JP4100616B2 - 水素結合部位を有する低分子化合物を複合化したイオン伝導性材料 - Google Patents
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Description
技術分野：
本発明は、電池及び他の電気化学デバイス材料として好適なイオン伝導性材料に関わり、詳しくは、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）等のポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又はクラウンエーテル誘導体等の水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料に関し、さらに詳しくは、上記成分にアルカリ金属塩を含有する又は上記水素結合部位を有する低分子化合物にアルカリ金属塩部位を導入した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料に関する。また、上記イオン伝導性材料をリチウム二次電池の固体電解質に使用することを特徴とするリチウム二次電池に関する。
背景技術：
従来、リチウム電池のイオン伝導体としては、無機アルカリ塩を非プロトン性溶媒に溶解した溶液（電解液）が使用されている。しかし、電解液は電池組み立ての際に外部に流出し易く缶体の封止が難しい。さらに電池組み立て後も液漏れが発生し易く、特に引火性のある有機溶媒を用いる場合にはその危険性が指摘されている。また、揮発し易く、長期間の信頼性に欠けるという欠点を有している。この電解液の欠点を取り除くため、有機及び無機系の固体電解質が検討されている。特に、高分子を主成分とした有機系の固体電解質は、柔軟性、軽量性、弾性、薄膜成形性、加工性、透明性等に優れており、電気自動車用高エネルギー電池やＩＣカード等の薄型製品内臓電池等の応用が考えられている。
現在、有機系の固体電解質としては、ポリエチレンオキサイド又はポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル系高分子化合物とリチウムスルホンイミド、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ＬｉＣｌＯ４等のアルカリ金属塩の複合体が知られている。しかし、複合体は固形状でフィルム成形も可能であるが、交流インピーダンス法から求められるイオン伝導度が約１０−７〔Ｓ／ｃｍ〕（２５℃）と極めて低く、イオン伝導体として使用不能である。また高分子固体電解質に可塑剤を加えてイオン伝導度を高くすることも可能であるが、流動性を付与することとなるため、完全な固体としては取り扱えず、膜強度や製膜性に劣り、液体系イオン伝導性物質同様に封止上の問題が発生する。
そのような技術背景から、最近、オリゴエチレンを側鎖に導入した櫛形高分子が、イオン伝導性を担っているオキシエチレン鎖の熱運動性を高め、イオン伝導性が改良されることが多数報告されているが、イオン伝導性と形状安定性の面から技術的な限界に至っている。さらに、電気自動車等の高温作動（６０℃＞）で使用する場合には耐熱性にも問題がある。
一方、ポリマーの連鎖構造の制御、高融点化に関する方法として、低分子との水素結合相互作用を利用する低分子−高分子コンプレックスが知られている。具体的には、ポリエチレンオキサイドとヒドロキノン、レゾルシノール又はｐ−ニトロフェノールとを成分化合物とするもの〔Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．，ｖｏｌ．１１４，ｐ５１（１９９７）〕が開示されている。しかし、これらの化合物にＬｉ塩等を添加して固体電解質等のイオン伝導性材料として使用できることに関しては記載されていない。
また、ポリ（エチレングリコール）ビス（カルボキシメチル）エーテルとピラジン等の含窒素複素環化合物とを水素結合を利用することで従来の共有結合では得られない柔軟性を有する高分子固体電解質に関するもの（特開平２０００−１００２４４号公報）が開示されている。しかし、ポリマー末端に水素結合部位を有するポリマーとの水素結合を利用するものであり、ポリマー主鎖中のくり返し単位中の水素結合性官能基との水素結合を利用する本発明材料とは異なる。さらに、ポリ（エチレングリコール）ビス（カルボキシメチル）エーテル単体に比べて、イオン伝導率が低くなるために実用化には至っていない。
発明の開示：
本発明の課題は、簡単に調製でき、耐熱性及び加工性に優れ、かつ室温でのイオン伝導度が高いイオン伝導性材料を提供することを目的とする。
本発明は上記の課題を解決すべく鋭意研究をした結果、ポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成することで、ポリマーの連鎖構造の制御のみではなくイオン伝導度の向上に対しても極めて有効であることを見出した。さらに、本発明の電子材料は、平滑性、均質性に優れた良好な薄膜が得られ、その薄膜の耐熱性を大幅に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、ポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料（請求項１）や、用途が、リチウム二次電池の固体電解質である請求項１記載のイオン伝導性材料（請求項２）や、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマーが、ポリエーテルである請求項１及び請求項２記載のイオン伝導性材料（請求項３）や、ポリエーテルが、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドである請求項３記載のイオン伝導性材料（請求項４）や、水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、環状エーテルである請求項１及び請求項２記載のイオン伝導性材料（請求項５）や、環状エーテルが、クラウンエーテル誘導体化合物である請求項５記載のイオン伝導性材料（請求項６）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物である請求項１から請求項６記載のイオン伝導性材料
〔式中、Ｗは、（ＣＨ２）ｎ又はｐ−フェニレン基を表し、ｎは、０、１、２又は３であり、Ｘは、水酸基、カルボキシル基、置換基を有してもよいアミノ基を表し、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ水素原子、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、置換されていてもよいフェニル基、ハロゲン原子又はＣ１〜Ｃ６アルコキシ基を表す。］（請求項７）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、一般式（２）で表されるパラ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物である請求項１から請求項６記載のイオン伝導性材料
［式中、Ｙは、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ニトロ基を表し、Ｒ３は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基又はハロゲン原子を表す。］（請求項８）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、一般式（３）で表されるメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物である請求項１から請求項６記載のイオン伝導性材料
［式中、Ｚは、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ニトロ基を表し、Ｒ４は、水素原子、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基又はハロゲン原子を表す。］（請求項９）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、少なくとも１つ以上のアルカリ金属塩部位を有する化合物である請求項１から請求項６記載のイオン伝導性材料（請求項１０）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物である請求項１０記載のイオン伝導性材料
［式中、Ｖは、（ＣＨ２）ｍ又はｐ−フェニレン基を表し、ｍは、０、１、２又は３であり、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４は、それぞれ水素原子又はアルカリ金属原子を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４のうち少なくとも一つは水素原子及びアルカリ金属原子を表し、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ水素原子、Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、置換されていてもよいフェニル基、ハロゲン原子又はＣ１〜Ｃ６アルコキシ基を表す。］（請求項１１）や、イオン伝導性材料中に、アルカリ金属塩を含有することを特徴とする請求項１から請求項９記載のイオン伝導性材料（請求項１２）や、アルカリ金属塩がリチウム塩である請求項１２記載のイオン伝導性材料（請求項１３）や、リチウム塩が過塩素酸リチウム、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウムまたはトリフルオロメタンスルホン酸リチウムである請求項１３記載のイオン伝導性材料（請求項１４）や、イオン伝導性材料が固体状であることを特徴とする請求項１から請求項１４記載のイオン伝導性材料（請求項１５）に関する。
本発明で用いる水素結合部位を有する低分子化合物としては、水酸基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基等を有する低分子化合物であれば、本発明にすべて包含されるが、特に一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）又は（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物が好ましい。
本発明の一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物において、
Ｗは（ＣＨ２）ｎ又はｐ−フェニレン基を表し、ｎは、０，１，２又は３であり、
Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等のＣ１〜Ｃ６アルコキシ基；置換基を有していてもよいフェニル基（置換基としては、水酸基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表し、
Ｘは、水酸基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基（置換基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表す。
本発明で用いるテトラキスアリール系化合物として、具体的には、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３，３−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−アミノフェニル）エタン等を挙げることができる。
本発明の一般式（２）又は（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物において、
Ｙ及びＺは水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ニトロ基であり、
Ｒ３及びＲ４は、水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブリル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を表す。
本発明で用いるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物として、具体的には、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、ｐ−ニトロフェノール、３−メチル−４−ニトロフェノール、４−アミノフェノール、３−メチル−４−アミノフェノール、４−カルボキシフェノール、３−メチル−４−カルボキシフェノール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、４−エチルレゾルシノール、３−アミノフェノール、４−メチル−３−アミノフェノール、３−カルボキシフェノール、４−メチル−３−カルボキシフェノール、３−ニトロフェノール、４−メチル−３−ニトロフェノール等を挙げることができる。
本発明で用いる一般式（１）で表される上記テトラキスアリール系化合物のうち、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物の分子配列化とそれに伴うイオン伝導性及び耐熱性の向上などの性能の点から、特に１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン１，１，２，２−テトラキス（４−アミノフェニル）エタンが好ましい。
本発明で用いる一般式（２）及び（３）で表される上記パラ及びメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物のうち、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物の分子配列化とそれに伴うイオン伝導性及び耐熱性の向上などの性能の点から、特にヒドロキノン、ｐ−ニトロフェノール、レゾルシノールが好ましい。
本発明の一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物において、
Ｖは（ＣＨ２）ｍ又はｐ−フェニレン基を表し、ｎは、０，１，２又は３であり、
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４は水素原子又はリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子等のアルカリ金属原子を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４のうち少なくとも一つは水素原子及びアルカリ金属原子を表し、
Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等のＣ１〜Ｃ６アルコキシ基；置換基を有していてもよいフェニル基（置換基としては、水酸基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表す。
本発明で用いるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物として、具体的には、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３，３−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレンで表せる化合物の４つの水酸基のうち、１から３個の水酸基がリチウム原子、ナトリウム原子又はカリウム原子等のアルカリ金属原子とアルカリ金属塩を形成した化合物が挙げられる。
本発明に使用するアルカリ金属塩としては、有機酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩又は無機酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が挙げられ、好ましくはリチウム塩である。有機酸のリチウム塩としては、例えば、酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸リチウム、安息香酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ｐ−トルエンスルホン酸リチウム、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウム、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸リチウム等が挙げられ、無機酸のリチウム塩としては、例えば、ＬｉＮＯ３、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６等が挙げられる。これらの中で好ましいリチウム塩は、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸リチウム、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩である。
本発明で用いるイオン伝導性ポリマー類は、ポリエーテル類、ポリアルコール類、ポリアミン類、ポリアクリル酸類、ポリエステル類、ポリスルフィド類、ポリビニル複素環類の何れかに分類できる従来公知のイオン伝導能を持ち、かつ水素結合性官能基を有するポリマーの中から任意のものを一種又は二種以上選択して使用でき、単独重合体あるいは共重合体を問わず、本発明で用いる前記一般式（１）で表わされるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）及び一般式（３）で表されるパラ及びメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物と分子化合物を形成するイオン伝導性ポリマーであれば特に制限はない。このようなポリマーとしては、例えば、ポリエーテル類としてはポリオキシメチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレンオキサイド、ポリオキシメチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンモノアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールビス（カルボキシメチル）エーテル、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、オキシエチレン−オキシプロピレングリコール共重合体、オキシエチレン−オキシプロピレンアルキルエーテル共重合体等を例示することができる。ポリエステル類としてポリβ−プロピオンラクトン、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリアルコール類としてポリビニルアルコール、ビニルアルコール−ビニルピロリドン共重合体、ポリアミン類としてポリエチレンイミン、ポリ（Ｎ−メチル）エチレンイミン、ポリアクリル酸類としてポリアクリル酸、メタクリル酸−オキシエチレン共重合体、ポリスルフィド類としてポリエチレンスルフィド、ポリプロピレンスルフィド、ポリビニル複素環類としてポリビニルピロリドン等を例示することができる。
本発明で用いるイオン伝導性ポリマーは、前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）及び一般式（３）で表されるパラ及びメタヒドロキシベンゼン誘導体、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物と分子化合物を形成するものであれば特に分子量に対する制限はないが、方向特異的な水素結合の形成とそれに伴う組織化、化学的安定化、薄膜成形性などの性能の点から、特に分子量２００〜２，０００，０００の範囲のものが好適に用いられる。
本発明で用いるイオン伝導性環状化合物は、１２−クラウン−４−エーテル誘導体、１５−クラウン−５−エーテル誘導体、１８−クラウン−６−エーテル誘導体、２１−クラウン−７−エーテル、２４−クラウン−８−エーテル、ベンゾ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ジベンゾ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ベンゾ−１５−クラウン−５−エーテル誘導体、ジベンゾ−１５−クラウン−５−エーテル誘導体、ベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ベンゾ−２１−クラウン−７−エーテル誘導体、ジベンゾ−２１−クラウン−７−エーテル誘導体、ベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、ジベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、トリベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、テトラベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体等のクラウンエーテル誘導体、モノアザ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ジアザ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、モノアザ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジアザ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジアザ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、ジベンゾジアザ−１８−クラウン−６−エーテル等のアザクラウンエーテル誘導体、ジチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、テトラチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジベンゾジチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体等のチアクラウンエーテル誘導体、及びそれらを主鎖に含むポリマー等を例示することができる。
本発明のイオン伝導性材料は、前記のような水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物に前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物又は一般式（２）もしくは一般式（３）で表されるパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体とアルカリ金属塩を直接混合するか、あるいは有機溶媒中で混合した後に溶媒を徐々に蒸発させるキャスト法によって得ることができる。また、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物を用いた場合には、アルカリ金属塩を加えることなく同様の方法により得ることができる。また、イオン伝導性ポリマー又はイオン伝導性環状化合物とテトラキスアリール系化合物又はパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体とからなる複合体を成形した後に、これをアルカリ金属塩を溶解した有機溶媒中に浸漬処理する公知の方法でイオンキャリアをドープして作製される。さらに、テトラキスアリール系化合物又はパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体に対して、二種類以上のイオン伝導性ポリマー又はイオン伝導性環状化合物を反応させることにより、四成分以上の多成分からなるイオン伝導性材料を得ることもできる。前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）又は一般式（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物の使用量は、一般的には水素結合部位を有するイオン伝導性ポリマー１００重量部に対し、１〜９９重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。またアルカリ金属塩の使用量としては、目的とする低分子−高分子又は環状化合物複合固体電解質のイオン伝導度などによって適宜決定されるものであるが、エチレンオキサイドユニットとモル比で１５〜２０／１程度が好ましい。
上記方法により得られた物質が確かに分子間相互作用に基づいた複合体であることは、熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）、Ｘ線回折パターン、１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲなどにより確認することができる。
発明を実施するための最良の形態：
次に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、以下の実施例に示したイオン伝導性材料のイオン伝導度は、通常の複素インピーダンス法により、測定したものである。
実施例１
１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ＴＥＰ）とポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）とを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造１
アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で、ＴＥＰ０．３８ｍｍｏｌ（０．１５ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量１００，０００）０．０５ｍｍｏｌ（０．５ｇ）、及びリチウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）０．６９ｍｍｏｌ（０．２０ｇ）に脱水アセトニトリル７ｍｌと脱水メタノール５ｍｌの混合溶媒１２ｍｌを加え、室温で攪拌して透明な溶液とした［ＴＥＰとエチレンオキサイド（ＥＯ）ユニットとの組成比率１：３０（モル比）、ＬｉＴＦＳＩとＥＯユニットとの組成比率１：１７（モル比）］。この溶液を厚さ３ｍｍのシリコンシート上にキャストし、加熱減圧下で溶媒を留去し、厚さ１２０μｍのＴＥＰ−ＰＥＯ−ＬｉＴＦＳＩ複合体の薄膜を得た。この薄膜の３０℃におけるイオン伝導率は、１．１１×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。４５℃、６０℃におけるイオン伝導率は、それぞれ８．３３×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、６．６７×１０−５［Ｓ／ｃｍ］であった。この複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトルにおいて７０ｐｐｍ付近に観測されるＯ−（ＣＨ２）２−Ｏ−ＣＨ２−メチレン炭素のシグナルの高磁場シフトにより、ＴＥＰとＰＥＯの間の方向特異的な分子間水素結合の形成及びＰＥＯとリチウムイオンの間の配位結合の形成、さらにイオン伝導を担うＰＥＯ非晶部のピーク強度が増大したことを確認した。
実施例２
ＴＥＰとＰＥＯとを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造２
ＴＥＰ０．８３ｍｍｏｌ（０．３３ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量２０，０００）０．０２５ｍｍｏｌ（０．５ｇ）、及び過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）２．３５ｍｍｏｌ（０．２５ｇ）［ＴＥＰとエチレンオキサイド（ＥＯ）ユニットとの組成比率１：１４（モル比）、ＬｉＣｌＯ４とＥＯユニットとの組成比率１：５（モル比）］を使用し、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。この薄膜は、１００℃まで融解せずに安定であった。６０℃、８０℃、１００℃におけるイオン伝導度は、それぞれ５．７×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、２．１×１０−５［Ｓ／ｃｍ］、２．１×１０−４［Ｓ／ｃｍ］であった。この複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトルにおいて７０ｐｐｍ付近に観測されるＯ−（ＣＨ２）２−Ｏ−ＣＨ２−メチレン炭素のシグナルの高磁場シフトにより、ＴＥＰとＰＥＯの間の方向特異的な分子間水素結合の形成及びＰＥＯとリチウムイオンの間の配位結合の形成、さらにイオン伝導を担うＰＥＯ非晶部のピーク強度が増大したことを確認した。
実施例３
実施例１において、ＴＥＰの代わりにレゾルシノール（ＲＥＳ）１．１ｍｍｏｌ（０．１２５ｇ）を添加して［ＲＥＳとＥＯユニットとの組成比率１：１０（モル比）］、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、５．２０×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。
実施例４
実施例１において、ＴＥＰの代わりにｐ−ニトロフェノール（ＰＮＰ）１．１ｍｍｏｌ（０．１２５ｇ）を添加して［ＰＮＰとＥＯユニットとの組成比率１：２０（モル比）］、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、６．６０×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。
実施例５
ＴＥＰと１８−クラウン−６−エーテル（１８−Ｃｒ−６）とを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造
１８−Ｃｒ−６３．７８ｍｍｏｌ（１．００ｇ）とトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）３．７８ｍｍｏｌ（０．５９ｇ）に脱水メタノール３ｍｌを加えて溶解し、室温で３０分間攪拌した後に溶媒を減圧留去して白色固体を得た。この１８−Ｃｒ−６：ＬｉＣＦ３ＳＯ３＝１：１（モル比）錯体０．７１ｍｍｏｌ（０．３ｇ）にＴＥＰ０．０７５ｍｍｏｌ（０．０３ｇ）を加え加熱溶解してペースト状にした。このペースト状のものをアルミニウム板電極上に塗布乾燥した後、実施例１と同様の手法により、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、３．１３×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。本複合体は７６℃〜８７℃の範囲で融解した。
実施例６
［１，１，２−トリス（４−ヒドロキシフェニル）−２−（４−リチウムオキシフェニル）］エタン（ＴＥＰ−１−ＯＬｉ）とＰＥＯとを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造
ＴＥＰ３．８０ｍｍｏｌ（１．５０ｇ）をエタノール４５ｍｌに室温下で溶解させた後、１Ｎ−水酸化リチウム水溶液０．９４ｍｌを攪拌しながら加えた。そのまま室温で９時間攪拌した後、溶媒を減圧留去してＴＥＰの４つの水酸基の内１ヶ所がＯＬｉに変換された化合物（ＴＥＰ−１−ＯＬｉ）を得た。ＴＥＰ−１−ＯＬｉ１．００ｍｍｏｌ（０．４５ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量１，０００）１．００ｍｍｏｌ（１．００ｇ）に脱水メタノール４ｍｌを加え、窒素雰囲気下で１．５時間還流攪拌した［ＴＥＰ−１−ＯＬｉとＥＯユニットとの組成比率１：２０〜２１（モル比）］。メタノールをエバポレーターにより減圧留去した後、８０℃で６時間真空乾燥することにより、粘性固体状のＴＥＰ−１−ＯＬｉ−ＰＥＯ複合体を得た。実施例１と同様の手法により、イオン伝導度を評価した。２８℃におけるイオン伝導率は、３．８６×１０−８［Ｓ／ｃｍ］であった。４０℃、６０℃におけるイオン伝導率は、それぞれ２．９８×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、８．４４×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。本複合体は１１０℃〜１３８℃の範囲で融解した。
比較例１
実施例１においてＴＥＰを添加しない以外は、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、４．４１×１０−８［Ｓ／ｃｍ］であった。膜は６５℃付近で融解した。
比較例２
実施例５においてＴＥＰを添加しない以外は、実施例５と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、１．２１×１０−７［Ｓ／ｃｍ］であった。
産業上の利用可能性：
以上のように、本発明は、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又はクラウンエーテル誘導体等の水素結合官能基が、水素結合性部位を有する低分子化合物と水素結合を形成することによる複合体に、さらに電解質としてリチウム塩を包含させること又は上記水素結合部位を有する低分子化合物をリチウム塩にすることにより、室温で固体状でフィルムなどへの成形が可能であり、かつ耐熱性に優れた、良好なリチウムイオン伝導性を示すイオン伝導性材料を容易に提供することができる。また本発明のイオン伝導性材料は、漏液の問題が無く、腐食性もなく、イオン伝導性ポリマー鎖又はイオン伝導性環状化合物の環が低分子化合物との水素結合により特定の方向に配向しているので、機械的強度が高く安定であり、本発明により製造される薄膜は、水素結合部位を有する低分子化合物を用いずに製膜した薄膜に比べ、耐熱性に優れ、機械的強度が高くなるばかりでなく、イオン伝導度が高くなり、長期間の信頼性に耐える電気化学的デバイス用の固体電解質となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例２の１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ＴＥＰ）とポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）（平均分子量２０，０００及び過塩素酸リチウムからなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
第２図は、本発明の実施例４のｐ−ニトロフェノール（ＰＮＰ）とＰＥＯ（平均分子量１００，０００）及びリチウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）からなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
第３図は、本発明の実施例５のＴＥＰと１８−クラウン−６−エーテル（１８−Ｃｒ−６）及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）からなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
本発明は、電池及び他の電気化学デバイス材料として好適なイオン伝導性材料に関わり、詳しくは、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキサイド（ＰＰＯ）等のポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又はクラウンエーテル誘導体等の水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料に関し、さらに詳しくは、上記成分にアルカリ金属塩を含有する又は上記水素結合部位を有する低分子化合物にアルカリ金属塩部位を導入した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料に関する。また、上記イオン伝導性材料をリチウム二次電池の固体電解質に使用することを特徴とするリチウム二次電池に関する。
背景技術：
従来、リチウム電池のイオン伝導体としては、無機アルカリ塩を非プロトン性溶媒に溶解した溶液（電解液）が使用されている。しかし、電解液は電池組み立ての際に外部に流出し易く缶体の封止が難しい。さらに電池組み立て後も液漏れが発生し易く、特に引火性のある有機溶媒を用いる場合にはその危険性が指摘されている。また、揮発し易く、長期間の信頼性に欠けるという欠点を有している。この電解液の欠点を取り除くため、有機及び無機系の固体電解質が検討されている。特に、高分子を主成分とした有機系の固体電解質は、柔軟性、軽量性、弾性、薄膜成形性、加工性、透明性等に優れており、電気自動車用高エネルギー電池やＩＣカード等の薄型製品内臓電池等の応用が考えられている。
現在、有機系の固体電解質としては、ポリエチレンオキサイド又はポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル系高分子化合物とリチウムスルホンイミド、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ＬｉＣｌＯ４等のアルカリ金属塩の複合体が知られている。しかし、複合体は固形状でフィルム成形も可能であるが、交流インピーダンス法から求められるイオン伝導度が約１０−７〔Ｓ／ｃｍ〕（２５℃）と極めて低く、イオン伝導体として使用不能である。また高分子固体電解質に可塑剤を加えてイオン伝導度を高くすることも可能であるが、流動性を付与することとなるため、完全な固体としては取り扱えず、膜強度や製膜性に劣り、液体系イオン伝導性物質同様に封止上の問題が発生する。
そのような技術背景から、最近、オリゴエチレンを側鎖に導入した櫛形高分子が、イオン伝導性を担っているオキシエチレン鎖の熱運動性を高め、イオン伝導性が改良されることが多数報告されているが、イオン伝導性と形状安定性の面から技術的な限界に至っている。さらに、電気自動車等の高温作動（６０℃＞）で使用する場合には耐熱性にも問題がある。
一方、ポリマーの連鎖構造の制御、高融点化に関する方法として、低分子との水素結合相互作用を利用する低分子−高分子コンプレックスが知られている。具体的には、ポリエチレンオキサイドとヒドロキノン、レゾルシノール又はｐ−ニトロフェノールとを成分化合物とするもの〔Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．，ｖｏｌ．１１４，ｐ５１（１９９７）〕が開示されている。しかし、これらの化合物にＬｉ塩等を添加して固体電解質等のイオン伝導性材料として使用できることに関しては記載されていない。
また、ポリ（エチレングリコール）ビス（カルボキシメチル）エーテルとピラジン等の含窒素複素環化合物とを水素結合を利用することで従来の共有結合では得られない柔軟性を有する高分子固体電解質に関するもの（特開平２０００−１００２４４号公報）が開示されている。しかし、ポリマー末端に水素結合部位を有するポリマーとの水素結合を利用するものであり、ポリマー主鎖中のくり返し単位中の水素結合性官能基との水素結合を利用する本発明材料とは異なる。さらに、ポリ（エチレングリコール）ビス（カルボキシメチル）エーテル単体に比べて、イオン伝導率が低くなるために実用化には至っていない。
発明の開示：
本発明の課題は、簡単に調製でき、耐熱性及び加工性に優れ、かつ室温でのイオン伝導度が高いイオン伝導性材料を提供することを目的とする。
本発明は上記の課題を解決すべく鋭意研究をした結果、ポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成することで、ポリマーの連鎖構造の制御のみではなくイオン伝導度の向上に対しても極めて有効であることを見出した。さらに、本発明の電子材料は、平滑性、均質性に優れた良好な薄膜が得られ、その薄膜の耐熱性を大幅に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、ポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、水素結合部位を有する低分子化合物と水素結合を形成した化合物を含有することを特徴とするイオン伝導性材料（請求項１）や、用途が、リチウム二次電池の固体電解質である請求項１記載のイオン伝導性材料（請求項２）や、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマーが、ポリエーテルである請求項１及び請求項２記載のイオン伝導性材料（請求項３）や、ポリエーテルが、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドである請求項３記載のイオン伝導性材料（請求項４）や、水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物が、環状エーテルである請求項１及び請求項２記載のイオン伝導性材料（請求項５）や、環状エーテルが、クラウンエーテル誘導体化合物である請求項５記載のイオン伝導性材料（請求項６）や、水素結合部位を有する低分子化合物が、一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物である請求項１から請求項６記載のイオン伝導性材料
本発明で用いる水素結合部位を有する低分子化合物としては、水酸基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基等を有する低分子化合物であれば、本発明にすべて包含されるが、特に一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）又は（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物が好ましい。
本発明の一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物において、
Ｗは（ＣＨ２）ｎ又はｐ−フェニレン基を表し、ｎは、０，１，２又は３であり、
Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等のＣ１〜Ｃ６アルコキシ基；置換基を有していてもよいフェニル基（置換基としては、水酸基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表し、
Ｘは、水酸基、カルボキシル基、置換基を有していてもよいアミノ基（置換基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表す。
本発明で用いるテトラキスアリール系化合物として、具体的には、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３，３−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−アミノフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−アミノフェニル）エタン等を挙げることができる。
本発明の一般式（２）又は（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物において、
Ｙ及びＺは水酸基、アミノ基、カルボキシル基、ニトロ基であり、
Ｒ３及びＲ４は、水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブリル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を表す。
本発明で用いるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物として、具体的には、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、ｐ−ニトロフェノール、３−メチル−４−ニトロフェノール、４−アミノフェノール、３−メチル−４−アミノフェノール、４−カルボキシフェノール、３−メチル−４−カルボキシフェノール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、４−エチルレゾルシノール、３−アミノフェノール、４−メチル−３−アミノフェノール、３−カルボキシフェノール、４−メチル−３−カルボキシフェノール、３−ニトロフェノール、４−メチル−３−ニトロフェノール等を挙げることができる。
本発明で用いる一般式（１）で表される上記テトラキスアリール系化合物のうち、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物の分子配列化とそれに伴うイオン伝導性及び耐熱性の向上などの性能の点から、特に１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン１，１，２，２−テトラキス（４−アミノフェニル）エタンが好ましい。
本発明で用いる一般式（２）及び（３）で表される上記パラ及びメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物のうち、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物の分子配列化とそれに伴うイオン伝導性及び耐熱性の向上などの性能の点から、特にヒドロキノン、ｐ−ニトロフェノール、レゾルシノールが好ましい。
本発明の一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物において、
Ｖは（ＣＨ２）ｍ又はｐ−フェニレン基を表し、ｎは、０，１，２又は３であり、
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４は水素原子又はリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子等のアルカリ金属原子を表し、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３又はＹ４のうち少なくとも一つは水素原子及びアルカリ金属原子を表し、
Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ水素原子；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等のＣ１〜Ｃ６アルコキシ基；置換基を有していてもよいフェニル基（置換基としては、水酸基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基等のＣ１〜Ｃ６アルキル基等を挙げることができる。）等を表す。
本発明で用いるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物として、具体的には、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フェニル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３，３−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，３，３−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、１，１，４，４−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，４，４−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ブタン、１，１，５，５−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、１，１，５，５−テトラキス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）ペンタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジクロロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフルオロ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジメトキシ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３，５−ジフェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−フルオロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ブロモ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−メトキシ−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−ブロモ−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、α，α，α’，α’−テトラキス（３−クロロ−５−フェニル−４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレンで表せる化合物の４つの水酸基のうち、１から３個の水酸基がリチウム原子、ナトリウム原子又はカリウム原子等のアルカリ金属原子とアルカリ金属塩を形成した化合物が挙げられる。
本発明に使用するアルカリ金属塩としては、有機酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩又は無機酸のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が挙げられ、好ましくはリチウム塩である。有機酸のリチウム塩としては、例えば、酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸リチウム、安息香酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ｐ−トルエンスルホン酸リチウム、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウム、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸リチウム等が挙げられ、無機酸のリチウム塩としては、例えば、ＬｉＮＯ３、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６等が挙げられる。これらの中で好ましいリチウム塩は、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリス（トリフルオロメチルスルホニル）炭素酸リチウム、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩である。
本発明で用いるイオン伝導性ポリマー類は、ポリエーテル類、ポリアルコール類、ポリアミン類、ポリアクリル酸類、ポリエステル類、ポリスルフィド類、ポリビニル複素環類の何れかに分類できる従来公知のイオン伝導能を持ち、かつ水素結合性官能基を有するポリマーの中から任意のものを一種又は二種以上選択して使用でき、単独重合体あるいは共重合体を問わず、本発明で用いる前記一般式（１）で表わされるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）及び一般式（３）で表されるパラ及びメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物と分子化合物を形成するイオン伝導性ポリマーであれば特に制限はない。このようなポリマーとしては、例えば、ポリエーテル類としてはポリオキシメチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレンオキサイド、ポリオキシメチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンモノアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールビス（カルボキシメチル）エーテル、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、オキシエチレン−オキシプロピレングリコール共重合体、オキシエチレン−オキシプロピレンアルキルエーテル共重合体等を例示することができる。ポリエステル類としてポリβ−プロピオンラクトン、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンアジペート、ポリアルコール類としてポリビニルアルコール、ビニルアルコール−ビニルピロリドン共重合体、ポリアミン類としてポリエチレンイミン、ポリ（Ｎ−メチル）エチレンイミン、ポリアクリル酸類としてポリアクリル酸、メタクリル酸−オキシエチレン共重合体、ポリスルフィド類としてポリエチレンスルフィド、ポリプロピレンスルフィド、ポリビニル複素環類としてポリビニルピロリドン等を例示することができる。
本発明で用いるイオン伝導性ポリマーは、前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）及び一般式（３）で表されるパラ及びメタヒドロキシベンゼン誘導体、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物と分子化合物を形成するものであれば特に分子量に対する制限はないが、方向特異的な水素結合の形成とそれに伴う組織化、化学的安定化、薄膜成形性などの性能の点から、特に分子量２００〜２，０００，０００の範囲のものが好適に用いられる。
本発明で用いるイオン伝導性環状化合物は、１２−クラウン−４−エーテル誘導体、１５−クラウン−５−エーテル誘導体、１８−クラウン−６−エーテル誘導体、２１−クラウン−７−エーテル、２４−クラウン−８−エーテル、ベンゾ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ジベンゾ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ベンゾ−１５−クラウン−５−エーテル誘導体、ジベンゾ−１５−クラウン−５−エーテル誘導体、ベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ベンゾ−２１−クラウン−７−エーテル誘導体、ジベンゾ−２１−クラウン−７−エーテル誘導体、ベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、ジベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、トリベンゾ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、テトラベンゾ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体等のクラウンエーテル誘導体、モノアザ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、ジアザ−１２−クラウン−４−エーテル誘導体、モノアザ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジアザ−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジアザ−２４−クラウン−８−エーテル誘導体、ジベンゾジアザ−１８−クラウン−６−エーテル等のアザクラウンエーテル誘導体、ジチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、テトラチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体、ジベンゾジチア−１８−クラウン−６−エーテル誘導体等のチアクラウンエーテル誘導体、及びそれらを主鎖に含むポリマー等を例示することができる。
本発明のイオン伝導性材料は、前記のような水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又は水素結合性官能基を有するイオン伝導性環状化合物に前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物又は一般式（２）もしくは一般式（３）で表されるパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体とアルカリ金属塩を直接混合するか、あるいは有機溶媒中で混合した後に溶媒を徐々に蒸発させるキャスト法によって得ることができる。また、一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物を用いた場合には、アルカリ金属塩を加えることなく同様の方法により得ることができる。また、イオン伝導性ポリマー又はイオン伝導性環状化合物とテトラキスアリール系化合物又はパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体とからなる複合体を成形した後に、これをアルカリ金属塩を溶解した有機溶媒中に浸漬処理する公知の方法でイオンキャリアをドープして作製される。さらに、テトラキスアリール系化合物又はパラもしくはメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体に対して、二種類以上のイオン伝導性ポリマー又はイオン伝導性環状化合物を反応させることにより、四成分以上の多成分からなるイオン伝導性材料を得ることもできる。前記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物、一般式（２）又は一般式（３）で表されるパラ又はメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物の使用量は、一般的には水素結合部位を有するイオン伝導性ポリマー１００重量部に対し、１〜９９重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。またアルカリ金属塩の使用量としては、目的とする低分子−高分子又は環状化合物複合固体電解質のイオン伝導度などによって適宜決定されるものであるが、エチレンオキサイドユニットとモル比で１５〜２０／１程度が好ましい。
上記方法により得られた物質が確かに分子間相互作用に基づいた複合体であることは、熱分析（ＴＧ−ＤＴＡ）、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）、Ｘ線回折パターン、１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲなどにより確認することができる。
発明を実施するための最良の形態：
次に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。なお、以下の実施例に示したイオン伝導性材料のイオン伝導度は、通常の複素インピーダンス法により、測定したものである。
実施例１
１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ＴＥＰ）とポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）とを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造１
アルゴン雰囲気下のグローブボックス中で、ＴＥＰ０．３８ｍｍｏｌ（０．１５ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量１００，０００）０．０５ｍｍｏｌ（０．５ｇ）、及びリチウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）０．６９ｍｍｏｌ（０．２０ｇ）に脱水アセトニトリル７ｍｌと脱水メタノール５ｍｌの混合溶媒１２ｍｌを加え、室温で攪拌して透明な溶液とした［ＴＥＰとエチレンオキサイド（ＥＯ）ユニットとの組成比率１：３０（モル比）、ＬｉＴＦＳＩとＥＯユニットとの組成比率１：１７（モル比）］。この溶液を厚さ３ｍｍのシリコンシート上にキャストし、加熱減圧下で溶媒を留去し、厚さ１２０μｍのＴＥＰ−ＰＥＯ−ＬｉＴＦＳＩ複合体の薄膜を得た。この薄膜の３０℃におけるイオン伝導率は、１．１１×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。４５℃、６０℃におけるイオン伝導率は、それぞれ８．３３×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、６．６７×１０−５［Ｓ／ｃｍ］であった。この複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトルにおいて７０ｐｐｍ付近に観測されるＯ−（ＣＨ２）２−Ｏ−ＣＨ２−メチレン炭素のシグナルの高磁場シフトにより、ＴＥＰとＰＥＯの間の方向特異的な分子間水素結合の形成及びＰＥＯとリチウムイオンの間の配位結合の形成、さらにイオン伝導を担うＰＥＯ非晶部のピーク強度が増大したことを確認した。
実施例２
ＴＥＰとＰＥＯとを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造２
ＴＥＰ０．８３ｍｍｏｌ（０．３３ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量２０，０００）０．０２５ｍｍｏｌ（０．５ｇ）、及び過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）２．３５ｍｍｏｌ（０．２５ｇ）［ＴＥＰとエチレンオキサイド（ＥＯ）ユニットとの組成比率１：１４（モル比）、ＬｉＣｌＯ４とＥＯユニットとの組成比率１：５（モル比）］を使用し、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。この薄膜は、１００℃まで融解せずに安定であった。６０℃、８０℃、１００℃におけるイオン伝導度は、それぞれ５．７×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、２．１×１０−５［Ｓ／ｃｍ］、２．１×１０−４［Ｓ／ｃｍ］であった。この複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトルにおいて７０ｐｐｍ付近に観測されるＯ−（ＣＨ２）２−Ｏ−ＣＨ２−メチレン炭素のシグナルの高磁場シフトにより、ＴＥＰとＰＥＯの間の方向特異的な分子間水素結合の形成及びＰＥＯとリチウムイオンの間の配位結合の形成、さらにイオン伝導を担うＰＥＯ非晶部のピーク強度が増大したことを確認した。
実施例３
実施例１において、ＴＥＰの代わりにレゾルシノール（ＲＥＳ）１．１ｍｍｏｌ（０．１２５ｇ）を添加して［ＲＥＳとＥＯユニットとの組成比率１：１０（モル比）］、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、５．２０×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。
実施例４
実施例１において、ＴＥＰの代わりにｐ−ニトロフェノール（ＰＮＰ）１．１ｍｍｏｌ（０．１２５ｇ）を添加して［ＰＮＰとＥＯユニットとの組成比率１：２０（モル比）］、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、６．６０×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。
実施例５
ＴＥＰと１８−クラウン−６−エーテル（１８−Ｃｒ−６）とを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造
１８−Ｃｒ−６３．７８ｍｍｏｌ（１．００ｇ）とトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）３．７８ｍｍｏｌ（０．５９ｇ）に脱水メタノール３ｍｌを加えて溶解し、室温で３０分間攪拌した後に溶媒を減圧留去して白色固体を得た。この１８−Ｃｒ−６：ＬｉＣＦ３ＳＯ３＝１：１（モル比）錯体０．７１ｍｍｏｌ（０．３ｇ）にＴＥＰ０．０７５ｍｍｏｌ（０．０３ｇ）を加え加熱溶解してペースト状にした。このペースト状のものをアルミニウム板電極上に塗布乾燥した後、実施例１と同様の手法により、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、３．１３×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。本複合体は７６℃〜８７℃の範囲で融解した。
実施例６
［１，１，２−トリス（４−ヒドロキシフェニル）−２−（４−リチウムオキシフェニル）］エタン（ＴＥＰ−１−ＯＬｉ）とＰＥＯとを成分化合物とするイオン伝導性材料の製造
ＴＥＰ３．８０ｍｍｏｌ（１．５０ｇ）をエタノール４５ｍｌに室温下で溶解させた後、１Ｎ−水酸化リチウム水溶液０．９４ｍｌを攪拌しながら加えた。そのまま室温で９時間攪拌した後、溶媒を減圧留去してＴＥＰの４つの水酸基の内１ヶ所がＯＬｉに変換された化合物（ＴＥＰ−１−ＯＬｉ）を得た。ＴＥＰ−１−ＯＬｉ１．００ｍｍｏｌ（０．４５ｇ）、ＰＥＯ（平均分子量１，０００）１．００ｍｍｏｌ（１．００ｇ）に脱水メタノール４ｍｌを加え、窒素雰囲気下で１．５時間還流攪拌した［ＴＥＰ−１−ＯＬｉとＥＯユニットとの組成比率１：２０〜２１（モル比）］。メタノールをエバポレーターにより減圧留去した後、８０℃で６時間真空乾燥することにより、粘性固体状のＴＥＰ−１−ＯＬｉ−ＰＥＯ複合体を得た。実施例１と同様の手法により、イオン伝導度を評価した。２８℃におけるイオン伝導率は、３．８６×１０−８［Ｓ／ｃｍ］であった。４０℃、６０℃におけるイオン伝導率は、それぞれ２．９８×１０−６［Ｓ／ｃｍ］、８．４４×１０−６［Ｓ／ｃｍ］であった。本複合体は１１０℃〜１３８℃の範囲で融解した。
比較例１
実施例１においてＴＥＰを添加しない以外は、実施例１と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、４．４１×１０−８［Ｓ／ｃｍ］であった。膜は６５℃付近で融解した。
比較例２
実施例５においてＴＥＰを添加しない以外は、実施例５と同様の方法で製膜、イオン伝導度を評価した。３０℃におけるイオン伝導率は、１．２１×１０−７［Ｓ／ｃｍ］であった。
産業上の利用可能性：
以上のように、本発明は、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリマー主鎖中のくり返し単位中に、水素結合性官能基を有するイオン伝導性ポリマー又はクラウンエーテル誘導体等の水素結合官能基が、水素結合性部位を有する低分子化合物と水素結合を形成することによる複合体に、さらに電解質としてリチウム塩を包含させること又は上記水素結合部位を有する低分子化合物をリチウム塩にすることにより、室温で固体状でフィルムなどへの成形が可能であり、かつ耐熱性に優れた、良好なリチウムイオン伝導性を示すイオン伝導性材料を容易に提供することができる。また本発明のイオン伝導性材料は、漏液の問題が無く、腐食性もなく、イオン伝導性ポリマー鎖又はイオン伝導性環状化合物の環が低分子化合物との水素結合により特定の方向に配向しているので、機械的強度が高く安定であり、本発明により製造される薄膜は、水素結合部位を有する低分子化合物を用いずに製膜した薄膜に比べ、耐熱性に優れ、機械的強度が高くなるばかりでなく、イオン伝導度が高くなり、長期間の信頼性に耐える電気化学的デバイス用の固体電解質となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例２の１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ＴＥＰ）とポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）（平均分子量２０，０００及び過塩素酸リチウムからなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
第２図は、本発明の実施例４のｐ−ニトロフェノール（ＰＮＰ）とＰＥＯ（平均分子量１００，０００）及びリチウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）からなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
第３図は、本発明の実施例５のＴＥＰと１８−クラウン−６−エーテル（１８−Ｃｒ−６）及びトリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）からなる複合体の１３Ｃ−ＣＰ／ＭＡＳ−固体ＮＭＲスペクトル（ローター回転周波数３．５ｋＨｚで２７℃にて測定）を示す図である。
Claims (4)
- （Ａ）ポリオキシメチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリブチレングリコール、ポリテトラメチレンオキサイド、ポリオキシメチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンモノアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルエーテル、ポリオキシエチレングリコールビス（カルボキシメチル）エーテル、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、オキシエチレン−オキシプロピレングリコール共重合体、及びオキシエチレン−オキシプロピレンアルキルエーテル共重合体からなる群から選ばれる一種、又は（Ｂ）クラウンエーテル誘導体化合物が、（Ｃ）下記の、（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｃ３）及び（Ｃ４）からなる群から選ばれる一種と水素結合を形成した化合物、およびリチウム塩を含有することを特徴とするイオン伝導性材料。
（Ｃ１）下記一般式（１）で表されるテトラキスアリール系化合物
（Ｃ２）下記一般式（２）で表されるパラ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物
（Ｃ３）下記一般式（３）で表されるメタ置換ヒドロキシベンゼン誘導体化合物
（Ｃ４）下記一般式（４）で表されるテトラキスアリール系アルカリ金属塩化合物
- 用途が、リチウム二次電池の固体電解質である請求項１に記載のイオン伝導性材料。
- リチウム塩が、過塩素酸リチウム、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド酸リチウム又はトリフルオロメタンスルホン酸リチウムである請求項１または２に記載のイオン伝導性材料。
- 固体状物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン伝導性材料。
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