分子マトリックスフ
ィルムに、表3の金属塩と電解液溶媒を変化させた各種
金属塩電解液を含浸させ、6種類の本発明の高分子固体
電解質を得た。実施例33〜39共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 34 to 39 A polymer matrix film prepared in the same manner as in Example 33 was impregnated with various metal salt electrolytes obtained by changing the metal salt and the electrolyte solvent shown in Table 3 to obtain six types of the present invention. Was obtained. In all of Examples 33 to 39, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0072】実施例40 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含み、極性有
機成分であるカルボキシル基変性を施したスチレン
(S)−ブタジエン(B)系ラテックス(S:B=5
0:50、平均粒径0.12μm、日本ゼオン社製 Nip
olLX424)水溶液を用意し、実施例1と同様の条件
で乾燥させて高分子マトリックスを作製し、プロピレン
カーボネート/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒のL
iClO4 溶液を含浸させて本発明の高分子固体電解質
を得た。Example 40 As a polymer fine particle dispersion, a styrene (S) -butadiene (B) -based latex containing a surfactant and modified with a carboxyl group, which is a polar organic component (S: B = 5)
0:50, average particle size 0.12 μm, Nip manufactured by Zeon Corporation
olLX424) An aqueous solution was prepared and dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix, and the propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent L
The solid polymer electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with an iClO 4 solution.
【0073】実施例41、42 実施例40におけるプロピレンカーボネート/1,2−
ジメトキシエタン混合溶媒を、エチレンカーボネート/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒及びγ−ブチロラク
トン/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒に代えて本発
明の高分子固体電解質を得た。実施例40〜42共、得
られた高分子固体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシー
トで、十分な機械的強度を有していた。Examples 41 and 42 Propylene carbonate / 1,2-
The dimethoxyethane mixed solvent is ethylene carbonate /
A solid polymer electrolyte of the present invention was obtained in place of the mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane and the mixed solvent of γ-butyrolactone / 1,2-dimethoxyethane. In all of Examples 40 to 42, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0074】実施例43 実施例33で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液中に、更にLiClO4 3gを溶解させた
後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリッ
クスフィルムを作製し、プロピレンカーボネート/1,
2−ジメトキシエタン混合溶媒を含浸させて本発明の高
分子固体電解質を得た。Example 43 3 g of LiClO 4 was further dissolved in the carboxyl group-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 33, and dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a polymer matrix film. And propylene carbonate / 1,
The solid polymer electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a mixed solvent of 2-dimethoxyethane.
【0075】実施例44〜54 実施例43における金属塩と電解液溶媒を、表3及び表
4の組合せのように変化させ、11種類の本発明の高分
子固体電解質を得た。実施例43〜54共、得られた高
分子固体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十
分な機械的強度を有していた。Examples 44 to 54 The metal salt and the electrolyte solvent in Example 43 were changed as shown in Tables 3 and 4 to obtain 11 kinds of solid polymer electrolytes of the present invention. In all of Examples 43 to 54, the obtained solid polymer electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0076】実施例55 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含み、極性有
機成分であるカルボキシル基変性を施したスチレン
(S)−ブタジエン(B)系ラテックス(S:B=3
0:70、平均粒径0.12μm、日本ゼオン社製 Nip
olLX426)水溶液を用意し、この高分子微粒子分散
液中に、更に4gのLiBF4 を溶解させた後、実施例
1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィル
ムを作製し、γ−ブチロラクトン溶媒を含浸させて本発
明の高分子固体電解質を得た。Example 55 A styrene (S) -butadiene (B) -based latex (S: B = 3) containing a surfactant and modified with a carboxyl group, which is a polar organic component, was used as a polymer fine particle dispersion.
0:70, average particle size 0.12 μm, Nip manufactured by Zeon Corporation
olLX426) An aqueous solution was prepared, and 4 g of LiBF 4 was further dissolved in the polymer fine particle dispersion, and dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and a γ-butyrolactone solvent was prepared. To obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0077】実施例56〜58 実施例55における金属塩と電解液溶媒を、表4の組合
せのように変化させ、3種類の本発明の高分子固体電解
質を得た。実施例55〜58共、得られた高分子固体電
解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機械的
強度を有していた。Examples 56 to 58 Three kinds of solid polymer electrolytes of the present invention were obtained by changing the metal salt and the electrolyte solvent in Example 55 as shown in Table 4. In all of Examples 55 to 58, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0078】実施例59 実施例40で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液中に、4gのLiClO4 を溶解させた
後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリッ
クスフィルムを作製し、プロピレンカーボネート/1,
2−ジメトキシエタン混合溶媒を含浸させて本発明の高
分子固体電解質を得た。Example 59 A polymer matrix film was obtained by dissolving 4 g of LiClO 4 in the carboxyl group-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 40 and drying under the same conditions as in Example 1. And propylene carbonate / 1,
The solid polymer electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a mixed solvent of 2-dimethoxyethane.
【0079】実施例60〜63 実施例59における金属塩と電解液溶媒を、表4の組合
せのように変化させ、4種類の本発明の高分子固体電解
質を得た。Examples 60 to 63 The metal salt and the electrolyte solvent in Example 59 were changed as shown in Table 4 to obtain four kinds of solid polymer electrolytes of the present invention.
【0080】実施例64 実施例40で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液に、LiClO4 4gを溶解させた後、更
にポリエチレンオキシドジメチルエーテル(重量平均分
子量400)を加えてよくかくはんし、実施例1と同様
の条件で乾燥させて本発明の高分子固体電解質を得た。Example 64 After dissolving 4 g of LiClO 4 in the carboxyl group-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 40, polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight 400) was further added, and the mixture was stirred well. Drying was performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0081】実施例65、66 実施例64におけるLiClO4 を、LiBF4 とLi
CF3 SO3 に代えて、本発明の高分子固体電解質を得
た。Examples 65 and 66 The LiClO 4 of Example 64 was replaced with LiBF 4 and Li
A solid polymer electrolyte of the present invention was obtained in place of CF 3 SO 3 .
【0082】実施例67 実施例40で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液に、ポリエチレンオキシド1gを溶解させ
た後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリ
ックスフィルムを作製し、プロピレンカーボネート/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒のLiClO4 溶液
を含浸させて本発明の高分子固体電解質を得た。Example 67 A polymer matrix film was prepared by dissolving 1 g of polyethylene oxide in the carboxyl group-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 40 and drying under the same conditions as in Example 1. And propylene carbonate /
A polymer solid electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a LiClO 4 solution of a 1,2-dimethoxyethane mixed solvent.
【0083】実施例68 実施例40で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液に、ポリエチレンオキシド1gとLiCl
O4 4gを溶解させた後、実施例1と同様の条件で乾燥
させて高分子マトリックスフィルムを作製し、プロピレ
ンカーボネート/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒を
含浸させて本発明の高分子固体電解質を得た。Example 68 1 g of polyethylene oxide and LiCl were added to the polymer fine particle dispersion of the carboxyl group-modified type used in Example 40.
After dissolving 4 g of O 4, it was dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and impregnated with a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. I got
【0084】実施例69 実施例40で用いたカルボキシル基変性タイプの高分子
微粒子分散液に、LiClO4 4gを溶解させた後、更
にポリエチレンオキシドジメチルエーテル(重量平均分
子量400)を加えてよくかくはんし、実施例1と同様
の条件で乾燥させて、本発明の高分子固体電解質を得
た。実施例59〜69共、得られた高分子固体電解質
は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機械的強度
を有していた。Example 69 After dissolving 4 g of LiClO 4 in the carboxyl group-modified type polymer fine particle dispersion used in Example 40, polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight: 400) was further added, and the mixture was stirred well. By drying under the same conditions as in Example 1, a polymer solid electrolyte of the present invention was obtained. In all of Examples 59 to 69, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0085】実施例33〜69(カルボキシル基変性タ
イプ)で得た高分子固体電解質のイオン伝導率を、実施
例1〜32と同様の手法により調べた。結果を表3及び
表4に示す。The ionic conductivity of the solid polymer electrolytes obtained in Examples 33 to 69 (carboxyl group-modified type) was examined in the same manner as in Examples 1 to 32. The results are shown in Tables 3 and 4.
【0086】なお、表3及び表4における注の番号で表
1及び表2と同一のものは表1及び表2と同義であり、
*7は下記の意味である。 *7:変性1 COOH変性Note that the numbers of the notes in Tables 3 and 4 that are the same as those in Tables 1 and 2 have the same meanings as in Tables 1 and 2.
* 7 has the following meaning. * 7: Modification 1 COOH modification
【0087】[0087]
【表3】 [Table 3]
【0088】[0088]
【表4】 [Table 4]
【0089】表3及び表4の結果は、表1及び表2に示
した非変性タイプの高分子微粒子を用いた実施例1〜3
2と同様の結果を示しているが、カルボキシル基変性タ
イプの高分子微粒子を用いているため、全般的にイオン
伝導率は、表1及び表2よりも大き目である。Tables 3 and 4 show the results of Examples 1 to 3 using the non-modified type polymer fine particles shown in Tables 1 and 2.
The results are similar to those in Table 2, but the ionic conductivity is generally larger than those in Tables 1 and 2 because the carboxyl group-modified type polymer fine particles are used.
【0090】なお、実施例33〜69においては、高分
子微粒子としてカルボキシル基変性タイプを用いたが、
本発明においては、カルボキシル基を、カルボキシル基
のアルカリ金属(Li,Na等)塩置換基に代えて同様
に実施した。この場合にも、カルボキシル基変性タイプ
と同様のイオン伝導率が得られたため、ここではカルボ
キシル基変性タイプの実施例のみにとどめた。In Examples 33 to 69, the carboxyl group-modified type was used as the polymer fine particles.
In this invention, it carried out similarly, replacing the carboxyl group with the alkali metal (Li, Na etc.) salt substituent of a carboxyl group. Also in this case, the same ionic conductivity as that of the carboxyl group-modified type was obtained.
【0091】実施例70 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含むカルボキ
シル基と水酸基による変性を施した自己架橋型のスチレ
ン(S)−ブタジエン(B)系ラテックス(S:B=2
0:80、平均粒径0.13μm、日本ゼオン社製 Nip
olLX432A)水溶液を用意し、実施例1と同様の条
件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作製し、
プロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシエタン混
合溶媒のLiClO4 溶液を含浸させて本発明の高分子
固体電解質を得た。Example 70 As a polymer fine particle dispersion, a self-crosslinking styrene (S) -butadiene (B) type latex (S: B = 2) modified with a carboxyl group and a hydroxyl group containing a surfactant was used.
0:80, average particle size 0.13 μm, Nip manufactured by Zeon Corporation
olLX432A) An aqueous solution was prepared and dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film.
A polymer solid electrolyte of the present invention was obtained by impregnation with a LiClO 4 solution of a propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane mixed solvent.
【0092】実施例71、72 実施例70におけるプロピレンカーボネート/1,2−
ジメトキシエタン混合溶媒を、エチレンカーボネート/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒及びγ−ブチロラク
トン/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒に代えて、本
発明の高分子固体電解質を得た。実施例70〜72共、
得られた高分子固体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシ
ートで、十分な機械的強度を有していた。Examples 71 and 72 Propylene carbonate / 1,2-
The dimethoxyethane mixed solvent is ethylene carbonate /
A solid polymer electrolyte of the present invention was obtained in place of the mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane and the mixed solvent of γ-butyrolactone / 1,2-dimethoxyethane. Examples 70-72,
The obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0093】実施例73 高分子微粒子分散液として、界面活性剤を含むカルボキ
シル基と水酸基による変性を施した自己架橋型のスチレ
ン(S)−ブタジエン(B)系ラテックス(S:B=5
0:50、平均粒径0.1μm、日本ゼオン社製 Nipol
LX2570×5)水溶液を用意し、実施例1と同様の
条件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作製
し、プロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシエタ
ン混合溶媒のLiClO4 溶液を含浸させて本発明の高
分子固体電解質を得た。Example 73 As a polymer fine particle dispersion, a self-crosslinking styrene (S) -butadiene (B) latex (S: B = 5) modified with a carboxyl group and a hydroxyl group containing a surfactant was used.
0:50, average particle size 0.1 μm, Nipol manufactured by Zeon Corporation
LX2570 × 5) An aqueous solution was prepared, dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and impregnated with a LiClO 4 solution of a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain the present invention. A solid polymer electrolyte was obtained.
【0094】実施例74、75 実施例73におけるプロピレンカーボネート/1,2−
ジメトキシエタン混合溶媒を、エチレンカーボネート/
1,2−ジメトキシエタン混合溶媒及びγ−ブチロラク
トン/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒に代えて、本
発明の高分子固体電解質を得た。実施例73〜75共、
得られた高分子固体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシ
ートで、十分な機械的強度を有していた。Examples 74 and 75 Propylene carbonate / 1,2-
The dimethoxyethane mixed solvent is ethylene carbonate /
A solid polymer electrolyte of the present invention was obtained in place of the mixed solvent of 1,2-dimethoxyethane and the mixed solvent of γ-butyrolactone / 1,2-dimethoxyethane. Examples 73-75,
The obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0095】実施例76 実施例70で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、LiClO4 4gを溶解させた後、実施例1と同
様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作
製し、プロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシエ
タン混合溶媒を含浸させて本発明の高分子固体電解質を
得た。Example 76 4 g of LiClO 4 was dissolved in the self-crosslinking type polymer fine particle dispersion used in Example 70, and dried under the same conditions as in Example 1 to produce a polymer matrix film. And a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0096】実施例77〜82 実施例76における金属塩と電解液溶媒を、表5の組合
せとなるように変化させ、6種類の本発明の高分子固体
電解質を得た。実施例76〜82共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 77 to 82 Six kinds of solid polymer electrolytes of the present invention were obtained by changing the metal salt and the electrolyte solvent in Example 76 so as to obtain the combinations shown in Table 5. In each of Examples 76 to 82, the obtained polymer solid electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0097】実施例83 実施例73で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、LiClO4 4gを溶解させた後、実施例1と同
様の条件で乾燥させて高分子マトリックスフィルムを作
製し、プロピレンカーボネート/1,2−ジメトキシエ
タン混合溶媒を含浸させて本発明の高分子固体電解質を
得た。Example 83 A polymer matrix film was prepared by dissolving 4 g of LiClO 4 in the self-crosslinking type polymer fine particle dispersion used in Example 73 and drying it under the same conditions as in Example 1. And a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0098】実施例84〜87 実施例83における金属塩と電解液溶媒を、表5の組合
せとなるように変化させ、4種類の本発明の高分子固体
電解質を得た。実施例83〜87共、得られた高分子固
体電解質は、柔軟性のあるゴム状のシートで、十分な機
械的強度を有していた。Examples 84 to 87 Four kinds of solid polymer electrolytes of the present invention were obtained by changing the metal salt and the electrolyte solution solvent in Example 83 so as to obtain the combinations shown in Table 5. In all of Examples 83 to 87, the obtained solid polymer electrolyte was a flexible rubber-like sheet and had sufficient mechanical strength.
【0099】実施例88 実施例70で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、LiClO4 4gを溶解させた後、更にポリエチ
レンオキシドジメチルエーテル(重量平均分子量40
0)を加えてよくかくはんした後、実施例1と同様の条
件で乾燥させ、本発明の高分子固体電解質を得た。Example 88 4 g of LiClO 4 was dissolved in the dispersion of the polymer particles of the self-crosslinking type used in Example 70, and then polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight 40
After adding 0) and stirring well, the mixture was dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0100】実施例89 実施例70で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、更に1gのポリエチレンオキシドを溶解させた
後、実施例1と同様の条件で乾燥させて高分子マトリッ
クスフィルムを作製し、プロピレンカーボネート/1,
2−ジメトキシエタン混合溶媒のLiClO4 溶液を含
浸させて本発明の高分子固体電解質を得た。Example 89 1 g of polyethylene oxide was further dissolved in the self-crosslinking type polymer fine particle dispersion used in Example 70, and dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a polymer matrix film. Produced, propylene carbonate / 1,
A LiClO 4 solution of a mixed solvent of 2-dimethoxyethane was impregnated to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0101】実施例90 実施例70で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、更に1gのポリエチレンオキシドと4gのLiC
lO4 を溶解させた後、実施例1と同様の条件で乾燥さ
せて高分子マトリックスフィルムを作製し、プロピレン
カーボネート/1,2−ジメトキシエタン混合溶媒を含
浸させて本発明の高分子固体電解質を得た。Example 90 The self-crosslinking type polymer fine particle dispersion used in Example 70 was further added with 1 g of polyethylene oxide and 4 g of LiC
After dissolving 10 4 , it was dried under the same conditions as in Example 1 to prepare a polymer matrix film, and impregnated with a mixed solvent of propylene carbonate / 1,2-dimethoxyethane to obtain a polymer solid electrolyte of the present invention. Obtained.
【0102】実施例91 実施例70で用いた自己架橋タイプの高分子微粒子分散
液に、1gのポリエチレンオキシドと4gのLiClO
4 を溶解させ、更にポリエチレンオキシドジメチルエー
テル(重量平均分子量400)を加えてよくかくはんし
た後、実施例1と同様の条件で乾燥させ、本発明の高分
子固体電解質を得た。Example 91 The self-crosslinking type polymer fine particle dispersion used in Example 70 was mixed with 1 g of polyethylene oxide and 4 g of LiClO.
4 was dissolved, and polyethylene oxide dimethyl ether (weight average molecular weight: 400) was further added thereto, stirred well, and dried under the same conditions as in Example 1 to obtain a solid polymer electrolyte of the present invention.
【0103】実施例70〜91(自己架橋タイプ)で得
た高分子固体電解質のイオン伝導率を、実施例1〜32
と同様の手法により調べた。結果を表5及び表6に示
す。The ionic conductivity of the solid polymer electrolytes obtained in Examples 70 to 91 (self-crosslinking type) was measured in Examples 1 to 32.
Investigation was performed by the same method as described above. The results are shown in Tables 5 and 6.
【0104】なお、表5及び表6における注の番号で表
1〜表4と同一のものは表1〜表4と同義であり、*8
は下記の意味である。 *8:変性2 COOH,OH変性(自己架橋)Note that the numbers of the notes in Tables 5 and 6 which are the same as those in Tables 1 to 4 are synonymous with Tables 1 to 4,
Has the following meaning. * 8: Modification 2 COOH, OH modification (self-crosslinking)
【0105】[0105]
【表5】 [Table 5]
【0106】[0106]
【表6】 [Table 6]
【0107】表5及び表6の結果は、表1及び表2に示
した非変性タイプの高分子微粒子を用いた実施例1〜3
2と同様の結果を示しているが、自己架橋タイプの高分
子微粒子を用いているため、全般的に、イオン伝導率は
表3及び表4と同様に表1及び表2よりも大き目となっ
ている。The results in Tables 5 and 6 show the results of Examples 1 to 3 using the unmodified polymer fine particles shown in Tables 1 and 2.
The results are similar to those of Table 2, but the self-crosslinking type polymer fine particles are used, so that the ionic conductivity is generally larger than those of Tables 1 and 2 as in Tables 3 and 4. ing.
【0108】[0108]
【発明の効果】本発明の高分子固体電解質によれば、高
いイオン伝導率を有する金属塩電解液がイオン伝導を担
うため、高分子固体電解質として優れたイオン伝導性を
発揮する。また、金属塩電解液からなるイオン伝導路が
高分子マトリックス中で分離して形成されているため、
金属塩電解液の含有量が多いにもかかわらず、高分子固
体電解質の機械的強度の低下を抑えることができる。ま
た、高分子マトリックスを架橋構造とすることにより、
イオン伝導路の保護、並びに高分子固体電解質の強度を
より一層向上することができる。更に、製造方法が簡単
なため、低い製造コストが期待でき、安価な高分子固体
電解質を得ることができる。According to the solid polymer electrolyte of the present invention, since the metal salt electrolyte having a high ionic conductivity plays a role in ionic conduction, the polymer solid electrolyte exhibits excellent ionic conductivity as a solid polymer electrolyte. In addition, since the ion conduction path composed of the metal salt electrolyte is formed separately in the polymer matrix,
Despite the large content of the metal salt electrolyte, a decrease in the mechanical strength of the solid polymer electrolyte can be suppressed. In addition, by making the polymer matrix a crosslinked structure,
The protection of the ion conduction path and the strength of the solid polymer electrolyte can be further improved. Furthermore, since the manufacturing method is simple, low manufacturing cost can be expected, and an inexpensive solid polymer electrolyte can be obtained.
【図1】本発明の高分子固体電解質の概略構成断面図で
ある。FIG. 1 is a schematic sectional view of the structure of a solid polymer electrolyte of the present invention.
1…高分子マトリックス、2…高分子微粒子、3…イオ
ン伝導路1: Polymer matrix, 2: Polymer fine particles, 3: Ion conduction path
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−354393 (32)優先日 平成3年12月20日(1991.12.20) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平3−354408 (32)優先日 平成3年12月20日(1991.12.20) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平3−354409 (32)優先日 平成3年12月20日(1991.12.20) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平4−73164 (32)優先日 平成4年2月25日(1992.2.25) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 杉原 茂雄 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 正代 尊久 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹島 幹夫 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−294768(JP,A) 特開 平3−95802(JP,A) 特開 平2−34660(JP,A) 特開 平3−95871(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 6/18 H01B 1/06 H01M 10/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 3-354393 (32) Priority date December 20, 1991 (December 20, 1991) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 3-354408 (32) Priority date December 20, 1991 (December 20, 1991) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 3-354409 (32) Priority date December 20, 1991 (December 20, 1991) (33) Priority claiming country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 4-73164 ( 32) Priority date February 25, 1992 (19.2.2.25) (33) Priority country Japan (JP) (72) Inventor Shigeo Sugihara 1-6-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Inside (72) Inventor Takahisa Masayo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation 1-6-1, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor Take Mikio 1-6-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-1-294768 (JP, A) JP-A-3-95802 (JP, A) JP-A-2- 34660 (JP, A) JP-A-3-95871 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 6/18 H01B 1/06 H01M 10/40
Claims (20)
子の融着体内に、高分子微粒子の融着体と相分離し、連
続して網目状に形成されたイオン伝導路からなることを
特徴とする高分子固体電解質。1. A fused body of polymer fine particles, and the polymer fine particles
In fusion adherend child, and fusion adherend and phase separation of the polymer particles, polymer solid electrolyte, comprising the ion conductive path formed continuously in a network form.
塩電解液と極性部材とからなることを特徴とする高分子
固体電解質。2. The solid polymer electrolyte according to claim 1, wherein the ion conduction path comprises a metal salt electrolyte and a polar member.
に可溶な高分子又は界面活性剤又は前記高分子微粒子の
融着体に一部か全部が共有結合により固定された極性有
機成分又は架橋構造部、あるいはこれらの任意の組合せ
の複合物からなることを特徴とする高分子固体電解質。3. The polar member according to claim 2, wherein the polymer is a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent or the polymer fine particles.
A polymer solid electrolyte comprising a polar organic component or a crosslinked structure part or all of which is fixed to a fused body by a covalent bond, or a composite of any combination thereof.
ボキシル基又はその金属塩置換基であることを特徴とす
る高分子固体電解質。4. A polymer solid electrolyte according to claim 3, wherein the polar organic component is a carboxyl group or a metal salt substituent thereof.
下記一般式(化1)で表される液状のポリエチレンオキ
シド誘導体に金属塩が溶解したものであることを特徴と
する高分子固体電解質。 【化1】 〔式中、Aは1価の有機基あるいはH又はOH、Bは1
価の有機基あるいはH、nは少なくとも2以上の整数〕5. The metal salt electrolyte according to claim 2, wherein
A solid polymer electrolyte comprising a liquid polyethylene oxide derivative represented by the following general formula (Formula 1) and a metal salt dissolved therein. Embedded image Wherein A is a monovalent organic group or H or OH, and B is 1
Organic group or H and n are integers of at least 2]
架橋成分を含有して成ることを特徴とする高分子固体電
解質。6. The polymer particle according to claim 1 to 5,
A polymer solid electrolyte comprising a crosslinking component.
ゴム部材であることを特徴とする高分子固体電解質。7. A polymer particle according to claim 1 to 5,
A polymer solid electrolyte characterized by being a rubber member.
−ブタジエン系共重合体であることを特徴とする高分子
固体電解質。8. A polymer solid electrolyte, wherein the rubber member according to claim 7 is a styrene-butadiene copolymer.
溶液を、極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、ある
いは両者の混合物を溶解した極性溶媒中に、かくはんし
ながら添加して高分子微粒子分散液を製造する工程と、
該高分子微粒子分散液から前記低極性溶媒及び極性溶媒
を加熱蒸発させることにより、前記高分子微粒子同士を
融着させて高分子微粒子の融着体を形成させ、更に該高
分子微粒子の融着体内に連続して網目状に分布した前記
極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者
の混合物の凝集部からなる極性部材を形成させる工程
と、該極性部材中に、金属塩と電解液溶媒からなる金属
塩電解液を含浸させて、前記高分子微粒子の融着体と相
分離したイオン伝導路となす工程からなることを特徴と
する高分子固体電解質の製造方法。9. A solution in which a low-polar polymer is dissolved in a low-polar solvent is added to a polar solvent in which a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent, or a mixture of both are dissolved, with stirring. To produce a polymer fine particle dispersion,
By heating and evaporating the low-polarity solvent and the polar solvent from the polymer fine particle dispersion, the polymer fine particles are fused with each other to form a fused body of the polymer fine particles , and further the fusion of the polymer fine particles is performed. a step of forming a polar member made of aggregation of the soluble polymer or surfactant in a polar solvent, or a mixture of both which are continuously in the body and distributed in a network form, in said polar member, metal salts A process for impregnating a metal salt electrolyte comprising an electrolyte solution and an electrolyte solvent to form an ion conduction path phase-separated from the fused body of the polymer fine particles .
た溶液を、極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あ
るいは両者の混合物を溶解した極性溶媒中に、かくはん
しながら添加して第1の高分子微粒子分散液を製造する
工程と、該第1の高分子微粒子分散液中に金属塩を溶解
して第2の高分子微粒子分散液を製造する工程と、該第
2の高分子微粒子分散液から前記低極性溶媒及び極性溶
媒を加熱蒸発させることにより、前記高分子微粒子同士
を融着させて高分子微粒子の融着体を形成させ、更に該
高分子微粒子の融着体内に連続して網目状に分布した前
記極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両
者の混合物の凝集部からなる極性部材と金属塩の凝集部
を形成させる工程と、該極性部材及び金属塩の凝集部中
に、前記金属塩を溶解する電解液溶媒を含浸させて、前
記高分子微粒子の融着体と相分離したイオン伝導路とな
す工程からなることを特徴とする高分子固体電解質の製
造方法。10. A solution in which a low-polar polymer is dissolved in a low-polar solvent is added to a polar solvent in which a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent, or a mixture of both is dissolved, with stirring. Producing a first polymer fine particle dispersion by dissolving a metal salt in the first polymer fine particle dispersion to produce a second polymer fine particle dispersion; by heating evaporating the low polar solvent and a polar solvent from the polymer particle dispersion, the polymer fine particles was allowed to fuse to form a fusion adherend polymer particles, further fusion adherend of the polymer particles Forming a polar member comprising a polymer or a surfactant which is soluble in the polar solvent continuously distributed in a network or a flocculation portion of a metal salt and a flocculation portion of a metal salt; and And dissolve the metal salt in the aggregation portion of the metal salt. A method for producing a solid polymer electrolyte comprising a step of impregnating an electrolyte solvent to be dissolved to form an ion conduction path which is phase-separated from the fused body of polymer particles .
た溶液を、極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あ
るいは両者の混合物を溶解した極性溶媒中に、かくはん
しながら添加して第1の高分子微粒子分散液を製造する
工程と、該第1の高分子微粒子分散液中に金属塩を溶解
し、更に前記極性溶媒よりも沸点が高く、且つ前記金属
塩を溶解する電解液溶媒を混合して第2の高分子微粒子
分散液を製造する工程と、該第2の高分子微粒子分散液
から前記低極性溶媒及び極性溶媒を加熱蒸発させること
により、前記高分子微粒子同士を融着させて高分子微粒
子の融着体を形成させ、更に該高分子微粒子の融着体内
に、高分子微粒子の融着体と相分離し、前記金属塩と電
解液溶媒からなる金属塩電解液を含有する連続した網目
状の前記極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、ある
いは両者の混合物からなるイオン伝導路を形成させる工
程からなることを特徴とする高分子固体電解質の製造方
法。11. A solution in which a low-polar polymer is dissolved in a low-polar solvent is added to a polar solvent in which a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent, or a mixture of both is dissolved, with stirring. Producing a first polymer fine particle dispersion by dissolving a metal salt in the first polymer fine particle dispersion, further having a boiling point higher than that of the polar solvent, and dissolving the metal salt. Mixing a liquid solvent to produce a second polymer fine particle dispersion, and heating and evaporating the low-polar solvent and the polar solvent from the second polymer fine particle dispersion, thereby separating the polymer fine particles from each other. Fused to polymer fine particles
Continuous to form a fusion adherend child, further fusion within adherend of the polymer particles, and fusion adherend and phase separation of the polymer particles, containing a metal salt electrolyte consisting of an electrolyte solvent and the metal salt Forming a ionic conduction path composed of a network-like polymer or surfactant soluble in the polar solvent or a mixture of both.
剤、あるいは両者の混合物を含む極性溶媒中に、低極性
の高分子微粒子を均一に分散させた高分子微粒子分散液
から、前記極性溶媒を加熱蒸発させることにより、前記
高分子微粒子同士を融着させて高分子微粒子の融着体を
形成させ、更に該高分子微粒子の融着体内に、連続して
網目状に分布した前記界面活性剤の凝集部からなる極性
部材を形成させ、該極性部材中に金属塩電解液を含浸さ
せて、前記高分子微粒子の融着体と相分離したイオン伝
導路となすことを特徴とする高分子固体電解質の製造方
法。12. The method according to claim 1, wherein the low-polarity polymer particles are uniformly dispersed in a polar solvent containing a polymer soluble in a polar solvent or a surfactant, or a mixture of both. by solvent is heated evaporation, the polymer fine particles are fused with to form a fusion adherend polymer particles, further fusion within adherend of the polymer particles, distributed continuously in a network form the A polar member composed of an aggregation portion of a surfactant is formed, and the polar member is impregnated with a metal salt electrolyte to form an ion conduction path which is phase-separated from the fused body of the polymer fine particles. A method for producing a polymer solid electrolyte.
剤、あるいは両者の混合物及び金属塩を溶解した極性溶
媒中に低極性の高分子微粒子を均一に分散させた高分子
微粒子分散液から、前記極性溶媒を加熱蒸発させること
により、前記高分子微粒子同士を融着させて高分子微粒
子の融着体を形成させ、更に該高分子微粒子の融着体内
に、連続して網目状に分布した前記極性溶媒に可溶な高
分子又は界面活性剤、あるいは両者の混合物の凝集部か
らなる極性部材及び金属塩の凝集部を形成させ、該極性
部材及び金属塩の凝集部中に、前記金属塩を溶解する電
解液溶媒を含浸させて、前記高分子微粒子の融着体と相
分離したイオン伝導路となすことを特徴とする高分子固
体電解質の製造方法。13. A polymer fine particle dispersion obtained by uniformly dispersing low-polarity polymer fine particles in a polar solvent in which a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent, or a mixture of both, and a metal salt are dissolved. By heating and evaporating the polar solvent, the polymer fine particles are fused together to form polymer fine particles.
To form a fusion adherend child, further fusion within adherend of the polymer particles, aggregation of contiguous soluble polymer or surfactant to the polar solvent distributed in a mesh shape, or a mixture of both Forming an agglomerated portion of the polar member and the metal salt, and impregnating the agglomerated portion of the polar member and the metal salt with an electrolytic solution solvent for dissolving the metal salt to form a phase with the fused body of the polymer fine particles. A method for producing a solid polymer electrolyte characterized by forming a separate ion conduction path.
剤、あるいは両者の混合物及び金属塩を溶解した極性溶
媒中に低極性の高分子微粒子を均一に分散した高分子微
粒子分散液に、該極性溶媒よりも沸点が高く、且つ前記
金属塩を溶解する電解液溶媒を混合し、該高分子微粒子
分散液から前記極性溶媒を加熱蒸発させることにより、
前記高分子微粒子同士を融着させて高分子微粒子の融着
体を形成させ、更に該高分子微粒子の融着体内に、高分
子微粒子の融着体と相分離し、前記金属塩と電解液溶媒
からなる金属塩電解液を含有する連続した網目状の前記
極性溶媒に可溶な高分子又は界面活性剤、あるいは両者
の混合物からなるイオン伝導路を形成させることを特徴
とする高分子固体電解質の製造方法。14. A polymer fine particle dispersion in which low-polarity polymer fine particles are uniformly dispersed in a polar solvent in which a polymer or a surfactant soluble in a polar solvent, or a mixture of both, and a metal salt are dissolved, By mixing an electrolyte solvent having a higher boiling point than the polar solvent and dissolving the metal salt, and heating and evaporating the polar solvent from the polymer fine particle dispersion,
Fusion of polymer particles by fusing the polymer particles
Body is formed, further fusion within adherend of the polymer particles, and fusion adherend and phase separation of the polymer fine particles, a continuous mesh containing a metal salt electrolyte consisting of an electrolyte solvent and the metal salt A method for producing a solid polymer electrolyte, comprising forming an ion conduction path comprising a polymer or a surfactant soluble in the polar solvent, or a mixture of both.
子として、極性有機成分の一部又は全部を共有結合させ
た高分子微粒子を用いることを特徴とする高分子固体電
解質の製造方法。15. As polymer particle according to claim 12-14, polar organic component part or process for producing a polymer solid electrolyte which comprises using the polymer fine particles obtained by covalent binding of the whole.
カルボキシル基又はその金属塩置換基であることを特徴
とする高分子固体電解質の製造方法。16. The polar organic component according to claim 15 ,
A method for producing a solid polymer electrolyte comprising a carboxyl group or a metal salt substituent thereof.
子が自己架橋成分を有し、前記極性溶媒の加熱蒸発に伴
う加熱により、前記高分子微粒子を微粒子内部及び微粒
子間で架橋反応させることを特徴とする高分子固体電解
質の製造方法。17. The polymer particle according to claims 12 to 14 having a self-crosslinking component, by heating with the heating evaporation of the polar solvent, the polymer particles be crosslinked reaction between fine particles inside and particulates A method for producing a solid polymer electrolyte, comprising:
を構成する溶媒が、請求項5に記載の一般式(化1)で
表されるポリエチレンオキシド誘導体であることを特徴
とする高分子固体電解質の製造方法。18. A solvent comprising the metal salt electrolyte according to claim 9 to 16 , wherein the solvent is a polyethylene oxide derivative represented by the general formula (1) according to claim 5. A method for producing a molecular solid electrolyte.
が、ゴム部材であることを特徴とする高分子固体電解質
の製造方法。19. The polymer particle according to claim 9 to 18, a manufacturing method of the solid polymer electrolyte, which is a rubber member.
レン−ブタジエン系共重合体であることを特徴とする高
分子固体電解質の製造方法。20. A method for producing a polymer solid electrolyte, wherein the rubber member according to claim 19 is a styrene-butadiene copolymer.
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