JP3516290B2 - Polymer solid electrolyte and electrochemical device using the same - Google Patents
Polymer solid electrolyte and electrochemical device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は新規な高分子固体電
解質に関し、特にイオン伝導性が高く、且つ経時変化の
少ない高分子電解質、及びこれを用いた改良された電気
化学素子、改良された二次電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel polymer solid electrolyte, and more particularly to a polymer electrolyte having high ion conductivity and little change with time, an improved electrochemical device using the same, and an improved solid electrolyte. Next battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の電子機器の小型、軽量化、薄型化
の進歩は目覚ましいものがあり、とりわけOA分野にお
いては、デスクトップ型からラップトップ型、ノートブ
ック型へと小型軽量化している。加えて、電子手帳、電
子スチルカメラなどの新しい小型電子機器の分野も出現
し、さらには従来のハードディスク、フロッピーディス
クの小型化に加えて新しい小型のメモリーであるメモリ
ーカードの開発も進められている。このような電子機器
の小型化、軽量化、薄型化の波の中で、これらの電力を
支える二次電池にも高エネルギー密度、高電圧、高出力
等の高性能化が要求されている。このような要望の中、
薄型、高エネルギー密度電池として電解質に高分子固体
電解質を用いたシート型二次電池の開発が進められてい
る。高分子固体電解質を用いた二次電池は液洩がないた
め信頼性が高く、形状自在で、大面積で、大変薄い形状
にできるなど今までの円筒型、角形電池にはない特徴を
数多く持っている。しかしながら、高分子固体電解質を
用いた二次電池は今だ実用化されておらず、その大きな
要因の一つに電極と高分子固体電解質の界面抵抗が電極
及び高分子固体電解質バルクの抵抗に比べ大きいため、
電解液を用いた通常の二次電池に比べ、内部インピーダ
ンスが高く、大電流での充放電が難しく、また界面抵抗
が経時的に大きくなる点が指摘されている。界面抵抗を
低減させるために例えば特開平5−290615公報に
は電極上に高分子固体電解質をクラスターイオンビーム
方式により蒸着する方法が例示されている。しかしなが
ら、このようにして作製された高分子固体電解質は電解
液に比べイオン伝導度が2桁以上低く、生産性も低いも
のである。特開平5−15199号公報には電極に電解
液を含ませて高分子固体電解質とを貼り合わせることが
提案されている。しかしながら、電極に含ませた電解液
は高分子固体電解質に吸収されていくため、時間の経過
とともに界面抵抗は上昇していく。2. Description of the Related Art In recent years, there has been remarkable progress in making electronic devices smaller, lighter, and thinner. In the OA field, in particular, the size of electronic devices has been reduced from desktop type to laptop type and notebook type. In addition, the field of new small electronic devices such as electronic notebooks and electronic still cameras has emerged.In addition to the miniaturization of conventional hard disks and floppy disks, the development of new small memory cards, such as memory cards, is also underway. . In the wave of downsizing, lightening, and thinning of such electronic devices, secondary batteries supporting these electric powers are also required to have high performance such as high energy density, high voltage, and high output. In such a request,
As a thin, high-energy density battery, a sheet-type secondary battery using a polymer solid electrolyte as an electrolyte has been developed. Secondary batteries using solid polymer electrolytes have many features not found in conventional cylindrical and prismatic batteries, such as high reliability due to no liquid leakage, flexible shape, large area, and extremely thin shape. ing. However, secondary batteries using polymer solid electrolytes have not yet been put to practical use. One of the major factors is that the interface resistance between the electrode and the polymer solid electrolyte is lower than the resistance of the electrode and the polymer solid electrolyte bulk. Because it ’s big,
It has been pointed out that the internal impedance is high, charging and discharging with a large current is difficult, and the interface resistance increases with time as compared with a normal secondary battery using an electrolytic solution. In order to reduce the interface resistance, for example, JP-A-5-290615 discloses a method of depositing a polymer solid electrolyte on an electrode by a cluster ion beam method. However, the solid polymer electrolyte produced in this manner has an ionic conductivity that is at least two orders of magnitude lower than that of the electrolytic solution, and has low productivity. Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-115199 proposes that an electrode contains an electrolyte and is bonded to a solid polymer electrolyte. However, since the electrolyte contained in the electrode is absorbed by the solid polymer electrolyte, the interface resistance increases with the passage of time.
【0003】特開昭63−94501号公報にはアクリ
ロイル変性ポリアルキレンオキシドと電解質塩と溶媒か
らなる組成物を紫外線を照射することにより硬化させた
高分子固体電解質が開示されている。この高分子固体電
解質はイオン伝導度が高く、紫外線を照射する前の前駆
体は液体であるため、電極上に本前駆体をキャストし、
紫外線を照射して高分子固体電解質を作製すれば電解液
と電極との状態に近い界面を作製することができること
が期待された。しかしながら、この高分子固体電解質の
電極との界面抵抗は期待される値よりも高く、且つ経時
的に増加する傾向にあり、高分子固体電解質の強度も低
いため、作製した電気化学素子は満足できる性能ではな
かった。JP-A-63-94501 discloses a polymer solid electrolyte obtained by curing a composition comprising an acryloyl-modified polyalkylene oxide, an electrolyte salt, and a solvent by irradiating the composition with ultraviolet rays. Since this polymer solid electrolyte has high ionic conductivity and the precursor before irradiation with ultraviolet rays is a liquid, the precursor is cast on an electrode,
It was expected that the interface close to the state between the electrolyte and the electrode could be prepared by irradiating ultraviolet rays to prepare the polymer solid electrolyte. However, the interfacial resistance between the polymer solid electrolyte and the electrode is higher than expected and tends to increase with time, and the strength of the polymer solid electrolyte is low. It was not performance.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、こう
した実情のもとに内部抵抗が低く、経時的にも内部抵抗
の上昇の少ない高分子固体電解質を用いた電気化学素
子、特に二次電池を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrochemical device using a polymer solid electrolyte having a low internal resistance and having a small increase in internal resistance over time, especially a secondary device. It is to provide a battery.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、電極と高
分子固体電解質の界面抵抗を下げるため、鋭意検討を重
ね、詳細な観察を行なった結果、少なくとも電解質塩と
重合性モノマー及びまたは重合性オリゴマーからなる混
合物を重合性モノマー及びまたは重合性オリゴマーの重
合反応により作製した高分子固体電解質において未反応
の重合性モノマー及びまたは重合性オリゴマーが界面抵
抗に大きく関与することを見出した。すなわち、高分子
固体電解質のポリマーマトリックス中に未反応の重合性
モノマー及びまたは重合性オリゴマーが多量にあると、
電極反応が阻害され、電気化学素子の内部抵抗が高くな
ることを見出した。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to reduce the interfacial resistance between an electrode and a solid polymer electrolyte and made detailed observations. As a result, at least the electrolyte salt and the polymerizable monomer and / or It has been found that in a solid polymer electrolyte prepared by polymerizing a mixture of a polymerizable oligomer and a polymerizable monomer and / or a polymerizable oligomer, an unreacted polymerizable monomer and / or polymerizable oligomer greatly contributes to interface resistance. That is, if there is a large amount of unreacted polymerizable monomer and / or polymerizable oligomer in the polymer matrix of the solid polymer electrolyte,
Electrode reaction is inhibited, the internal resistance of the electrochemical device has found that high.
【0006】本発明の高分子固体電解質においては、高
分子固体電解質のポリマーマトリックス中の未反応の重
合性モノマー及びまたは重合性オリゴマーは30重量%
以下好ましくは20重量%以下である。未反応の重合性
モノマー及びまたは重合性オリゴマーが30重量%以上
では電極と高分子固体電解質の界面抵抗が高くなり好ま
しくない。高分子固体電解質のポリマーマトリックス中
の未反応の重合性モノマー及びまたは重合性オリゴマー
の検出方法としては、高分子固体電解質のポリマーマト
リックス中の残留モノマー、オリゴマーを、ソックスレ
ー抽出、超音波抽出などの各種抽出方法により抽出し
て、ガスクロマトグラフフィー、高速液体クロマトグラ
フィー、超臨界クロマトグラフィー等の分析方法を用い
て検出することができる。In the solid polymer electrolyte of the present invention, the polymer matrix of the solid polymer electrolyte contains 30% by weight of unreacted polymerizable monomers and / or polymerizable oligomers.
The following is preferably 20 wt% or less. If the amount of the unreacted polymerizable monomer and / or polymerizable oligomer is 30% by weight or more, the interface resistance between the electrode and the solid polymer electrolyte increases, which is not preferable. As a method for detecting unreacted polymerizable monomers and / or polymerizable oligomers in the polymer matrix of the polymer solid electrolyte, various methods such as Soxhlet extraction and ultrasonic extraction can be used to detect residual monomers and oligomers in the polymer matrix of the polymer solid electrolyte. It can be extracted by an extraction method and detected using an analytical method such as gas chromatography, high performance liquid chromatography, and supercritical chromatography.
【0007】高分子固体電解質のポリマーマトリックス
中の未反応の重合性モノマー及びまたは重合性オリゴマ
ーを30重量%以下にするためには、速やかにかつ確実
に重合反応を完了させることが好ましい。重合反応とし
ては紫外線、電子線、X線、γ線等の活性光線を照射に
よる重合が熱重合等の他の重合方法に比べて反応速度が
速い、高分子固体電解質の変質が少ない等の理由で好ま
しく、特に装置の簡便さ、安全性を考慮すると紫外線を
照射することが好ましい。紫外線照射においては照射の
強度を20mW/cm2以上、好ましくは30mW/c
m2以上とすると未反応の重合性モノマー及びまたは重
合性オリゴマーを少なくでき、かつ迅速に高分子固体電
解質を作製することができる。紫外線照射においては照
射の強度が20mW/cm2以下では未反応の重合性モ
ノマー及びまたは重合性オリゴマーが多くなり、電極と
高分子固体電解質の界面抵抗が高くなる。未反応の重合
性モノマー及びまたは重合性オリゴマーを適当な溶媒で
抽出する方法も考えられるが、抽出溶媒による高分子固
体電解質の膨潤により電極と高分子固体電解質界面の剥
離が生じ、また抽出溶媒の除去が問題となるため好まし
くない。In order to reduce the amount of unreacted polymerizable monomer and / or polymerizable oligomer in the polymer matrix of the solid polymer electrolyte to 30% by weight or less, it is preferable to complete the polymerization reaction promptly and reliably. As the polymerization reaction, polymerization by irradiation with actinic rays such as ultraviolet rays, electron beams, X-rays, and γ-rays is faster than other polymerization methods such as thermal polymerization, and there is little deterioration of the solid polymer electrolyte. Irradiation with ultraviolet rays is particularly preferable in consideration of simplicity and safety of the apparatus. In the case of ultraviolet irradiation, the irradiation intensity is 20 mW / cm 2 or more, preferably 30 mW / c.
When it is at least m 2, unreacted polymerizable monomers and / or polymerizable oligomers can be reduced, and a solid polymer electrolyte can be produced quickly. In the case of ultraviolet irradiation, when the irradiation intensity is 20 mW / cm 2 or less, the amount of unreacted polymerizable monomers and / or polymerizable oligomers increases, and the interface resistance between the electrode and the solid polymer electrolyte increases. A method of extracting unreacted polymerizable monomers and / or polymerizable oligomers with a suitable solvent is also conceivable.However, swelling of the polymer solid electrolyte by the extraction solvent causes separation of the interface between the electrode and the polymer solid electrolyte, It is not preferable because removal becomes a problem.
【0008】本発明の電気化学素子に用いる高分子固体
電解質は少なくとも重合性モノマーあるいはオリゴマー
と電解質塩から作製される。また、重合性モノマーある
いはオリゴマーと電解質塩に非水溶媒を添加し作製した
高分子固体電解質ゲルは電解液に匹敵するイオン伝導度
を有するため内部抵抗の低い電気化学素子を作製するの
に最も好ましいものである。本発明の高分子固体電解質
は単独で電気化学素子に用いても何ら問題はないが、短
絡を完全に防止するためにセパレータと複合化して用い
ても良い。前記組成物には必要により重合開始剤、貯蔵
安定剤あるいはチクソ剤を添加して用いることができ
る。The solid polymer electrolyte used in the electrochemical device of the present invention is prepared from at least a polymerizable monomer or oligomer and an electrolyte salt. In addition, a polymer solid electrolyte gel prepared by adding a non-aqueous solvent to a polymerizable monomer or oligomer and an electrolyte salt has an ionic conductivity comparable to that of an electrolytic solution, and is therefore most preferable for producing an electrochemical device having a low internal resistance. Things. The polymer solid electrolyte of the present invention may be used alone in an electrochemical device without any problem, but may be used in combination with a separator in order to completely prevent a short circuit. If necessary, a polymerization initiator, a storage stabilizer or a thixotropic agent may be added to the composition.
【0009】本発明に用いる重合性モノマーあるいはオ
リゴマーとしては、その分子内に酸素原子、窒素原子、
イオウ原子等の炭素以外のヘテロ原子を含むものであ
る。これらのヘテロ原子を含有する重合性化合物を非水
電解液に溶解させ、重合反応させて得られる固体電解質
(粘弾性体)においては、その炭素以外のヘテロ原子は
電解質塩のイオン化を促進させ、固体電解質のイオン伝
導性を向上させるとともに、固体電解質の強度を向上さ
せる働きもあると考えられる。また、本発明で用いる重
合性化合物の種類は、特に制約されず、熱重合及び活性
光線重合などの重合反応を生起して得るものが包含され
るが、特に活性光線による光重合性を示すものが好まし
い。熱重合反応としては、ウレタン化反応の他、エポキ
シ基やアクリレート基による重合反応等が挙げられる
が、ウレタン化反応が好ましい。また活性光線重合反応
としては、不飽和カルボン酸エステル、ポリエン/ポリ
チオール混合物及び架橋性マクロマー(有機シラン、ポ
リイソチアナフテン等)による重合反応が挙げられる
が、好ましくは不飽和カルボン酸エステル、ポリエン/
ポリチオール混合物による反応である。以下特に電解液
中の重合反応として優れている不飽和カルボン酸エステ
ルの重合反応、ポリエン/ポリチオール混合物の重合反
応、ポリウレタン化反応について詳述する。なお、本明
細書における(メタ)アクリレートは、アクリレート又
はメタアクリレートを意味し、(メタ)アクリロイル基
は、アクリロイル基又はメタアクリロイル基を意味す
る。[0009] As the polymerizable monomer or oligomer used in the present invention, an oxygen atom in its molecule, a nitrogen atom,
It is intended to include hetero atoms other than carbon, such as sulfur atom. In a solid electrolyte (viscoelastic body) obtained by dissolving a polymerizable compound containing these heteroatoms in a non-aqueous electrolyte and performing a polymerization reaction, the heteroatoms other than carbon promote ionization of an electrolyte salt, It is considered that the ionic conductivity of the solid electrolyte is improved and also the function of improving the strength of the solid electrolyte is improved. The type of the polymerizable compound used in the present invention is not particularly limited, and includes those obtained by causing a polymerization reaction such as thermal polymerization and actinic ray polymerization. Is preferred. Examples of the thermal polymerization reaction include a polymerization reaction with an epoxy group or an acrylate group in addition to the urethane reaction, and the urethane reaction is preferable. Examples of the actinic ray polymerization reaction include a polymerization reaction with an unsaturated carboxylic acid ester, a polyene / polythiol mixture and a crosslinkable macromer (organic silane, polyisothianaphthene, etc.).
Is a reaction by polythiol mixture. Hereinafter, the polymerization reaction of an unsaturated carboxylic acid ester, the polymerization reaction of a polyene / polythiol mixture, and the polyurethane conversion reaction, which are particularly excellent as polymerization reactions in an electrolytic solution, will be described in detail. In this specification, (meth) acrylate means acrylate or methacrylate, and (meth) acryloyl group means acryloyl group or methacryloyl group.
【0010】本発明の固体電解質を得るための非水電解
液中における重合反応は、電解質の熱分解を避けるため
に低温プロセスである活性光線重合反応が好ましい。活
性光線重合性化合物としては(メタ)アクリレートや、
ポリエンとポリチオールとの組合せ等が挙げられる。
(メタ)アクリレートとしては単管能及び多官能の(メ
タ)アクリレートが挙げられる。単管能アクリレートと
しては、アルキル(メタ)アクリレート[メチル(メ
タ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、トリ
フルオロエチル(メタ)アクリレート等]、脂環式(メ
タ)アクリレート[テトラヒドロフルフリル(メタ)ア
クリレート等]、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレ
ート[ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロ
ピルアクリレート等]、ヒドロキシポリオキシアルキレ
ン(オキシアルキレン基の炭素数は好ましくは1〜4)
(メタ)アクリレート[ヒドロキシポリオキシエチレン
(メタ)アクリレート、ヒドロキシポリオキシプロピレ
ン(メタ)アクリレート等]及びアルコキシ(アルコキ
シ基の炭素数は好ましくは1〜4)(メタ)アクリレー
ト[メトキシエチルアクリレート、エトキシエチルアク
リレート、フェノキシエチルアクリレート等]が挙げら
れる。多官能(メタ)アクリレートの例としては、U
V、EB硬化技術((株)総合技術センター発行)14
2頁〜152頁記載の光重性モノマー及び光重合性プレ
ポリマーのうち3官能以上のモノマー、プレポリマー
[トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、
ペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジ
ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が
好ましい。The polymerization reaction in the non-aqueous electrolyte for obtaining the solid electrolyte of the present invention is preferably an active light polymerization reaction which is a low-temperature process in order to avoid thermal decomposition of the electrolyte. As the actinic ray-polymerizable compound, (meth) acrylate,
Examples include a combination of a polyene and a polythiol.
(Meth) (meth) acrylates of single pipe capacity and polyfunctional thereof include acrylate. Examples of single-tube acrylates include alkyl (meth) acrylate [methyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, trifluoroethyl (meth) acrylate, etc.], alicyclic (meth) acrylate [tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate Etc.], hydroxyalkyl (meth) acrylate [hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, etc.], hydroxypolyoxyalkylene (oxyalkylene group preferably has 1 to 4 carbon atoms)
(Meth) acrylate [hydroxypolyoxyethylene (meth) acrylate, hydroxypolyoxypropylene (meth) acrylate, etc.] and alkoxy (alkoxy group preferably has 1 to 4 carbon atoms) (meth) acrylate [methoxyethyl acrylate, ethoxyethyl Acrylate, phenoxyethyl acrylate, etc.]. Examples of polyfunctional (meth) acrylates include U
V, EB curing technology (issued by Sogo Gijutsu Center) 14
Among the photo-heavy monomers and photopolymerizable prepolymers described on pages 2 to 152, tri- or higher functional monomers, prepolymers [trimethylolpropane tri (meth) acrylate,
Pentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate and the like are preferred.
【0011】アクリレートのうち、下記一般式に示す
(I)で表わされる分子量500未満の化合物及び一般
式(II)で示される構造のものが特に好ましい。Among the acrylates, a compound represented by the following formula (I) having a molecular weight of less than 500 and a structure represented by the formula (II) are particularly preferred.
【0012】[0012]
【化1】
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2は炭化水素
基、又は複素環を含む基、nは1以上の整数を表す)Embedded image
(Where R1Is a hydrogen atom or a methyl group, RTwoIs hydrocarbon
Group or group containing a heterocyclic ring, n represents an integer of 1 or more)
【0013】[0013]
【化2】
(式中、R3は水素原子又はメチル基、R4は複素環を含
む基を表わす)Embedded image (Wherein, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group, R 4 represents a group containing a heterocyclic ring)
【0014】前記一般式(I)において、R2は炭化水素
基又は複素環を含む基を示すが、この場合、炭化水素基
としては、脂肪族系及び芳香族系のものが含まれる。脂
肪族炭化水素基としては、例えば、メチル、エチル、プ
ロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル等の炭素数1〜1
0、好ましくは1〜5のものが挙げられる。また、芳香
族炭化水素基としては、フェニル、トリル、キシリル、
ナフチル、ベンジル、フェネチル等が挙げられる。複素
環を含む基としては、酸素、窒素、硫黄等のヘテロ原子
を含む各種の複素環基が包含され、このようなものとし
ては、例えば、フルフリル、テトラヒドロフルフリル等
が挙げられる。前記一般式(I)で示されるアクリレー
トの具体例としては、例えば、アルキエチレングリコー
ルアクリレート[メチルエチレングリコールアクリレー
ト、エチルエチレングリコールアクリレート、プロピル
エチレングリコールアクリート、フェニルエチレングリ
コールアクリレート等]、アルキルプロピレングリコー
ルアクリレート[エチルプロピレングリコールアクリレ
ート、ブチルプロピレングリコールアクリレート等]、
複素環を有するアルキレングリコールアクリレート[フ
ルフリルエチレングリコールアクリレート、テトラヒド
ロフルフリルエチレングリコールアクリレート、フルフ
リルプロピレングリコールアクリレート、テトラヒドロ
フルフリルプロピレングリコールアクリレート等]が挙
げられる。一般式(I)で表わされるこれらのアクリレ
ートの分子量は通常500未満であるが、300以下が
より好ましい。分子量が500以上のアクリレートでは
得られる固体電解質から非水溶媒が滲出しやすい。In the formula (I), R 2 represents a hydrocarbon group or a group containing a heterocyclic ring. In this case, the hydrocarbon group includes aliphatic and aromatic hydrocarbon groups. Examples of the aliphatic hydrocarbon group include those having 1 to 1 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl and octyl.
0, and preferably those of 1 to 5. Further, as the aromatic hydrocarbon group, phenyl, tolyl, xylyl,
Examples include naphthyl, benzyl, phenethyl and the like. Examples of the group containing a heterocyclic ring include various heterocyclic groups containing a heteroatom such as oxygen, nitrogen, and sulfur. Examples of such a group include furfuryl and tetrahydrofurfuryl. Specific examples of the acrylate represented by the general formula (I) include, for example, alkylethylene glycol acrylate [methylethylene glycol acrylate, ethylethylene glycol acrylate, propylethylene glycol acrylate, phenylethylene glycol acrylate, etc.], alkylpropylene glycol acrylate [ ethyl glycol acrylate, and butyl propylene glycol acrylate,
Alkylene glycol acrylates having a heterocyclic ring [furfuryl ethylene glycol acrylate, tetrahydrofurfuryl ethylene glycol acrylate, furfuryl propylene glycol acrylate, tetrahydrofurfuryl propylene glycol acrylate, etc.] may be mentioned. The molecular weight of these acrylates represented by the general formula (I) is usually less than 500, but is more preferably 300 or less. Non-aqueous solvent from the solid electrolyte molecular weight can be obtained in more than 500 acrylate is likely to exude.
【0015】一般式(II)で示される(メタ)アクリ
レート中に含まれる複素環は特に限定はされない。この
場合、複素環を含む基としては、酸素や、窒素、イオウ
等のヘテロ原子を含む複素環の残基、例えば、フルフリ
ル基、テトラヒドロフルフリル基等が挙げられる。前記
一般式(II)で示される(メタ)アクリレートとして
は、例えば、フルフリル(メタ)アクリレート、テトラ
ヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等が挙げられ
る。これらのうちフルフリルアクリレート、テトラヒド
ロフルフリルアクリレートが好ましい。一般式(I)あ
るいは(II)で表わされる化合物は単独で使用しても
よいが、2種類以上を混合して使用することもできる。The heterocycle contained in the (meth) acrylate represented by the general formula (II) is not particularly limited. In this case, examples of the group containing a heterocycle include a residue of a heterocycle containing a heteroatom such as oxygen, nitrogen, and sulfur, such as a furfuryl group and a tetrahydrofurfuryl group. Examples of the (meth) acrylate represented by the general formula (II) include furfuryl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, and the like. Of these, furfuryl acrylate and tetrahydrofurfuryl acrylate are preferred. The compound represented by formula (I) or (II) may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
【0016】前記一般式(I)あるいは(II)で示さ
れる化合物には、多官能不飽和カルボン酸エステルを併
用することにより、弾性率、イオン伝導度とも理想的な
固体電解質を得ることができる。多官能不飽和カルボン
酸エステルとしては、(メタ)アクリロイル基を2個以
上有するものが挙げられる。このものの好ましい具体例
としては、「UV、EB硬化技術」((株)総合技術セ
ンター発行)142頁〜152頁記載の光重合性モノマ
ー及び光重合性プレポリマーのうち2官能以上のモノマ
ー、プレポリマー[ジエチレングリコールジ(メタ)ア
クリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジ
ペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等]
が挙げられるが、3官能(メタ)アクリレートが、保液
性、イオン伝導度、強度にすぐれた固体電解質を与える
点で最も好ましい。一般式(I)及び(II)で示され
る化合物又はこれを主成分とする不飽和カルボン酸エス
テルの使用割合は、非水電解液に対して50重量%以
下、好ましくは5〜40重量%、さらに好ましくは10
〜30重量%が良い。この範囲外では固体電解質のイオ
ン伝導度及び強度が低下する。一般式(I)及び(I
I)の化合物に多官能不飽和カルボン酸エステルを併用
する場合、その多官能不飽和カルボン酸エステルの添加
量は、非水電解液に対して4重量%以下、好ましくは
0.05〜2重量%であり、特に3官能不飽和カルボン
酸エステルを併用する場合には、2重量%以下、好まし
くは0.05〜0.5重量%という少量の添加量でイオ
ン伝導度や強度の点で優れた固体電解質を得ることがで
きる。このような多官能不飽和カルボン酸エステルの併
用により、イオン伝導度や強度の点でよりすぐれた固体
電解質を得ることができる。また、多官能不飽和カルボ
ン酸エステルの併用量が多すぎると、得られる固体電解
質は粘弾性体としての性状を示さず、柔軟性に欠け、特
に外部応力に対してクラックを生じやすくなる。By using a polyfunctional unsaturated carboxylic acid ester in combination with the compound represented by the general formula (I) or (II), a solid electrolyte ideal in both elastic modulus and ionic conductivity can be obtained. . The polyfunctional unsaturated carboxylic acid esters include those having two or more (meth) acryloyl groups. Preferable specific examples thereof include dimers or prepolymers of the photopolymerizable monomers and photopolymerizable prepolymers described in “UV, EB Curing Technology” (published by Sogo Gijutsu Center), pp. 142-152. polymer [diethylene glycol di (meth) acrylate, butanediol di (meth) acrylate,
Trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, etc.]
However, trifunctional (meth) acrylate is most preferable in that it provides a solid electrolyte having excellent liquid retention, ionic conductivity, and strength. The proportion of the compound represented by the general formulas (I) and (II) or the unsaturated carboxylic acid ester containing the compound as a main component is 50% by weight or less based on the non-aqueous electrolyte.
Below, preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10% by weight.
~ 30% by weight is good. Outside this range, the ionic conductivity and strength of the solid electrolyte are reduced. Formulas (I) and (I)
When a polyfunctional unsaturated carboxylic acid ester is used in combination with the compound of I), the amount of the polyfunctional unsaturated carboxylic acid ester added is 4% by weight or less, preferably 0.05 to 2% by weight, based on the non-aqueous electrolyte. %, Especially when a trifunctional unsaturated carboxylic acid ester is used in combination, a small addition amount of 2% by weight or less, preferably 0.05 to 0.5% by weight is excellent in ionic conductivity and strength. solid electrolyte can be obtained. By using such a polyfunctional unsaturated carboxylic acid ester in combination, it is possible to obtain a solid electrolyte having better ionic conductivity and strength. On the other hand, if the combined amount of the polyfunctional unsaturated carboxylic acid ester is too large, the obtained solid electrolyte does not show the properties as a viscoelastic body, lacks flexibility, and is liable to crack especially against external stress.
【0017】一般式(I)及び(II)で示される化合
物又はこれを主成分として含む不飽和カルボン酸エステ
ルの重合開始剤としては、カルボニル化合物、ベンゾイ
ン類(ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾ
インエチルエーテル、エチルエーテル、ベンゾインプロ
ピルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベン
ゾインイソブチルエーテル、α−メチルベンゾイン、α
−フェニルベンゾイン等)、アントラキノン類(アント
ラキノン、メチルアントラキノン、クロルアントラキノ
ン等)、その他の化合物(ベンジル、ジアセチル、アセ
トフエノン、ベンゾフェノン、メチルベンゾイルフォー
メート等)、硫黄化合物(ジフェニルスルフィド、ジチ
オカーバメート等)、多縮合環系炭化水素のハロゲン化
物(α−クロルメチルナフタリン等)、色素類(アクリ
ルフラビン、フルオレセン等)、金属塩類(塩化鉄、塩
化銀等)、オニウム塩類(P−メトキシベンゼンジアゾ
ニウム、ヘキサフルオロフォスフェート、ジフェニルア
イオドニウム、トリフェニルスルフォニウム等)などの
光重合開始剤が挙げられる。これらは単独でも、あるい
は2種以上の混合物としても使用できる。好ましい光重
合開光剤は、カルボニル化合物、硫黄化合物及びオニウ
ム塩類である。必要により熱重合開始剤(アゾビスイソ
ブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイ
ルパーオキサイド、エチルメチルケトンペルオキシド
等)を併用することができるし、また、ジメチルアニリ
ン、ナフテン酸コバルト、スルフィン酸、メルカプタン
等の重合開始剤も併用できる。さらに、増感剤、貯蔵安
定剤も必要により併用できる。増感剤及び貯蔵安定剤の
具体例としては、「UV、EB硬化技術((株)総合技
術センター発行)」158頁〜159頁記載の増感剤、
貯蔵安定剤のうち、前者としては、尿素ニトリル化合物
(N,N−ジ置換−P−アミノベンゾニトリル等)、燐
化合物(トリ−n−ブチルホスフィン等)が好ましく、
後者としては、第4級アンモニウムクロライド、ベンゾ
チアゾール、ハイドロキノンが好ましい。重合開始剤の
使用量は、全不飽和カルボン酸エステルに対し、通常
0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜7重量%であ
る。この範囲外では適度な反応性が得られない。増感剤
及び貯蔵安定剤の使用量は、全不飽和カルボン酸エステ
ル100重量部に対し、通常、0.1〜5重量部であ
る。Examples of the polymerization initiator of the compounds represented by the general formulas (I) and (II) or the unsaturated carboxylic acid ester containing these as a main component include carbonyl compounds, benzoins (benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether). , Ethyl ether, benzoin propyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, α-methylbenzoin, α
-Phenylbenzoin, etc.), anthraquinones (anthraquinone, methylanthraquinone, chloranthraquinone, etc.), other compounds (benzyl, diacetyl, acetophenone, benzophenone, methylbenzoylformate, etc.), sulfur compounds (diphenylsulfide, dithiocarbamate, etc.), many Condensed ring hydrocarbon halides (such as α-chloromethylnaphthalene), dyes (such as acrylflavin and fluorescein), metal salts (such as iron chloride and silver chloride), and onium salts (such as P-methoxybenzenediazonium and hexafluorophos) Photoinitiators such as fate, diphenyliodonium, and triphenylsulfonium). These can be used alone or as a mixture of two or more. Preferred photopolymerization photoopening agents are carbonyl compounds, sulfur compounds and onium salts. If necessary, a thermal polymerization initiator (azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, ethyl methyl ketone peroxide, etc.) can be used in combination, and dimethylaniline, cobalt naphthenate, sulfinic acid, mercaptan, etc. Can be used in combination. Further, sensitizers, can be used in combination if necessary also storage stabilizer. Specific examples of the sensitizer and the storage stabilizer include sensitizers described in “UV, EB curing technology (published by Sogo Gijutsu Center)”, pp. 158-159.
Among the storage stabilizers, as the former, urea nitrile compounds (N, N-disubstituted-P-aminobenzonitrile and the like) and phosphorus compounds (tri-n-butylphosphine and the like) are preferable.
The latter, quaternary ammonium chloride, benzothiazole, hydroquinone is preferred. The amount of the polymerization initiator to be used is generally 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 7% by weight, based on all unsaturated carboxylic acid esters. Outside this range, an appropriate reactivity cannot be obtained. The use amount of the sensitizer and the storage stabilizer is usually 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total unsaturated carboxylic acid ester.
【0018】本発明による電解液の固体化は、前記した
一般式(I)又は(II)で示される化合物又はこれを
主成分とする不飽和カルボン酸エステルを含む非水電解
液を密封容器に注入するか、あるいは支持体(例えばフ
ィルム、金属、金属酸化物、ガラス等)にコーティング
した後、熱又は活性光線で重合することにより達成され
る。活性光線としては、通常、光、紫外線、電子線、X
線が使用できる。これらのうち、好ましくは、100〜
800nmの波長を主波長とする活性光線である。The solidification of the electrolytic solution according to the present invention is carried out by placing a non-aqueous electrolytic solution containing a compound represented by the above general formula (I) or (II) or an unsaturated carboxylic acid ester containing the compound as a main component in a sealed container. It is achieved by injecting or coating on a support (for example, film, metal, metal oxide, glass, etc.) and then polymerizing with heat or actinic rays. As the active ray, usually, light, ultraviolet light, electron beam, X
Lines can be used. Of these, preferably, 100 to
It is an active light beam having a main wavelength of 800 nm.
【0019】ポリエン/ポリチオールの混合物の重合反
応は基本的には次式の通りである。The polymerization reaction of a mixture of polyene / polythiol is basically as follows.
【0020】[0020]
【化3】RSH→RS・+H・
RS・+CH2=CH−CH2R’→RS−CH2−CH−
CH2R’
RSH→RS−CH2−CH2−CH2R’+RS.
(前記式中、R及びR’はアルキル基等の有機基であ
る)ポリエンとしては、ポリアリルエーテル化合物、ポ
リアリルエステル化合物があげられる。ポリアリルエー
テル化合物の例としては、置換、未置換のアリルアルコ
ールにエポキシ化合物(エチレンオキサイド、プロピレ
ンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイ
ド、シクロヘキセンオキサイド、エピハロヒドリン、ア
リルグリシジルエーテル等)を付加した化合物が挙げら
れる。これらのうち好ましいものは、置換、未置換のア
リルアルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキ
サイドを付加した化合物である。ポリアリルエステル化
合物としては、アリルアルコール又は上記のポリアリル
エーテル化合物とカルボン酸との反応生成物が挙げられ
る。カルボン酸の例としては、脂肪族、脂環式、及び芳
香族系のモノ及びポリカルボン酸(酢酸、プロピオン
酸、酪酸、オクタン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オ
レイン酸、安息香酸などのモノカルボン酸、(炭素数1
〜20);アジピン酸、フタル酸などのジカルボン酸
等)が挙げられる。これらのうち好ましいものは、ポリ
アリルエーテル化合物とポリカルボン酸の反応生成物で
ある。ポリチオールとしては、液状ポリサルファイド;
脂肪族、脂環式及び芳香族系のポリチオール化合物;メ
ルカプトカルボン酸エステルが挙げられる。液状ポリサ
ルファイドとしてはチオコールLPシリーズ(東レチオ
コール(株))が挙げられる。このうち好ましいものは
平均分子量が400以下のものである。脂肪族、脂環式
及び芳香族系のポリチオール化合物の例としては、メタ
ン(ジ)チオール、エタン(ジ)チオールが挙げられ
る。メルカプトカルボン酸エステルとしては、メルカプ
トカルボン酸と多価アルコールとのエステル化反応又は
メルカプトカルボン酸アルキルエステルと多価アルコー
ルとのエステル交換反応により得られる化合物が挙げら
れる。メルカプトカルボン酸の例としては、2−メルカ
プト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸が挙げられる。
多価アルコールの例としては、エチレングリコール、ト
リメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリト
ール、ショ糖及びこれらのアルキレンオキサイド付加物
(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド付加物、
ブチレンオキサイド付加物)等が挙げられる。多価アル
コールとして好ましいものは3価以上の多価アルコール
でアルキレンオキサイド付加物を含まないものである。
メルカプトカルボン酸アルキルエステルの例としては、
2−メルカプト酢酸エチルエステル、3−メルカプトプ
ロピオン酸メチルエステル等が挙げられる。ポリチオー
ルのうちで好ましいものは、液状ポリサルファイド及び
メルカプトカルボン酸エステルである。ポリエチレン/
ポリチオールの反応混合物の重合開始剤としては、不飽
和カルボン酸エステルの重合について示したものと同様
のものが用いられる。[Formula 3] RSH → RS · + H · RS · + CH 2 = CH-CH 2 R '→ RS-CH 2 -CH-
CH 2 R ′ RSH → RS—CH 2 —CH 2 —CH 2 R ′ + RS . (In the above formula, R and R ′ are organic groups such as an alkyl group.) Examples of the polyene include polyallyl ether compounds and polyallyl Ester compounds are exemplified. Examples of the polyallyl ether compound include compounds obtained by adding an epoxy compound (such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, cyclohexene oxide, epihalohydrin, and allyl glycidyl ether) to a substituted or unsubstituted allyl alcohol. Of these, preferred are compounds obtained by adding ethylene oxide and propylene oxide to substituted and unsubstituted allyl alcohol. Examples of the polyallyl ester compound include a reaction product of an allyl alcohol or the above-mentioned polyallyl ether compound with a carboxylic acid. Examples of carboxylic acids include aliphatic, cycloaliphatic, and aromatic mono- and polycarboxylic acids (such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, octanoic acid, lauric acid, stearic acid, oleic acid, and benzoic acid). Acid, (C 1
20); adipic acid, and dicarboxylic acids such as phthalic acid). Preferred among these are reaction products of a polyallyl ether compound and a polycarboxylic acid. As polythiol, liquid polysulfide;
Aliphatic polythiol compounds of cycloaliphatic and aromatic; mercaptocarboxylic acid esters. As the liquid polysulfide Thiokol LP series (east Thiokol Co., Ltd.) and the like. Among preferred are average molecular weight is of 400 or less. Examples of the aliphatic, alicyclic and aromatic polythiol compounds include methane (di) thiol and ethane (di) thiol. The mercaptocarboxylic acid ester, compounds obtained by transesterification of an esterification reaction or mercaptocarboxylic acid alkyl esters with polyhydric alcohols and mercapto carboxylic acids and polyhydric alcohols. Examples of mercaptocarboxylic acids include 2-mercaptoacetic acid and 3-mercaptopropionic acid.
Examples of polyhydric alcohols include ethylene glycol, trimethylolpropane, glycerin, pentaerythritol, sucrose, and alkylene oxide adducts thereof (ethylene oxide, propylene oxide adduct,
Butylene oxide adduct). Preferred polyhydric alcohols are trihydric or higher polyhydric alcohols that do not contain an alkylene oxide adduct.
Examples of mercaptocarboxylic acid alkyl esters include:
Examples thereof include 2-mercaptoacetic acid ethyl ester and 3-mercaptopropionic acid methyl ester. Preferred among the polythiol is a liquid polysulfide and mercapto carboxylic acid ester. polyethylene/
As the polymerization initiator for the reaction mixture of the polythiol, the same polymerization initiator as described for the polymerization of the unsaturated carboxylic acid ester is used.
【0021】本発明に用いる電解質塩としては通常の電
解質として用いられるものであれば特に制限はないが、
例えば、LiBR4(Rはフェニル基、アルキル基)、
LiPF6、LiSbF6、LiAsF6、LiBF4、L
iClO4、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、
(CF3SO2)3CLi、C6F9SO3Li、C8F17SO
3Li、LiAlCl4、リチウムテトラキス[3,5−
ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ボレート等の単
独あるいは混合物を例示することができる。好ましくは
CF3SO3Li(CF3SO2)2NLi、(CF3SO2)3
CLi、C6F9SO3Li、C8F17SO3Li等のスル
ホン酸系アニオンの電解質である。The electrolyte salt used in the present invention is not particularly limited as long as it is used as a normal electrolyte.
For example, LiBR 4 (R is a phenyl group, an alkyl group),
LiPF 6, LiSbF 6, LiAsF 6 , LiBF 4, L
iClO 4, CF 3 SO 3 Li , (CF 3 SO 2) 2 NLi,
(CF 3 SO 2 ) 3 CLi, C 6 F 9 SO 3 Li, C 8 F 17 SO
3 Li, LiAlCl 4, lithium tetrakis [3,5
Bis (trifluoromethyl) phenyl] borate and the like can be used alone or as a mixture. Preferably, CF 3 SO 3 Li (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 3
It is an electrolyte of a sulfonic acid anion such as CLi, C 6 F 9 SO 3 Li, and C 8 F 17 SO 3 Li.
【0022】本発明に用いる非水溶媒としてはカーボネ
ート溶媒(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
ート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート)、アミド溶媒(N−メチホルム
アミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホ
ルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセ
トアミド、N−メチルピロジリノン)、ラクトン溶媒
(γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレ
ロラクトン、3−メチル−1、3オキサゾリジン−2−
オン等)、アルコール溶媒(エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、グリセリン、メチルセロソルブ、
1、2ブタンジオール、1、3ブタンジオール、1,4
ブタンジオール、ジグリセリン、ポリオキシアルキレン
グリコールシクロヘキサンジオール、キシレングリコー
ル等)、エーテル溶媒(メチラール、1,2−ジメトキ
シエタン、1,2−ジエトキシエタン、1−エトキシ−
2−メトキシエタン、アルコキシポリアルキレンエーテ
ル等)、ニトリル溶媒(ベンゾニトリル、アセトニトリ
ル、3−メトキシプロピオニトリル等)、燐酸類及び燐
酸エステル溶媒(正燐酸、メタ燐酸、ピロ燐酸、ポリ燐
酸、亜燐酸、トリメチルホスフェート等)、2−イミダ
ゾリジノン類(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノ
ン等)、ピロリドン類、スルホラン溶媒(スルホラン、
テトラメチレンスルホラン)、フラン溶媒(テトラヒド
ロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2,5−ジ
メトキシテトラヒドロフラン)、ジオキソラン、ジオキ
サン、ジクロロエタンの単独あるいは2種以上の混合溶
媒が使用できる。これらのうち好ましくはカーボネート
類、エーテル類、フラン溶媒である。セパレータとして
は、電解質溶液のイオン移動に対して低抵抗であり、か
つ、溶液保持性に優れたものが用いられ、例えば、ガラ
ス、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
プロピレン、ポリエチレン等の1種以上の材質から選ば
れる不織布又は織布が挙げられる。本発明の高分子固体
電解質は電極との界面抵抗を低くすることができるた
め、一次電池、二次電池、センサー、エレクトロクロミ
ック素子、電気化学FET等の電気化学反応を利用した
電気化学素子に用いることができ、特に二次電池に応用
した場合には大きな効果を示す。As the non-aqueous solvent used in the present invention, carbonate solvents (propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate,
Diethyl carbonate), amide solvent (N-methylformamide, N-ethylformamide, N, N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N-methylpyrrolidinone), lactone solvent (γ-butyllactone, γ- valerolactone, .delta.-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2
ON), alcohol solvents (ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, methyl cellosolve,
1,2 butanediol, 1,3 butanediol, 1,4
Butanediol, diglycerin, polyoxyalkylene glycol cyclohexanediol, xylene glycol, etc.), ether solvents (methylal, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1-ethoxy-)
2-methoxyethane, alkoxypolyalkylene ether, etc.), nitrile solvent (benzonitrile, acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), phosphoric acid and phosphate ester solvents (normal phosphoric acid, metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, pyrophosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid) , Trimethyl phosphate, etc.), 2-imidazolidinones (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, etc.), pyrrolidones, sulfolane solvents (sulfolane,
Tetramethylene sulfolane), a furan solvent (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,5-dimethoxytetrahydrofuran), dioxolane, dioxane, dichloroethane, or a mixture of two or more solvents can be used. Of these, preferred are carbonates, ethers and furan solvents. As the separator, one having low resistance to ion movement of the electrolyte solution and having excellent solution retention properties is used, for example, one or more of glass, polyester, polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene. It includes nonwoven or woven fabric selected from a material. Since the polymer solid electrolyte of the present invention can lower the interface resistance with the electrode, it is used for an electrochemical device utilizing an electrochemical reaction such as a primary battery, a secondary battery, a sensor, an electrochromic device, and an electrochemical FET. it can exhibit a large effect when applied to particular secondary batteries.
【0023】本発明の電気化学素子に用いる電極は必要
によりバインダー、導電剤を用いて成型される。バイン
ダーとしてはポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化
ビニリデン等の有機フッ素高分子、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン、ポリアニリン、ポリア
ルキルチオフェン等の可溶性導電性高分子を例示できる
がこれらに限定されるものではない。導電剤としてはグ
ラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、
ケッチェンブラック等の導電性炭素、ニッケル、銅、チ
タン、ステンレス鋼等の金属あるいは合金、酸化チタ
ン、酸化インジウム等の導電性酸化物等、ポリピロール
等の導電性高分子材料が挙げられるが、導電性炭素が少
量の添加量で導電性を改善でき好ましい。The electrodes used in the electrochemical device of the present invention are molded by using a binder and a conductive agent as required. Examples of the binder include, but are not limited to, organic fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and soluble conductive polymers such as polyaniline and polyalkylthiophene. As the conductive agent, graphite, carbon black, acetylene black,
Conductive carbon such as Ketjen black; metals or alloys such as nickel, copper, titanium, and stainless steel; conductive oxides such as titanium oxide and indium oxide; and conductive polymer materials such as polypyrrole. preferred can improve conductivity with a small amount of addition amount gender carbon.
【0024】本発明の二次電池は基本的には正極、負極
及び高分子固体電解質から構成され、必要によりセパレ
ータを用いてもよい。The secondary battery of the present invention basically comprises a positive electrode, a negative electrode and a solid polymer electrolyte, and may use a separator if necessary.
【0025】本発明の二次電池の正極活物質としては無
機系活物質、有機系活物質、これらの複合体が例示でき
るが、無機系活物質あるいは無機系活物質と有機系活物
質の複合体が、特にエネルギー密度が大きく好ましい。
無機系活物質としては、MnO2、Mn2O3、CoO2、
NiO2、TiO2、V2O5、V3O8、Cr2O3、Fe
2(SO4)3、Fe2(MoO2)3、Fe2(WO2)3等の金属
酸化物、TiS2、MoS2、FeS等の金属硫化物、こ
れらの化合物とリチウムの複合酸化物が挙げられる。有
機系活物質としてはポリアセチレン、ポリアニリン、ポ
リピロール、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェ
ン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリジフェニル
ベンジン等の導電性高分子、炭素体から選ばれる1種ま
たはそれ以上の複合体等を例示することができる。本発
明の二次電池の負極活物質としてはリチウム、ナトリウ
ム等のアルカリ金属、アルミニウム、鉛、シリコン、マ
グネシウム等の金属とリチウムとの合金、ポリピリジ
ン、ポリアセチレン、ポリチオフェンあるいはこれらの
誘導体のカチオンドープ可能な導電性高分子、リチウム
を吸蔵可能な炭素体、SnO2、TiO2等の金属酸化物
が挙げられ、中でも炭素体がサイクル寿命、エネルギー
密度の点で最も好ましい。炭素体としては天然黒鉛、石
炭コークス、石油コークスのほか、有機化合物を原料と
した熱分解炭素、天然高分子、合成性高分子を焼成する
ことにより得られる炭素体が挙げられる。本発明の二次
電池の形態は特に限定するものではないが、コイン、シ
ート、円筒、ガム等種々の形態の電池に実装することが
できる。The positive electrode active material of the secondary battery of the present invention can be exemplified by an inorganic active material, an organic active material, and a composite thereof. The inorganic active material or a composite of the inorganic active material and the organic active material is exemplified. body, particularly the energy density is significantly preferred.
Examples of the inorganic active materials, MnO 2, Mn 2 O 3 , CoO 2,
NiO 2 , TiO 2 , V 2 O 5 , V 3 O 8 , Cr 2 O 3 , Fe
Metal oxides such as 2 (SO 4 ) 3 , Fe 2 (MoO 2 ) 3 and Fe 2 (WO 2 ) 3 , metal sulfides such as TiS 2 , MoS 2 and FeS, and composite oxides of these compounds and lithium Is mentioned. Examples of the organic active material include conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyalkylthiophene, polycarbazole, polyazulene, and polydiphenylbenzine, and one or more composites selected from carbon bodies. be able to. As the negative electrode active material of the secondary battery of the present invention, lithium, an alkali metal such as sodium, aluminum, lead, silicon, an alloy of lithium and a metal such as magnesium, polypyridine, polyacetylene, polythiophene or a derivative thereof can be cation-doped. Examples thereof include a conductive polymer, a carbon body capable of storing lithium, and a metal oxide such as SnO 2 and TiO 2. Among them, a carbon body is most preferable in terms of cycle life and energy density. Examples of the carbon body include natural graphite, coal coke, and petroleum coke, as well as carbon bodies obtained by calcining pyrolytic carbon obtained from organic compounds, natural polymers, and synthetic polymers. Although the form of the secondary battery of the present invention is not particularly limited, it can be mounted on various forms of batteries such as coins, sheets, cylinders, and gums.
【0026】[0026]
実施例1
45重量部の平均粒径10μmの天然黒鉛、45重量部
の平均粒径8μmのピッチコークス、10重量部のポリ
フッ化ブニリデンを混合し、N−メチルピロリドンを加
えて混合してペースト状にした。これを20μmの銅ホ
イルに塗布し、乾燥して電極活物質層の厚さが60μm
の炭素電極を作成した。この炭素電極を1.5MLiN
(CF3SO2)2をエチレンカーボネートとジエチルカ
ーボネートの1:1(体積比)混合溶媒に溶解した電解
液中で0V定電圧充電を行った。この電極を作用極と
し、対極にリチウムを用いてビーカーセルを作製した。
13.8重量部のエトキシジエチレングリコールアクリ
レートと0.2重量部のトリメチロールプロパントリア
クリレートと上記電解液を86重量部と0.01重量部
のベンゾインイソプロピルエーテルを混合した組成物を
ビーカーセル中に注ぎ込んだ後70mW/cm2の照度
の紫外線を30秒間照射して重合反応を生じさせ炭素電
極と高分子固体電解質を複合させた。炭素電極を1.4
mA/cm2、0V、3時間で定電流定電圧充電行い、
1.4mA/cm2あるいは2.8mA/cm2で0.8
Vまで放電を行った。以上の充放電条件を繰返し、5サ
イクル目の炭素電極のエネルギー密度を測定した。結果
は表1に示される。Example 1 45 parts by weight of natural graphite having an average particle diameter of 10 μm, 45 parts by weight of pitch coke having an average particle diameter of 8 μm, and 10 parts by weight of poly (vinylidene fluoride) were mixed, and N-methylpyrrolidone was added and mixed to form a paste. I made it. This was applied to a copper foil of 20 μm, dried, and the thickness of the electrode active material layer was reduced to 60 μm.
Was prepared. The carbon electrode is 1.5M LiN
0V constant voltage charging was performed in an electrolytic solution in which (CF 3 SO 2 ) 2 was dissolved in a 1: 1 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate. Using this electrode as a working electrode, a beaker cell was prepared using lithium as a counter electrode.
A composition obtained by mixing 13.8 parts by weight of ethoxydiethylene glycol acrylate, 0.2 parts by weight of trimethylolpropane triacrylate, and 86 parts by weight of the above electrolyte and 0.01 parts by weight of benzoin isopropyl ether was poured into a beaker cell. Thereafter, ultraviolet rays having an illuminance of 70 mW / cm 2 were irradiated for 30 seconds to cause a polymerization reaction, and the carbon electrode and the solid polymer electrolyte were combined. 1.4 carbon electrodes
mA / cm 2 , 0V, constant current constant voltage charge in 3 hours,
In 1.4 mA / cm 2 or 2.8 mA / cm 2 0.8
Discharge was performed to V. The above charge and discharge conditions were repeated, and the energy density of the carbon electrode at the fifth cycle was measured. The results are shown in Table 1.
【0027】比較例1
実施例1において10mW/cm2の照度の紫外線を1
分間照射する以外は実施例1と同様にしてビーカーセル
を作製し、炭素電極のエネルギー密度を測定した。結果
は表1に示される。Comparative Example 1 In Example 1, ultraviolet rays having an illuminance of 10 mW / cm 2
A beaker cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that irradiation was performed for one minute, and the energy density of the carbon electrode was measured. The results are shown in Table 1.
【0028】比較例2
実施例1において5mW/cm2の照度の紫外線を3分
間照射する以外は実施例1と同様にしてビーカーセルを
作製し、炭素電極のエネルギー密度を測定した。結果は
表1に示される。Comparative Example 2 A beaker cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that ultraviolet light having an illuminance of 5 mW / cm 2 was irradiated for 3 minutes, and the energy density of the carbon electrode was measured. The results are shown in Table 1.
【0029】[0029]
【表1】 [Table 1]
【0030】実施例2
V2O5とポリアニリンを85:15の重量比で混合し、
N−メチルピロリドンを加えてペースト状にし、20μ
mのステンレス鋼上に塗布し、乾燥して電極活物質層の
厚さが80μmの電極を作成した。この電極を正極、実
施例1の炭素電極を負極に用いて、ビーカーセルを作製
した。13.8重量部のフルフリルアクリレートと0.
2重量部のトリメチロールプロパントリアクリレートと
1.5MLiPF6をエチレンカーボネートとジエチル
カーボネートの1:1(体積比)混合溶媒に溶解した電
解液を86重量部と0.01重量部のベンゾインイソプ
ロピルエーテルを混合した組成物をビーカーセル中に注
ぎ込んだ後30mW/cm2の照度の紫外線を30秒間
照射して重合反応を生じさせた。1.2mA/cm2、
3.7V、3時間で定電流定電圧充電行い、1.2mA
/cm2で2.5Vまで放電を行った。以上の充放電条
件を繰返し、50サイクル目のビーカーセルの放電容量
を測定した。[0030] were mixed in a weight ratio of Example 2 V 2 O 5 and polyaniline 85:15,
Add N-methylpyrrolidone to make a paste,
m, and dried to form an electrode having an electrode active material layer having a thickness of 80 μm. The electrode positive, using a carbon electrode of Example 1 in the negative electrode, to prepare a beaker cell. 13.8 parts by weight of furfuryl acrylate and 0.1 part by weight.
86 parts by weight of an electrolyte obtained by dissolving 2 parts by weight of trimethylolpropane triacrylate and 1.5 M LiPF 6 in a 1: 1 (volume ratio) mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate, and 0.01 parts by weight of benzoin isopropyl ether After pouring the mixed composition into a beaker cell, it was irradiated with ultraviolet rays having an illuminance of 30 mW / cm 2 for 30 seconds to cause a polymerization reaction. 1.2 mA / cm 2 ,
3.7V, perform constant-current and constant-voltage charging in 3 hours, 1.2mA
It was discharged to 2.5V at / cm 2. The above charge and discharge conditions were repeated, and the discharge capacity of the beaker cell at the 50th cycle was measured.
【0031】比較例3
実施例2において5mW/cm2の照度の紫外線を3分
間照射する以外は実施例2と同様にしてビーカーセルを
作製し、ビーカーセルの放電容量を測定した。これらの
結果は表2に示される。Comparative Example 3 A beaker cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that ultraviolet light having an illuminance of 5 mW / cm 2 was irradiated for 3 minutes, and the discharge capacity of the beaker cell was measured. These results are shown in Table 2.
【0032】[0032]
【表2】 [Table 2]
【0033】[0033]
【発明の効果】以上、詳細かつ具体的に説明したよう
に、本発明によれば、電極との界面抵抗を低く保つこと
ができる高分子固体電解質が提供され、信頼性の高い電
気化学素子を提供できる。As described above in detail and specifically, according to the present invention, there is provided a polymer solid electrolyte capable of keeping the interface resistance with an electrode low, and a highly reliable electrochemical device is provided. Can be provided.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 利幸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平8−315857(JP,A) 特開 平9−129246(JP,A) 特開 平9−147920(JP,A) 国際公開94/000889(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 2/00 - 2/60 H01M 6/18,10/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyuki Osawa Ricoh Co., Ltd. 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo (56) References JP-A 8-315857 (JP, A) JP 9-129246 (JP, A) JP-A-9-147920 (JP, A) WO 94/000889 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C08F 2/00- 2/60 H01M 6 / 18,10 / 40
Claims (7)
液100重量%に対し、一般式(I)及び( II )で表わ
される化合物又はこれを主成分とする不飽和カルボン酸
エステル10〜30重量%を混合し、活性光線重合反応
によって作製された高分子固体電解質であって、高分子
マトリックス中の未反応の重合性モノマーが30重量%
以下であることを特徴とする高分子固体電解質。 【化1】 (式中、R 1は水素原子又はメチル基、R 2は炭化水素
基、又は複素環を含む基、nは1以上の整数を表す) 【化2】 (式中、R 3は水素原子又はメチル基、R 4は複素環を
含む基を表わす) 1. Non-aqueous electrolysis in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent
Relative to the liquid 100 wt%, Table by formula (I) and (II)
Compound or unsaturated carboxylic acid containing the same as a main component
Mixing 10 to 30% by weight of ester, actinic ray polymerization reaction
A solid polymer electrolyte produced by
30% by weight of unreacted polymerizable monomer in the matrix
A polymer solid electrolyte characterized by the following. Embedded image (Wherein, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrocarbon
A group or a group containing a heterocyclic ring, and n represents an integer of 1 or more. (Wherein, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group, R 4 is a heterocyclic ring
Represents a group containing)
液100重量%に対し、一般式(I)及び( II )で表わ
される化合物又はこれを主成分とする不飽和カルボン酸
エステル10〜30重量%と、さらに4重量%以下の多
官能の不飽和カルボン酸エステルを併用 し混合すること
を特徴とする請求項1に記載の高分子固体電解質。 【化1】 (式中、R 1は水素原子又はメチル基、R 2は炭化水素
基、又は複素環を含む基、nは1以上の整数を表す) 【化2】 (式中、R 3は水素原子又はメチル基、R 4は複素環を
含む基を表わす) 2. Non-aqueous electrolysis in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent.
Relative to the liquid 100 wt%, Table by formula (I) and (II)
Compound or unsaturated carboxylic acid containing the same as a main component
10 to 30% by weight of ester, and 4% by weight or less.
The polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein a functional unsaturated carboxylic acid ester is used in combination and mixed. Embedded image (Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrocarbon
A group or a group containing a heterocyclic ring, and n represents an integer of 1 or more. (Wherein, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group, R 4 is a heterocyclic ring
Represents a group containing)
照射することにより作製されたものであることを特徴とIt is characterized by being produced by irradiation
する請求項1又は2に記載の高分子固体電解質。The polymer solid electrolyte according to claim 1 or 2, wherein
る請求項1乃至3の何れかに記載の高分子固体電解質。4. The solid polymer electrolyte according to claim 1, further comprising a non-aqueous solvent.
固体電解質を用いたことを特徴とする電気化学素子。5. An electrochemical device using the solid polymer electrolyte according to claim 1. Description:
固体電解質を用いたことを特徴とする二次電池。6. A secondary battery using the solid polymer electrolyte according to claim 1. Description:
とする請求項6に記載の二次電池。The secondary battery according to claim 6, 7. negative electrode active material is characterized in that it is a carbon material.
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