JP3321202B2 - イオン伝導性ポリマー電解質 - Google Patents

イオン伝導性ポリマー電解質

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  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン伝導性ポリマー電
解質に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、イオン伝導性ポリマー電解質としては、例えばポリ
エチレンオキシドあるいは多官能性ポリエーテル分子構
造のポリエチレンオキシド部分とポリプロピレンオキシ
ド部分がランダム共重合型で含まれる有機化合物に電解
質塩をドーピングした後に架橋した有機ポリマー電解質
(例えば、特開昭62−249361号公報参照)、ま
たは熱可塑性で交差結合を持たない単独重合体に電解質
塩をドーピングしたもの等が知られている。
【0003】しかし、前者の架橋ポリマーは比較的高温
域においても流動することなく機械的性質に優れている
ものの、架橋により分子鎖のセグメント運動に束縛を受
けるために実用上充分なイオン伝導度が得られない。ま
た、後者の熱可塑性ポリマーは架橋ポリマーに比べてイ
オン伝導度は一般に高いものの高温時に流動しやすいと
いう欠点を有している。従って、これら従来のイオン伝
導性ポリマー電解質は、電力平坦化用や電気自動車用な
どの比較的高温(60〜80℃)で作動する大型電池等
に用いる電解質としては不満足な点が多かった。
【0004】本発明はこのような従来の技術の有する問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、比較
的高温でも流動することなく安全で、しかも高いイオン
伝導度を有するイオン伝導性ポリマー電解質を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の要旨は、分子末端に水酸基を有する分子量1
000〜50000のポリアルキレンオキシドの該水酸
基の一部をアルコキシ基、アルケニルオキシ基またはア
リールオキシ基で置換し、残りの水酸基をアリル基、ア
クリロイル基またはメタクリロイル基で置換した末端変
性ポリアルキレンオキシドを架橋した有機ポリマー中に
可溶性電解質塩化合物を含むイオン伝導性ポリマー電解
質において、アルコキシ基、アルケニルオキシ基または
アリールオキシ基の比率が50〜98%であり、アリル
基、アクリロイル基またはメタクリロイル基の比率が2
〜50%であることを特徴とするイオン伝導性ポリマー
電解質にある。
【0006】上記ポリアルキレンオキシドは、活性水素
含有化合物にアルキレンオキシド類を反応させて得られ
るもので、該活性水素含有化合物としては、例えば、メ
タノール、エタノール、エチレングリコール、プロピレ
ングリコール、1,4ブタンジオール、グリセリン、ト
リメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロー
ズ、ポリグリセリン等の多価アルコール、ブチルアミ
ン、2−エチルヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘ
キサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエ
チレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタ
エチレンヘキサミン、アニリン、ベンジルアミン、フェ
ニレンジアミン等のアミン化合物、ビスフェノールA、
ハイドロキノン、ノボラック等のフェノール性活性水素
化合物、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等
の一分子中に異種の活性水素含有基を有する化合物を挙
げることができ、中でも多価アルコールが特に好まし
い。
【0007】また、アルキレンオキシド類としては、エ
チレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−エポキ
シブタン、1,2−エポキシペンタン、1,2−エポキ
シヘキサン、1,2−エポキシヘプタン、1,2−エポ
キシオクタン、1,2−エポキシノナン等の炭素数4〜
9のα−オレフィンオキシド、さらに炭素数10以上の
α−オレフィンオキシド、スチレンオキシド類等を挙げ
ることができ、エチレンオキシド、プロピレンオキシド
が好ましい。
【0008】本発明のポリアルキレンオキシドの末端基
は、その一部が「アルコキシ基、アルケニルオキシ基ま
たはアリールオキシ基」であり、他の一部が「アリル
基、アクリロイル基またはメタクリロイル基」である。
そして、アルコキシ基、アルケニルオキシ基またはアリ
ールオキシ基のうち、特にアルコキシ基が好ましく、さ
らにアルコキシ基のうち低級なもの、すなわちメトキシ
基、エトキシ基が好ましい。これらの基の割合は末端基
に対して50〜98%が好ましい。また、残りの末端基
はアリル基、アクリロイル基またはメタクリロイル基で
あり、この中でアクリロイル基またはメタクリロイル基
が好ましい。これらの基の割合は末端基に対して2〜5
0%が好ましい。というのは、2%よりも少ないと、得
られるイオン伝導性ポリマーの機械的強度が低く、一
方、50%より多くなると高いイオン伝導度が得られな
いからである。
【0009】末端基に対してこれらの基を導入する方法
としては、例えば、上記ポリアルキレンオキシドの重合
の後存在する末端の水酸基の一部をハロゲン化アルキル
等を用いてアルコキシル化した後、残りの水酸基をさら
にエステル化等により置換する方法を採用することがで
きる。
【0010】このようにして得られる末端変性ポリアル
キレンオキシドに、以下に例示する可溶性電解質塩化合
物をドーピングした後、必要に応じて重合開始剤及び/
または増感剤を用いて、光・熱・電子線等の活性放射線
照射下で架橋して本発明のイオン伝導性ポリマー電解質
を得ることができる。可溶性電解質塩化合物としては、
例えば、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウ
ム、ヨウ化リチウム、硝酸リチウム、チオシアン酸リチ
ウム、過塩素酸リチウム、トリフロロメタンスルホン酸
リチウム、四ホウフッ化リチウム、ビストリフロロメチ
ルスルホニルイミドリチウム、トリストリフロロメチル
スルホニルメチドリチウム、チオシアン酸ナトリウム、
過塩素酸ナトリウム、トリフロロメタンスルホン酸ナト
リウム、四ホウフッ化ナトリウム、チオシアン酸カリウ
ム、過塩素酸カリウム、トリフロロメタンスルホン酸カ
リウム、四ホウフッ化カリウム、チオシアン酸マグネシ
ウム、過塩素酸マグネシウム及びトリフロロメタンスル
ホン酸マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも
1種または2種以上のものを用いることができる。
【0011】また、本発明のイオン伝導性ポリマー電解
質を得る場合に、2種以上の末端変性ポリアルキレンオ
キシドを併用することもできる。
【0012】
【作用】本発明のイオン伝導性ポリマー電解質は、特定
構造のポリエーテル化合物を架橋した有機ポリマーから
なるので、イオン伝導に寄与する非晶質相を安定化さ
せ、低温から高温まで高いイオン伝導度を発現し、高温
域においても流動することはない。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 (実施例1)グリセリンに エチレンオキシドとプロピレンオキシドと
の混合物(重量比4:1)を触媒の存在下で反応させた
分子量8000の共重合体に、その末端水酸基に対して
0.72当量のナトリウムメチラートを加え、100℃
でメタノールを除去して末端水酸基をアルコラート化し
た後ヨウ化メチルを加え、80℃で6時間反応させるこ
とにより末端水酸基の70%をメトキシ化した。次い
で、残りの水酸基に対して1.2当量のアクリル酸、該
アクリル酸の50倍量(重量)のトルエン及び硫酸0.
01モル%を80〜90℃で8時間反応させてエステル
化を行った。以上により、末端基の70%をメトキシ化
し、30%をアクリルエステル化した末端変性ポリアル
キレンオキシドを得た。このようにして得た末端変性ポ
リアルキレンオキシド3.6gに、過塩素酸リチウム
0.4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に溶解
した後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/cm2
の強度で紫外線を照射することにより厚さ50μmのイ
オン伝導性ポリマー電解質を得た。
【0014】(実施例2)グリセリンに エチレンオキシドとプロピレンオキシドと
の混合物(重量比9:1)を触媒の存在下で反応させた
分子量6000の共重合体に、その末端水酸基に対して
0.87当量のナトリウムメチラートを加え、100℃
でメタノールを除去して末端水酸基をアルコラート化し
た後ヨウ化メチルを加え、80℃で6時間反応させるこ
とにより末端水酸基の85%をメトキシ化した。次い
で、残りの水酸基に対して1.2当量のアクリル酸、該
アクリル酸の50倍量(重量)のトルエン及び硫酸0.
01モル%を80〜90℃で8時間反応させてエステル
化を行った。以上により、末端基の85%をメトキシ化
し、15%をアクリルエステル化した末端変性ポリアル
キレンオキシドを得た。このようにして得た末端変性ポ
リアルキレンオキシド3.6gに、過塩素酸リチウム
0.4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に溶解
した後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/cm2
の強度で紫外線を照射することにより厚さ50μmのイ
オン伝導性ポリマー電解質を得た。
【0015】(実施例3)グリセリンに エチレンオキシドとプロピレンオキシドと
の混合物(重量比9:1)を触媒の存在下で反応させた
分子量9000の共重合体に、その末端水酸基に対して
0.92当量のナトリウムメチラートを加え、100℃
でメタノールを除去して末端水酸基をアルコラート化し
た後ヨウ化メチルを加え、80℃で6時間反応させるこ
とにより末端水酸基の90%をメトキシ化した。次い
で、残りの水酸基に対して1.2当量のアクリル酸、該
アクリル酸の50倍量(重量)のトルエン及び硫酸0.
01モル%を80〜90℃で8時間反応させてエステル
化を行った。以上により、末端基の90%をメトキシ化
し、10%をアクリルエステル化し末端変性ポリアルキ
レンオキシドを得た。このようにして得た末端変性ポリ
アルキレンオキシド3.6gに、過塩素酸リチウム0.
4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒドロキシシ
クロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に溶解した
後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/cm2 の強
度で紫外線を照射することにより厚さ50μmのイオン
伝導性ポリマー電解質を得た。
【0016】(実施例4)グリセリンに エチレンオキシドを触媒の存在下で反応さ
せた分子量5000の重合体に、その末端水酸基に対し
0.85当量のナトリウムメチラートを加え、100
℃でメタノールを除去して末端水酸基をアルコラート化
した後ヨウ化メチルを加え、80℃で6時間反応させる
ことにより末端水酸基の85%をメトキシ化した。次い
で、残りの水酸基に対して1.2当量のアクリル酸、該
アクリル酸の50倍量(重量)のトルエン及び硫酸0.
01モル%を80〜90℃で8時間反応させてエステル
化を行った。以上により、末端基の85%をメトキシ化
し、15%をアクリルエステル化した末端変性ポリアル
キレンオキシドを得た。このようにして得た末端変性ポ
リアルキレンオキシド3.6gに、過塩素酸リチウム
0.4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に溶解
した後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/cm2
の強度で紫外線を照射することにより厚さ50μmのイ
オン伝導性ポリマー電解質を得た。
【0017】(実施例5)グリセリンに エチレンオキシドと1,2−エポキシブタ
ンとの混合物(重量比85:15)を触媒の存在下で
応させた分子量7000の共重合体に、その末端水酸基
に対して0.60当量のナトリウムメチラートを加え、
100℃でメタノールを除去して末端水酸基をアルコラ
ート化した後ヨウ化メチルを加え、80℃で6時間反応
させることにより末端水酸基の60%をメトキシ化し
た。次いで、残りの水酸基に対して1.2当量のアクリ
ル酸、該アクリル酸の50倍量(重量)のトルエン及び
硫酸0.01モル%を80〜90℃で8時間反応させて
エステル化を行った。以上により、末端基の60%をメ
トキシ化し、40%をアクリレート化した末端変性ポリ
アルキレンオキシドを得た。このようにして得た末端変
性ポリアルキレンオキシド3.6gに、過塩素酸リチウ
ム0.4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒドロ
キシシクロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に溶
解した後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/cm
2 の強度で紫外線を照射することにより厚さ50μmの
イオン伝導性ポリマー電解質を得た。
【0018】(実施例6)実施例1で用いた末端変性ポ
リアルキレンオキシド1.8gと実施例3で用いた末端
変性ポリアルキレンオキシド1.8gに、過塩素酸リチ
ウム0.4g及び0.006gの重合開始剤(1−ヒド
ロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を加えて均一に
溶解した後ガラス板上に流下し、窒素雰囲気で7mW/
cm2 の強度で紫外線を照射することにより厚さ50μm
のイオン伝導性ポリマー電解質を得た。
【0019】(実施例7)実施例1で用いた末端変性ポ
リアルキレンオキシド3.0gに、プロピレンカーボネ
ート0.6g及び過塩素酸リチウム0.5gを加えて均
一に溶解した後ガラス板上に流下し、エレクトロカーテ
ン式電子線照射装置(出力200kV、吸収線量5Mr
ad)を用いて窒素雰囲気で電子線を照射することによ
り、厚さ20μmのイオン伝導性ポリマー電解質を得
た。
【0020】(比較例)実施例1で用いたポリアルキレ
ンオキシドの末端を完全にアクリレート化した以外は実
施例1と同様の方法でイオン伝導性ポリマー電解質を得
た。
【0021】(リチウムイオン伝導度試験)次に、この
ようにして得た実施例1〜7および比較例のイオン伝導
性ポリマー電解質のイオン伝導度を測定するために、各
ポリマー電解質を白金板で挟み、電極間の交流インピー
ダンスを測定し、複素インピーダンス解析を行った。そ
の結果を以下の表1に示す。なお、測定機としては、横
河ヒューレットパッカード社製のインピーダンスアナラ
イザー(形式:4192A)を使用し、その測定条件と
しては、印加電圧=10mV、測定使用周波数=5Hz
〜13MHzとした。
【0022】
【表1】
【0023】表1に明らかなように、本発明のイオン伝
導性ポリマー電解質は優れたイオン伝導度を示し、特に
比較的高温におけるイオン伝導度が優れている。
【0024】
【発明の効果】本発明に係るイオン伝導性ポリマー電解
質は、低温から高温まで安定して高いイオン伝導度を示
す。また、架橋系のポリマー電解質であるため、従来の
熱可塑性ポリマー電解質に見られる流動性もなく、高温
下でも安全に使用できる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/06 H01M 6/18 H01M 10/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分子末端に水酸基を有する分子量100
    0〜50000のポリアルキレンオキシドの該水酸基の
    一部をアルコキシ基、アルケニルオキシ基またはアリー
    ルオキシ基で置換し、残りの水酸基をアリル基、アクリ
    ロイル基またはメタクリロイル基で置換した末端変性ポ
    リアルキレンオキシドを架橋した有機ポリマー中に可溶
    性電解質塩化合物を含むイオン伝導性ポリマー電解質に
    おいて、アルコキシ基、アルケニルオキシ基またはアリ
    ールオキシ基の比率が50〜98%であり、アリル基、
    アクリロイル基またはメタクリロイル基の比率が2〜5
    0%であることを特徴とするイオン伝導性ポリマー電解
    質。
  2. 【請求項2】 有機ポリマーが、末端変性ポリアルキレ
    ンオキシドを、必要に応じて重合開始剤及び/または増
    感剤を用いて、熱、光または電子線等の活性放射線照射
    下で架橋したものであることを特徴とする請求項1記載
    のイオン伝導性ポリマー電解質。
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