JP4899043B2 - Lithium ion conductive composite - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン伝導性を高分子複合体に関する。より詳細には、本発明は、良好なイオン伝導性およびリチウムイオン輸率を示すと共に、良好な機械的性質、成型加工性および電極との接着性を有する、高分子固体電解質として有用なリチウムイオン伝導性複合体に関する。
このようなリチウムイオン伝導性複合体を用いれば、高性能な固体リチウム二次電池を提供することができる。
The present invention relates to a polymer composite with lithium ion conductivity. More specifically, the present invention provides a lithium ion useful as a polymer solid electrolyte, which exhibits good ion conductivity and lithium ion transport number, and has good mechanical properties, molding processability and adhesion to electrodes. It relates to a conductive composite.
By using such a lithium ion conductive composite, a high-performance solid lithium secondary battery can be provided.
リチウム電池は電気容量が大きく、電圧の高い電池であり、実用化されているが、リチウム金属の反応性が高く、電解液を用いた場合、安全性に問題を有する。かかる問題を解決するために、電解液の代わりにリチウムイオン伝導性を有する分岐ポリ(エチレンオキシド)を使用した高分子電解質よりリチウムポリマー電池などが作製され、使用されている(例えば非特許文献1参照)。
ポリ(エチレンオキシド)系高分子にリチウム塩を添加した高分子固体電解質が数多く報告されている。しかし、リチウムイオン輸率が小さいなどの問題点がある(例えば非特許文献2参照)。
リチウムイオンの輸率をあげる方法として、無機充てん剤を加える方法が報告されているが、無機充てん剤粒子を高分子との混合性よく複合化して有機/無機コンポジットを作るのは容易ではない(例えば非特許文献3、4参照)。
イオン性液体は、優れた電解質になると期待されているが(例えば非特許文献5参照)、液体のため液漏れの問題がある。
A lithium battery is a battery having a large electric capacity and a high voltage, and has been put to practical use. However, the reactivity of lithium metal is high, and there is a problem in safety when an electrolytic solution is used. In order to solve such a problem, a lithium polymer battery or the like is produced and used from a polymer electrolyte using a branched poly (ethylene oxide) having lithium ion conductivity instead of an electrolytic solution (for example, see Non-Patent Document 1). ).
Many solid polymer electrolytes in which lithium salts are added to poly (ethylene oxide) polymers have been reported. However, there is a problem that the lithium ion transport number is small (for example, see Non-Patent Document 2).
As a method for increasing the transport number of lithium ions, a method of adding an inorganic filler has been reported, but it is not easy to make an organic / inorganic composite by compositing inorganic filler particles with high polymer compatibility ( For example, see Non-Patent
The ionic liquid is expected to be an excellent electrolyte (see, for example, Non-Patent Document 5), but has a problem of liquid leakage because of the liquid.
また、特許文献1は、リチウムハロボロサイト粒子と酸素含有極性基を有する極性重合体からなる高分子複合化電解質を開示しているが、電解質としての性能がさらに向上した高分子固体電解質が求められている。
特許文献2は、ポリ(エチレンオキシド)とLi2S−SiS2系非晶質を主成分とするリチウムイオン伝導性有機−無機コンポジットを開示しているが、Li2S−SiS2系非晶質は大気中では不安定であって失活するので、特殊な環境下でしか取り扱うことができず、このコンポジットは工業的な固体二次電池の製造に適しているとは言えない。
本発明の目的は、良好なリチウムイオン伝導性およびリチウムイオン輸率を示すと共に、機械的性質が良好で、優れた成形加工性と電極との接着性の改善された高分子電解質として有用なリチウムイオン導電性固体複合体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a lithium electrolyte useful as a polymer electrolyte exhibiting good lithium ion conductivity and lithium ion transport number, good mechanical properties, and excellent molding processability and improved adhesion to electrodes. It is to provide an ion conductive solid composite.
本発明によれば、上記課題は、主鎖中に酸素含有セグメントを含む高分子、およびリチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物またはリチウムイオン点を有する変性有機ケイ素化合物を含んでなり、70〜90℃の温度でアニールされたリチウムイオン伝導性複合体により解決することができる。 According to the present invention, the above object is achieved, Ri Na contain organic silicon compound or a modified organic silicon compound having a lithium ion point having polymer, and lithium ion points including oxygen-containing segments in the main chain, 70 to 90 It can be solved by a lithium ion conductive composite annealed at a temperature of ° C.
本発明のリチウムイオン伝導性複合体は、電池の使用温度で良好な導電率と良好なリチウムイオン輸率とを有すると共に、優れた機械的性質、成型加工性および電極との良好な接着性を有する。
このリチウムイオン導電性固体複合体を固体電池、特にリチウムイオン固体電解質電池の固体電解質として用いることで、発火や液漏れなどの危険性が低減ないし解消された安全性の高い電池を製造することができる。
The lithium ion conductive composite of the present invention has good electrical conductivity and good lithium ion transport number at the use temperature of the battery, as well as excellent mechanical properties, molding processability and good adhesion to electrodes. Have.
By using this lithium ion conductive solid composite as a solid electrolyte, particularly a solid electrolyte of a lithium ion solid electrolyte battery, it is possible to manufacture a highly safe battery in which risks such as ignition and liquid leakage are reduced or eliminated. it can.
本発明で使用する主鎖中に酸素含有セグメントを含む高分子は、主鎖中に酸素含有セグメントを含む限りその種類やトポロジーは限定されないが、ポリエーテル系高分子またはポリエーテルを一成分とする高分子、特に直鎖ポリエーテル系高分子または直鎖エーテル高分子を一成分とする高分子が好ましい。ポリエーテル系高分子の代表的な例は、ポリ(テトラメチレンオキシド)[ポリ(テトラヒドロフラン)またはポリ(オキシテトラメチレン)とも呼ばれる]であり、ポリ(プロピレンオキシド)、ポリ(エチレンオキシド)、それらのブロック共重合体、ランダム共重合体があり、それらを2種類以上、併用しても良い。中でもポリ(テトラメチレンオキシド)、とりわけポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンが好ましく、脂肪族系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンが特に好ましい。ポリ(テトラメチレンオキシド)や、(脂肪族)ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンは、直鎖型であっても分岐型であってもよい。 The type and topology of the polymer containing an oxygen-containing segment in the main chain used in the present invention is not limited as long as it contains an oxygen-containing segment in the main chain, but a polyether polymer or polyether is one component. A polymer, particularly a polymer comprising a linear polyether polymer or a linear ether polymer as one component is preferred. Typical examples of polyether polymers are poly (tetramethylene oxide) [also called poly (tetrahydrofuran) or poly (oxytetramethylene)], poly (propylene oxide), poly (ethylene oxide), and their blocks There are copolymers and random copolymers, and two or more of them may be used in combination. Among them, poly (tetramethylene oxide) ionene, particularly poly (tetramethylene oxide) ionene is preferable, and aliphatic poly (tetramethylene oxide) ionene is particularly preferable. Poly (tetramethylene oxide) and (aliphatic) poly (tetramethylene oxide) ionene may be linear or branched.
脂肪族系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンは、例えば、式:
で示されるアイオネンであり、好ましい脂肪族系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンの一例は、式:
で示されるアイオネン(以下、「DPI」と略称する。)である。
Aliphatic poly (tetramethylene oxide) ionene is represented, for example, by the formula:
An example of a preferred aliphatic poly (tetramethylene oxide) ionene is represented by the formula:
Ionene (hereinafter abbreviated as “DPI”).
複素環系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンは、例えば、式:
で示されるアイオネンである。
これら脂肪族系および複素環系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンのほか、芳香族系ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンも好ましい。
Heterocyclic poly (tetramethylene oxide) ionene is represented, for example, by the formula:
It is the ionene indicated by.
In addition to these aliphatic and heterocyclic poly (tetramethylene oxide) ionenes, aromatic poly (tetramethylene oxide) ionenes are also preferred.
ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンのオーバーオールの分子量は、通常1000〜3000000、好ましくは5000〜100000、より好ましくは10000〜50000である。
ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンのイオン点間分子量は、好ましくは144〜20000、より好ましくは500〜10000、より好ましくは2000〜6000、とりわけ約3000である。これにより、イオン点間の高分子鎖、例えばポリ(テトラメチレンオキシド)の結晶性を低減させ、さらに、アモルファス化させることができ、イオン基を有する有機ケイ素化合物あるいはその変性有機ケイ素化合物との混合も容易になり、室温での導電率の経時変化の少ない、加工性が良く、力学的性質に優れたリチウムイオン伝導性複合体を得ることができる。
上記ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンの製法は、特許文献1に記載されている。
The molecular weight of the overall poly (tetramethylene oxide) ionene is usually 1000 to 3000000, preferably 5000 to 100000, more preferably 10,000 to 50000.
The molecular weight between ion points of poly (tetramethylene oxide) ionene is preferably 144 to 20000, more preferably 500 to 10,000, more preferably 2000 to 6000, especially about 3000. As a result, the crystallinity of the polymer chain between ionic points, for example, poly (tetramethylene oxide) can be reduced and further amorphized, and mixed with an organosilicon compound having an ionic group or its modified organosilicon compound. Thus, it is possible to obtain a lithium ion conductive composite having excellent processability and excellent mechanical properties with little change in electrical conductivity at room temperature with time.
A method for producing the poly (tetramethylene oxide) ionene is described in
主鎖中に酸素含有セグメントを含む高分子の分子量は、上記ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネンの分子量と同程度であってよい。 The molecular weight of the polymer containing an oxygen-containing segment in the main chain may be approximately the same as the molecular weight of the poly (tetramethylene oxide) ionene.
リチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物あるいはリチウムイオン点を有する変性有機ケイ素化合物は、リチウムイオン基自体またはリチウムイオンを含むセグメント有する珪素原子含有化合物を意味する。例えば、リチウム陽イオンと陰イオンを含むセグメントを含む珪素原子含有化合物が挙げられる。ここで、陰イオンを含むセグメントとは、R1SO3 −、R1SO2N−、R1CO2 −、R1SO2C−、R1SO2YN−および、R1SO2CN−、R1B−、R1YB−、R1S−、R1YS−などの陰イオン基を有するセグメントとリチウムイオンを有する珪素原子含有化合物である。式中、R1は、脂肪族、脂環式または芳香族炭化水素基、またはC、H、O、N、S、Fなどの元素を含む有機基であってよい。好ましくは、1〜6個炭素原子を有するパーフルオロアルキル基またはパーフルオロアリール基である。Yは電子吸引性基であり、好ましくは、ニトロ基、ニトロソ基、カルボニル基、カルボキシル基またはシアノ基である。リチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物または変性有機ケイ素化合物には、これら2種類以上の同種または異種のセグメントが含まれていてよい。具体的には、リチウムスルホニル(SO3Li)基、リチウムカルボキシル(COOLi)基、リチウムトリフルオロメタンスルホニルイミド(NLiSO2CF3)基、リチウムメタンスルホニルイミド(NLiSO2CH3)基、リチウムフェニルスルホニルイミド(NLiSO2C6H5)基、リチウムp−フェニレンスルホニル(C6H4SO3Li)基、リチウムスルホニルp−ベンジル(CH2 C6H4SO3Li)基、リチウムスルホニルp−ベンジルオキシ(OCH2 C6H4 SO3Li)基、リチウムスルホニルp−ベンゾイルオキシ(OCOC6H4SO3Li)基、リチウムスルホニルp−ベンジルオキシカルボニル(COOC6H4 SO3Li)基、リチウムスルホニルフェノキシ(OC6H4SO3Li)基、リチウムボレート(BLi)基、リチウムスルフィド(SLi)基、リチウムピペラジニル(LiNC5H4)基、リチウムスルホニルピペラジニル(C5H4NSO3Li)基などを有する珪素原子含有化合物などがある。有機ケイ素化合物のシラノール基が化学変性を受けている変性有機ケイ素化合物にこれらのイオン点を有する珪素原子含有化合物でも良い。しかし、これらに限定されない。有機ケイ素化合物とリチウムイオン基の間に、アルキル基やオキシアルキル基、液晶性セグメントなどのスペーサーが介在していてもよいし、これらのイオン点は、2個以上の同種または異種のものが存在していてもよい。
The organosilicon compound having a lithium ion point or the modified organosilicon compound having a lithium ion point means a silicon atom-containing compound having a lithium ion group itself or a segment containing lithium ions. For example, the silicon atom containing compound containing the segment containing a lithium cation and an anion is mentioned. Here, the segment containing an anion means R 1 SO 3 − , R 1 SO 2 N − , R 1 CO 2 − , R 1 SO 2 C − , R 1 SO 2 YN − and R 1 SO 2 CN -, R 1 B -, R 1 YB -, R 1 S -,
リチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物の好ましい例は、式:
本発明で用いる低分子リチウム塩は、従来リチウムイオン二次電池に使用されているリチウム塩のいずれであってよく、リチウム陽イオンと陰イオンとのからなる化合物が挙げられる。陰イオンの例には、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン、過塩素酸イオン、チオシアン酸イオン、テトラフルオロホウ素酸イオン、硝酸イオン、AsF6 −、PF6 −、ステアリルスルホン酸イオン、オクチルスルホン酸イオン、ドデシルスルホン酸イオン、7,7,8,8−テトラシアノ−p−キノジメタンイオン、R1SO3 −、(R1SO2)(R2SO2)N−、(R1SO2)(R2SO2)(R3SO2)C−、および(R1SO2)(R2SO2)YC−などである。式中、R1、R2、R3、およびYは電子吸引性基である。好ましくは、R1、R2、およびR3は、各々独立して、1〜6個の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基またはパーフルオロアリール基であり、Yはニトロ基、ニトロソ基、カルボニル基、カルボキシル基、またはシアノ基である。R1、R2、およびR3は各々同一であっても、異なっても良い。低分子リチウム塩として前述の種々の陰イオンを有する化合物を2種類以上併用することもできる。中でも、過塩素酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムなどが好ましい。 The low molecular lithium salt used in the present invention may be any of the lithium salts conventionally used in lithium ion secondary batteries, and includes a compound comprising a lithium cation and an anion. Examples of anions include chlorine ion, bromine ion, iodine ion, perchlorate ion, thiocyanate ion, tetrafluoroborate ion, nitrate ion, AsF 6 − , PF 6 − , stearyl sulfonate ion, octyl sulfonate Ion, dodecyl sulfonate ion, 7,7,8,8-tetracyano-p-quinodimethane ion, R 1 SO 3 − , (R 1 SO 2 ) (R 2 SO 2 ) N − , (R 1 SO 2 ) (R 2 SO 2 ) (R 3 SO 2 ) C − , and (R 1 SO 2 ) (R 2 SO 2 ) YC − . In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , and Y are electron-withdrawing groups. Preferably, R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a perfluoroalkyl group or a perfluoroaryl group having 1 to 6 carbon atoms, and Y is a nitro group, a nitroso group, or a carbonyl group. , A carboxyl group, or a cyano group. R 1 , R 2 , and R 3 may be the same or different. Two or more kinds of compounds having various anions as described above may be used in combination as the low molecular lithium salt. Of these, lithium perchlorate, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, lithium trifluoromethanesulfonate, and the like are preferable.
本発明のリチウムイオン伝導性複合体における主鎖中に酸素原子含有セグメント、リチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物、および任意成分である低分子リチウム塩の割合は、本発明の目的が達成される限り、特に制限はされない。リチウムイオン点を有する有機ケイ素化合物の量は、主鎖中に酸素原子含有セグメント100重量部に対し、通常10〜500重量部、好ましくは10〜300重量部、より好ましくは30〜200重量部であり、低分子リチウム塩の量は、主鎖中に酸素原子含有セグメント100重量部に対し、通常700重量部以下、好ましくは300重量部以下、より好ましくは100重量部以下、とりわけ80重量部以下である。低分子リチウム塩を用いる場合、その下限量は、好ましくは1重量部である。 In the lithium ion conductive composite of the present invention, the proportion of the oxygen atom-containing segment in the main chain, the organosilicon compound having a lithium ion point, and the low molecular lithium salt that is an optional component is as long as the object of the present invention is achieved. There are no particular restrictions. The amount of the organosilicon compound having a lithium ion point is usually 10 to 500 parts by weight, preferably 10 to 300 parts by weight, more preferably 30 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the oxygen atom-containing segment in the main chain. The amount of the low-molecular lithium salt is usually 700 parts by weight or less, preferably 300 parts by weight or less, more preferably 100 parts by weight or less, especially 80 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the oxygen atom-containing segment in the main chain. It is. When a low molecular lithium salt is used, the lower limit amount is preferably 1 part by weight.
本発明のリチウムイオン伝導性複合体には、上記各成分に加え、通常の添加剤、例えば、電極製造用の試薬、粉体などの材料の他、安定剤、老化防止剤、結合剤などを配合することができる。 In addition to the above-mentioned components, the lithium ion conductive composite of the present invention contains ordinary additives such as reagents for electrode production, materials such as powders, stabilizers, anti-aging agents, binders, and the like. Can be blended.
本発明のリチウムイオン伝導性複合体は、各成分を単に混合するだけで製造することができる。混合を容易にするために、各成分に対して不活性な溶媒(例えば、テトラヒドロフラン、アセトニトリルなど)または溶媒混合物を用いてもよい。また、本発明のリチウムイオン伝導性複合体は、必要に応じて架橋してもよく、架橋剤としてはジイソシアネート、過酸化物など、使用する高分子に応じて適当な架橋剤を用いればよい。 The lithium ion conductive composite of the present invention can be produced by simply mixing the components. In order to facilitate mixing, an inert solvent (for example, tetrahydrofuran, acetonitrile, etc.) or a solvent mixture may be used for each component. In addition, the lithium ion conductive composite of the present invention may be cross-linked as necessary, and an appropriate cross-linking agent may be used as the cross-linking agent depending on the polymer to be used, such as diisocyanate and peroxide.
本発明のリチウムイオン伝導性複合体は、高温、例えば40℃以上の温度、例えば70〜90℃の温度でアニールすることにより、導電率を改善することができる場合がある。また、アニールの代わりに、混合を高温で行うことで、同様の効果を得ることもできる。 The lithium ion conductive composite of the present invention may be able to improve conductivity by annealing at a high temperature, for example, 40 ° C. or higher, for example, 70 to 90 ° C. Moreover, the same effect can also be acquired by performing mixing at high temperature instead of annealing.
[参考例]
リチウムイオンを有する有機ケイ素化合物(Si−Li)は、以下のようにして製造した。
まず、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学株式会社製)、NaHSO3、Na2SO3、および水を、75℃の湯浴上で反応させ、放冷後、撹拌しながら、アセトンを滴下してナトリウム塩型の沈殿物を得た。これを、3回再沈精製し、析出した沈殿物を吸引濾過およびデカンテーションにより回収し、50℃にて加熱減圧乾燥し、メノウ鉢にて粉末状に粉砕した。その後、粉末状物質の対カチオン交換反応を、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール中、LiBrにより数回行い、脱水エタノールおよび脱水メタノールを用いて十分に洗浄後、乾燥、粉砕して、Si−Liを得た。使用に際しては、100℃にて、高真空下で加熱乾燥した後、グローブボックスに保存して用いた。
[Reference example]
The organosilicon compound (Si-Li) having lithium ions was produced as follows.
First, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), NaHSO 3 , Na 2 SO 3 , and water are reacted on a 75 ° C. hot water bath, allowed to cool, and then stirred with acetone. Was added dropwise to obtain a sodium salt type precipitate. This was purified by reprecipitation three times, and the deposited precipitate was collected by suction filtration and decantation, dried at 50 ° C. under reduced pressure by heating, and pulverized into powder in an agate bowl. Thereafter, the cation exchange reaction of the powdery substance was performed several times with LiBr in 2- (2-ethoxyethoxy) ethanol, thoroughly washed with dehydrated ethanol and dehydrated methanol, dried and pulverized, Si- Li was obtained. In use, after drying at 100 ° C. under high vacuum, the product was stored in a glove box and used.
[実施例]
試料は、水分濃度が1ppm以下の高純度アルゴンガス下のグローブボックス内で、脂肪族型ポリ(テトラメチレンオキシド)アイオネン(イオン点間分子量3150)(以下、「KA1」と称する)、LiN(SO2CF3)2(リチウムビストリフルオロメタンスルホンイミド。以下、「TFSI」と称する)、およびSi-Liを表1に記載の量で、40℃に加熱したルツボ中、スパチュラで混ぜ合わせることにより作製した。
なお、各試料の記号の意味は次のとおりである。例えばSi-Li0.41-TFSI0.20の場合、「Si-Li0.41」は、[Si-Li中のLi]/[KA1中の-O-](モル比)が0.41であることを示し、「TFSI0.20」は、[TFSI中のLi]/[KA1中の-O-](モル比)が0.20であることを示す。
[Example]
The sample was prepared in a glove box under high-purity argon gas having a moisture concentration of 1 ppm or less, and aliphatic poly (tetramethylene oxide) ionene (molecular weight between ion points 3150) (hereinafter referred to as “KA1”), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (lithium bistrifluoromethanesulfonimide; hereinafter referred to as “TFSI”), and Si—Li prepared in a quantity as shown in Table 1 by mixing with a spatula in a crucible heated to 40 ° C. did.
In addition, the meaning of the symbol of each sample is as follows. For example, in the case of Si-Li0.41-TFSI0.20, "Si-Li0.41" has [Li in Si-Li] / [-O- in KA1] (molar ratio) of 0.41. "TFSI0.20" indicates that [Li in TFSI] / [-O- in KA1] (molar ratio) is 0.20.
例として、Si-Li0.41-TFSI0.20の作成工程は、以下のとおりであった。
グローブボックス内でルツボに移したKA1(0.0740g)を40℃に加熱し、そこに秤り取ったSi-Li(0.1110g)およびTFSI(0.0545g)を加えて混ぜ合わせた。
そして、導電率測定用に、試料を内径10mm、厚み0.4mmのスペーサーに詰めてSUS電極で挟んだ構造のセルを作成した。このセルを、40℃で約12時間、25℃で約24時間の熱処理、または80℃で約12時間、25℃で約24時間の熱処理を行った後に、複素インピーダンス法による導電率測定に供した。
As an example, the production process of Si-Li0.41-TFSI0.20 was as follows.
KA1 (0.0740 g) transferred to a crucible in the glove box was heated to 40 ° C., and Si-Li (0.1110 g) and TFSI (0.0545 g) weighed out were added thereto and mixed.
Then, a cell having a structure in which the sample was packed in a spacer having an inner diameter of 10 mm and a thickness of 0.4 mm and sandwiched between SUS electrodes was prepared for conductivity measurement. The cell was subjected to heat treatment at 40 ° C. for about 12 hours, 25 ° C. for about 24 hours, or at 80 ° C. for about 12 hours and at 25 ° C. for about 24 hours, and then subjected to conductivity measurement by the complex impedance method. did.
導電率測定には、Solatron製Impedance Analyzer 1260 と、同社製Electrochemical Interface 1287 を用い、昇温・降温速度20℃/hr、ホールド時間30分にて、25℃から80℃と80から−20℃の昇温・降温過程、周波数領域1MHz〜0.1Hz、電圧10〜1000mVの交流を用いた。導電率(σ)は、複素インピーダンス法によりバルク抵抗Rbを求め、試料の厚みdおよび試料の面積Aを用いて、下記式により算出した:
リチウムカチオン輸率は、試料を内径10mm、外径14mm、厚み0.2〜0.5mmのリング状ポリプロピレン製スペーサーに詰め、厚み0.3mmのリチウム箔で挟み、さらにSUS電極で挟んだ構造のセルを作製し、このセルを、導電率測定の熱処理条件に合わせて80℃で約12時間または40℃で12時間、25℃で24時間の熱処理に付した後に、測定した。
リチウムカチオン輸率は、導電率測定と同じ機器を用い、60℃、印加電圧10mVのポテンシオスタット測定と、その前後にインピーダンス測定を行い得られた値を、下記エバンス(Evans)式に代入して求めた:
Lithium cation transport number is obtained by substituting the value obtained by performing potentiostat measurement at 60 ° C and applied voltage of 10mV and impedance measurement before and after using the same equipment as the conductivity measurement in the Evans equation below. Asked:
動的粘弾性測定は、株式会社UBM製レオスペクトラーDVE−V4を用い、約19度の温度で、固体剪断モード、周波数分散にて行い、剪断貯蔵弾性率を得た。測定周波数は1〜100Hzで、試料サイズは5×4×約1mmであった。
なお、表2の試料名の後の括弧書きした温度は、熱処理における最初の熱処理工程での温度である。
The dynamic viscoelasticity measurement was performed in a solid shear mode and frequency dispersion at a temperature of about 19 ° C. using a Leospectra DVE-V4 manufactured by UBM Co., Ltd., and a shear storage modulus was obtained. The measurement frequency was 1 to 100 Hz, and the sample size was 5 × 4 × about 1 mm.
The temperature in parentheses after the sample name in Table 2 is the temperature in the first heat treatment step in the heat treatment.
導電率測定において、80℃〜−20℃の降温過程で得た値のアレニウスプロットを図1に示す。
図1から、本発明のリチウムイオン伝導性複合体では、熱処理を80℃に高めると、導電率が顕著に上昇し、KA1-Si-Li0.41-TFSI0.20(80℃)の試料では25℃で6.1×10−5 S/cm、−20℃でも9.8×10−7 S/cmの導電率であった。
In the conductivity measurement, an Arrhenius plot of values obtained in the temperature lowering process of 80 ° C. to −20 ° C. is shown in FIG.
From FIG. 1, in the lithium ion conductive composite of the present invention, when the heat treatment is increased to 80 ° C., the conductivity increases remarkably, and in the sample of KA1-Si—Li0.41-TFSI0.20 (80 ° C.), 25 The conductivity was 6.1 × 10 −5 S / cm at ℃ and 9.8 × 10 −7 S / cm even at −20 ° C.
また、表3に、60℃でのリチウムカチオン輸率測定の結果を示す。
KA1-Si-Li0.41-TFSI0.20(80℃)の60℃でのリチウムカチオン輸率は、KA1-Si-Li0.10 -TFSI0.22とほぼ同じであった。
Table 3 shows the results of lithium cation transport number measurement at 60 ° C.
The lithium cation transport number at 60 ° C of KA1-Si-Li0.41-TFSI0.20 (80 ° C) was almost the same as that of KA1-Si-Li0.10-TFSI0.22.
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