JP5867699B2 - Ionic conductor - Google Patents

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Description

本発明は、イオン伝導体に関する。また、本発明は、イオン伝導体の製造に有用な重合性化合物及びこれを用いたイオン伝導体の製造方法に関する。   The present invention relates to an ionic conductor. Moreover, this invention relates to the polymeric compound useful for manufacture of an ion conductor, and the manufacturing method of an ion conductor using the same.

イオン伝導体を構成するポリマー中で、イオンを長距離移動させるためには、ポリマー鎖の局所運動と協働的なイオンの局所移動に加え、イオンに溶媒和しているポリマー配位子(例えばカルボキシル基に代表される、ポリマーが有するイオン伝導性基)と該イオンに溶媒和していないポリマー配位子との交換が必須の過程となる(特許文献1)。   In order to move ions over a long distance in a polymer constituting an ionic conductor, in addition to local movement of ions in cooperation with local movement of polymer chains, polymer ligands solvated with ions (for example, Exchange of an ion conductive group represented by a polymer represented by a carboxyl group) and a polymer ligand not solvated with the ion is an essential process (Patent Document 1).

特開2011−38089号公報JP 2011-38089 A

電池分野において用いられるイオン伝導体ついては、更なる寿命向上が求められている。上記特許文献1で開示されるイオン伝導体は、良好なイオン伝導性を発揮し得るものの、長期間の利用で徐々に分解反応が進行し、イオン伝導性に寄与するエチレングリコール鎖がポリマーから脱落してイオン伝導性が低下するという問題があった。   There is a demand for further improvement in the lifetime of ion conductors used in the battery field. Although the ionic conductor disclosed in Patent Document 1 can exhibit good ionic conductivity, the degradation reaction gradually proceeds over a long period of use, and the ethylene glycol chain contributing to ionic conductivity is dropped from the polymer. As a result, there is a problem that ion conductivity is lowered.

そこで、本発明は、イオン伝導性に優れ、更なる長寿命化が期待される新規なイオン伝導体を提供することを目的とする。また、本発明は、当該イオン伝導体の製造に有用な重合性化合物及びこれを用いたイオン伝導体の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel ionic conductor that is excellent in ionic conductivity and is expected to have a longer lifetime. Moreover, an object of this invention is to provide the polymeric compound useful for manufacture of the said ion conductor, and the manufacturing method of an ion conductor using the same.

本発明は第一に、
環状有機基を有する繰返し単位を含むポリマーからなるイオン伝導体であって、
前記繰返し単位が、下記式(1)で示される1価のイオン伝導性基を更に有しており、
前記イオン伝導性基が、前記環状有機基の環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に1個ずつ結合しており、複数の前記イオン伝導性基は同一でも異なっていてもよい、イオン伝導体を提供する。

[式中、
kは0〜50の整数を示し、
は2価の炭化水素基を示し、
Zは非共有電子対を有する原子を含む2価の有機基を示し、
Qは下記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−6)、(Q−7)、(Q−8)、(Q−9)、(Q−10)、(Q−11)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)、(Q−17)、(Q−18)、(Q−19)、(Q−20)、(Q−21)、(Q−22)又は(Q−23)で示される極性基を示し、
複数のZは、互いに同一でも異なっていてもよい。]

[式中、
10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は金属原子を示す。
Xは非共有電子対を有する原子を示す。]
The present invention firstly
An ionic conductor comprising a polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group,
The repeating unit further has a monovalent ion conductive group represented by the following formula (1):
The ion conductive group is bonded to each of three or more consecutive atoms among the atoms constituting the ring of the cyclic organic group, and the plurality of ion conductive groups may be the same or different. An ionic conductor is provided.

[Where:
k represents an integer of 0 to 50;
R 1 represents a divalent hydrocarbon group,
Z represents a divalent organic group containing an atom having an unshared electron pair,
Q is the following formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-4), (Q-5), (Q-6), (Q-7), (Q-8) ), (Q-9), (Q-10), (Q-11), (Q-12), (Q-13), (Q-14), (Q-15), (Q-16), A polar group represented by (Q-17), (Q-18), (Q-19), (Q-20), (Q-21), (Q-22) or (Q-23);
A plurality of Z may be the same as or different from each other. ]

[Where:
R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 , R 71 , R 80 , R 110 and R 120 are respectively A hydrogen atom, a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent, or a metal atom is shown.
X represents an atom having an unshared electron pair. ]

本発明は第二に、下記式(4)で示され、RがA環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に1個ずつ結合している、重合性化合物を提供する。

[式中、
は重合性基を示し、A環は環状有機基を示し、
kは0〜50の整数を示し、
は2価の炭化水素基を示し、
Zは非共有電子対を有する原子を含む2価の有機基を示し、
Qは下記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−6)、(Q−7)、(Q−8)、(Q−9)、(Q−10)、(Q−11)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)、(Q−17)、(Q−18)、(Q−19)、(Q−20)、(Q−21)、(Q−22)又は(Q−23)で示される極性基を示し、
n個のk、R、Z及びQは、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよく、
nは3以上の整数を示し、
は置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、Yは単結合又は2価の有機基を示す。]

[式中、
10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は金属原子を示す。
Xは非共有電子対を有する原子を示す。]
The present invention secondly provides a polymerizable compound represented by the following formula (4), wherein R 1 is bonded to three or more consecutive atoms among atoms constituting the A ring one by one.

[Where:
U 1 represents a polymerizable group, A ring represents a cyclic organic group,
k represents an integer of 0 to 50;
R 1 represents a divalent hydrocarbon group,
Z represents a divalent organic group containing an atom having an unshared electron pair,
Q is the following formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-4), (Q-5), (Q-6), (Q-7), (Q-8) ), (Q-9), (Q-10), (Q-11), (Q-12), (Q-13), (Q-14), (Q-15), (Q-16), A polar group represented by (Q-17), (Q-18), (Q-19), (Q-20), (Q-21), (Q-22) or (Q-23);
n k, R 1 , Z and Q may be the same as or different from each other;
n represents an integer of 3 or more,
X 1 represents a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, and Y 1 represents a single bond or a divalent organic group. ]

[Where:
R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 , R 71 , R 80 , R 110 and R 120 are respectively A hydrogen atom, a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent, or a metal atom is shown.
X represents an atom having an unshared electron pair. ]

本発明は第三に、イオン伝導体の製造方法であって、
1種又は2種以上の重合性化合物をリビングアニオン重合により重合させて、下記式(2)で示される繰返し単位を含むポリマーからなるイオン伝導体を生成させる工程を備え、
該重合性化合物の少なくとも1種類が、本発明の重合性化合物である、
イオン伝導体の製造方法を提供する。

[式中、A環、k、R、Z、Q、n、X及びYは、前記式(4)中のA環、k、R、Z、Q、n、X及びYと同じ意味を示し、Wは3価の炭化水素基を示す。]
Third, the present invention is a method for producing an ion conductor,
Comprising polymerizing one or more polymerizable compounds by living anionic polymerization to produce an ionic conductor composed of a polymer containing a repeating unit represented by the following formula (2);
At least one of the polymerizable compounds is the polymerizable compound of the present invention.
A method for producing an ionic conductor is provided.

[In the formulas, A ring, k, R 1, Z, Q, n, X 1 and Y 1, A ring in the formula (4) in, k, R 1, Z, Q, n, X 1 and Y 1 represents the same meaning as 1, and W 1 represents a trivalent hydrocarbon group. ]

本発明によれば、イオン伝導性に優れるイオン伝導体を提供することができる。また、本発明によれば、イオン伝導体を構成するポリマーの製造に有用な重合性化合物、及びこれを用いたイオン伝導体の製造方法を提供することができる。本発明のイオン伝導体は電解液に含まれる成分、特にアルカリ性の成分に分解されにくいため、高いイオン伝導性を長期間維持することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion conductor excellent in ionic conductivity can be provided. Moreover, according to this invention, the polymeric compound useful for manufacture of the polymer which comprises an ion conductor, and the manufacturing method of an ion conductor using the same can be provided. Since the ionic conductor of the present invention is not easily decomposed into components contained in the electrolytic solution, particularly alkaline components, it is possible to maintain high ionic conductivity for a long period of time.

リチウムイオン電池の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of a lithium ion battery. 実施例2で得られた化合物のH−NMRチャートである。2 is a 1 H-NMR chart of the compound obtained in Example 2. FIG. 実施例4で得られたブロック共重合体(PS74−b−PPTEG)のH−NMRチャートである。2 is a 1 H-NMR chart of a block copolymer (PS 74 -b-PPTEG 4 ) obtained in Example 4. FIG. 実施例5〜7におけるイオン伝導膜のAFM(原子力間顕微鏡)写真である。It is an AFM (atomic force microscope) photograph of the ion conductive film in Examples 5-7.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本明細書において、「芳香族基」とは、芳香族炭化水素の環に接合する水素原子の1個以上を除いた原子団、複素環式化合物の環に接合する水素原子の1個以上を除いた原子団、または、芳香族炭化水素および複素環式化合物から選ばれる2個以上の化合物が直接結合した化合物における環に接合する水素原子の1個以上を除いた残りの原子団を意味する。   In the present specification, the term “aromatic group” means an atomic group excluding one or more hydrogen atoms bonded to an aromatic hydrocarbon ring, or one or more hydrogen atoms bonded to a ring of a heterocyclic compound. It means an atomic group removed, or an atomic group remaining after removing one or more hydrogen atoms bonded to a ring in a compound in which two or more compounds selected from aromatic hydrocarbons and heterocyclic compounds are directly bonded. .

本発明は、環状有機基を有する繰返し単位を含むポリマーからなるイオン伝導体に関する。該繰返し単位は、前記式(1)で示される1価のイオン伝導性基を更に有しており、前記イオン伝導性基が、前記環状有機基の環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に1個ずつ結合しており、複数の前記イオン伝導性基は同一でも異なっていてもよい。   The present invention relates to an ionic conductor comprising a polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group. The repeating unit further has a monovalent ion conductive group represented by the formula (1), and the ion conductive group is a continuous three of the atoms constituting the ring of the cyclic organic group. One atom is bonded to each of the above atoms, and a plurality of the ion conductive groups may be the same or different.

前記式(1)中のRは2価の炭化水素基であり、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン、デカン、イコサン、トリアコンタン、ペンタコンタン、シクロヘプタン、及びシクロへキサン等の炭素数1〜50の飽和炭化水素分子から2個の水素原子を除いて形成されるアルキレン基、並びに、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン、及びピレン等の炭素数6〜50の芳香族炭化水素分子から2個の水素原子を除いて形成されるアリーレン基が挙げられる。Rの炭素数は、イオン伝導性の観点から、1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることが更に好ましい。これらのうち、Rとしてはメチレン基及びエチレン基が特に好ましい。 R 1 in the formula (1) is a divalent hydrocarbon group such as methane, ethane, propane, butane, octane, decane, icosane, triacontane, pentacontan, cycloheptane, and cyclohexane. An alkylene group formed by removing two hydrogen atoms from a saturated hydrocarbon molecule having 1 to 50 carbon atoms, and 6 to 50 carbon atoms such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene, and pyrene. And an arylene group formed by removing two hydrogen atoms from the aromatic hydrocarbon molecule. From the viewpoint of ion conductivity, R 1 preferably has 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and still more preferably 1 to 10 carbon atoms. Among these, as R 1 , a methylene group and an ethylene group are particularly preferable.

前記式(1)中のQとしての式(Q−1)〜(Q−23)において、R10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は金属原子を示す。Xは非共有電子対を有する原子を示し、例えば酸素原子である。 In the formulas (Q-1) to (Q-23) as Q in the formula (1), R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 , R 71 , R 80 , R 110 and R 120 each independently represent a hydrogen atom, a monovalent hydrocarbon group or a metal atom which may have a substituent. X represents an atom having an unshared electron pair, for example, an oxygen atom.

上記1価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、イコシル基、トリアコンチル基、ペンタコンチル基、シクロへプチル基、及びシクロヘキシル基等の炭素数1〜50の直鎖状、分岐状又は環状アルキル基;ベンジル基、ナフチル基、アントラセニル基、テトラセニル基、ビフェニル基、アセナフチレニル基、フェナレニル基、ピレニル基、及びピリジニル基等のアリール基;等が挙げられる。置換基を有している1価の炭化水素基としては、例えば、−(CHCHO)130(ここで、hは1〜80の整数、R130は水素原子又は1価の炭化水素基を示す。)、及び、−(CHCH(CH)O)131(iは1〜80の整数、R131は水素原子又は1価の炭化水素基を示す。)が挙げられる。1価の炭化水素基が有し得る置換基としては、シアノ基、−(Si(R140O)−R141(jは1〜80の整数、R140は1価の炭化水素基、R141は水素原子又は1価の炭化水素基を示す。)、−(OCHCH130、及び、−(OCHCH(CH))131等が挙げられる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, an octyl group, a decyl group, an icosyl group, a triacontyl group, a pentacontyl group, a cycloheptyl group, and C1-C50 linear, branched or cyclic alkyl groups such as cyclohexyl groups; benzyl groups, naphthyl groups, anthracenyl groups, tetracenyl groups, biphenyl groups, acenaphthylenyl groups, phenalenyl groups, pyrenyl groups, pyridinyl groups, etc. Aryl group; and the like. As the monovalent hydrocarbon group having a substituent, for example, — (CH 2 CH 2 O) h R 130 (where h is an integer of 1 to 80, R 130 is a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group). And — (CH 2 CH (CH 3 ) O) i R 131 (i is an integer of 1 to 80, R 131 represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group). Can be mentioned. Examples of the substituent that the monovalent hydrocarbon group may have include a cyano group, — (Si (R 140 ) 2 O) j —R 141 (j is an integer of 1 to 80, and R 140 is a monovalent hydrocarbon group. , R 141 represents a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group.), — (OCH 2 CH 2 ) h R 130 , and — (OCH 2 CH (CH 3 )) i R 131 and the like.

上記金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等が挙げられる。金属原子は、電池としてのエネルギー密度の観点および入手の容易さの観点から、リチウム、ナトリウム又はカリウムであることが好ましく、リチウム又はナトリウムであることがより好ましい。これらの金属原子は、金属カチオンとしてイオン解離していてもよい。   Examples of the metal atom include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like. The metal atom is preferably lithium, sodium, or potassium, more preferably lithium or sodium, from the viewpoint of the energy density of the battery and the availability. These metal atoms may be ionically dissociated as metal cations.

前記式(Q−1)〜(Q−23)におけるR10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、イオン伝導体の用途、伝導されるイオンの種類等に応じて、適宜変更することが好ましい。イオン伝導体によりプロトンを伝導する場合、水素原子が好ましく、金属イオンを伝導する場合、−(CHCHO)130、−(CHCH(CH)O)131及び伝導する金属イオンと同じ元素の金属原子が好ましい。 R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 in the formulas (Q-1) to (Q-23) R 71 , R 80 , R 110 and R 120 are preferably changed as appropriate according to the use of the ion conductor, the type of ions to be conducted, and the like. If conducts protons by an ion conductor, when the hydrogen atoms preferably conducts metal ions, - (CH 2 CH 2 O ) h R 130, - (CH 2 CH (CH 3) O) i R 131 and conduction A metal atom of the same element as the metal ion to be used is preferable.

前記式(1)中のQは、本発明のイオン伝導体に係るポリマーの合成がより簡便であるため、前記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)又は(Q−23)で示される基であることが好ましく、式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)又は(Q−23)で示される基であることがより好ましい。   Since Q in the formula (1) is easier to synthesize the polymer according to the ionic conductor of the present invention, the formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q -4), (Q-5), (Q-12), (Q-13), (Q-14), (Q-15), (Q-16) or (Q-23) Preferably, it is represented by the formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-12), (Q-13), (Q-14) or (Q-23). More preferably, it is a group.

前記式(1)中のkは0〜50の整数を示し、イオン伝導性がより高くなるため、1〜40であることが好ましく、2〜20であることが好ましい。   In the formula (1), k represents an integer of 0 to 50, and the ionic conductivity is higher, so that it is preferably 1 to 40, and more preferably 2 to 20.

前記式(1)中のZは、以下の式(Z−1)〜(Z−8)からなる群から選ばれる式で示される二価の有機基であることが好ましい。なかでも、(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)又は(Z−5)で示される基がより好ましく、(Z−3)で示される基が更に好ましい。Zがこれらの有機基である場合、カチオンに配位可能な酸素原子の含有率が高まることから、イオン伝導体としてより優れたイオン伝導性特性が得られる。   Z in the formula (1) is preferably a divalent organic group represented by a formula selected from the group consisting of the following formulas (Z-1) to (Z-8). Among these, a group represented by (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-4) or (Z-5) is more preferred, and a group represented by (Z-3) is more preferred. Further preferred. When Z is any of these organic groups, the content of oxygen atoms capable of coordinating with the cation is increased, so that more excellent ion conductivity characteristics as an ion conductor can be obtained.

本発明のイオン伝導体に係るポリマーは、環状有機基(以下、環状有機基Aとする)を有する繰返し単位を含むポリマーである。この繰返し単位は、前記式(1)で示される1
価のイオン伝導性基を有しており、上述の通り、環状有機基Aの環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に、該イオン伝導性基が結合している。
The polymer according to the ionic conductor of the present invention is a polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group (hereinafter referred to as cyclic organic group A). This repeating unit is represented by the formula (1) 1
As described above, the ion conductive group is bonded to three or more consecutive atoms constituting the ring of the cyclic organic group A.

前記環状有機基Aは、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ピロリジン、ピペリジン、シクロヘプタン、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン、ピレン、フラン、チオフェン、ピロール、及びピリジンから選らばれる環状化合物から4個以上の水素原子を除いて形成される基であり、芳香環上の多様な置換反応が利用でき合成がしやすい観点から、芳香族基であることが好ましい。これらのうち、環状有機基Aは、好ましくは、ベンゼン、ピリジン、ビフェニル又はアセナフチレンから4個以上の水素原子を除いて形成される基であり、さらに好ましくはベンゼン又はピリジンから4個以上の水素原子を除いて形成される基であり、特に好ましくはベンゼンから4個以上の水素原子を除いて形成される基である。   The cyclic organic group A is, for example, selected from cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, pyrrolidine, piperidine, cycloheptane, benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene, pyrene, furan, thiophene, pyrrole, and pyridine. It is a group formed by removing 4 or more hydrogen atoms from a cyclic compound, and is preferably an aromatic group from the viewpoint of easy synthesis by utilizing various substitution reactions on the aromatic ring. Among these, the cyclic organic group A is preferably a group formed by removing 4 or more hydrogen atoms from benzene, pyridine, biphenyl or acenaphthylene, more preferably 4 or more hydrogen atoms from benzene or pyridine. And is particularly preferably a group formed by removing 4 or more hydrogen atoms from benzene.

例えば、前記環状有機基Aがベンゼンから4個の水素原子を除いて形成される基である場合、少なくとも、ベンゼン環の1位、2位及び3位にそれぞれ前記式(1)のイオン伝導性基が結合する。このとき、後述する連結基Xは、ベンゼン環の4位、5位及び6位のいずれと結合していてもよい。 For example, when the cyclic organic group A is a group formed by removing four hydrogen atoms from benzene, the ionic conductivity of the formula (1) at least at the 1-position, 2-position and 3-position of the benzene ring, respectively. A group is attached. At this time, a linking group X 1 described later may be bonded to any of the 4-position, 5-position and 6-position of the benzene ring.

前記式(1)で示されるイオン伝導性基により、ポリマーにイオン伝導の機能が付与される。これらの基を隣接させて密に配置することで、本発明のイオン伝導体のイオン伝導特性をより良好なものとすることができる。前記式(1)で示されるイオン伝導性基は、本発明のイオン伝導体のイオン伝導特性および合成の双方の観点から、前記環状有機基Aの環を構成する原子のうち、連続する3〜20個の原子に1個ずつ結合されるのが好ましく、連続する4〜8個の原子に1個ずつ結合されるのが更に好ましく、連続する4個又は5個、特に好ましくは連続する5個の原子に1個ずつ結合されるのが特に好ましい。   By the ion conductive group represented by the formula (1), a function of ion conduction is imparted to the polymer. By closely arranging these groups adjacent to each other, the ion conduction characteristics of the ion conductor of the present invention can be made better. The ion conductive group represented by the formula (1) is a continuous 3 to 3 atoms among the atoms constituting the ring of the cyclic organic group A from the viewpoints of both the ion conductive properties and the synthesis of the ion conductor of the present invention. It is preferably bonded to 20 atoms one by one, more preferably bonded to 4 to 8 consecutive atoms one by one, 4 or 5 consecutive, particularly preferably 5 consecutive It is particularly preferable to bond one atom at a time.

前記環状有機基を有する繰返し単位は、イオン伝導性をより高めることができるため、下記式(2)で示される基であることが好ましい。   The repeating unit having a cyclic organic group is preferably a group represented by the following formula (2) because ion conductivity can be further improved.

前記式(2)中、A環は前記環状有機基Aを示し、k、R、Z及びQは前記式(1)中のk、R、Z及びQと、その好適な態様も含めて同義であり、n個のk、R、Z及びQは、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよく、nは3以上の整数を示す。Xは置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、Yは単結合又は2価の有機基を示し、Wは3価の炭化水素基を示す。 In the formula (2), A ring indicates the cyclic organic group A, k, R 1, Z and Q k in the formula (1), and R 1, Z and Q, also preferred embodiments thereof, including N k, R 1 , Z and Q may be the same as or different from each other, and n represents an integer of 3 or more. X 1 represents a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, Y 1 represents a single bond or a divalent organic group, and W 1 represents a trivalent hydrocarbon group.

前記式(2)中のXは、前記環状有機基Aと結合し、さらに本発明のイオン伝導体に係るポリマーを構成するその他の原子団と少なくとも一箇所で結合している連結基である。Xとしては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン、デカン、イコサン、トリアコンタン、ペンタコンタン、シクロヘプタン及びシクロへキサン等の炭素数1〜50の飽和炭化水素分子から2個の水素原子を除いて形成されるアルキレン基;ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン及びピレン等の炭素数1〜50の芳香族炭化水素分子から2個以上の水素原子を除いて形成されるアリーレン基;等が挙げられる。Xの炭素数は、1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることが更に好ましい。これらのうち、Xとしてはフェニレン基が特に好ましい。 X 1 in the formula (2) is a linking group bonded to the cyclic organic group A and further bonded to at least one other atomic group constituting the polymer according to the ion conductor of the present invention. . X 1 includes, for example, two hydrogen atoms from saturated hydrocarbon molecules having 1 to 50 carbon atoms such as methane, ethane, propane, butane, octane, decane, icosane, triacontane, pentacontan, cycloheptane, and cyclohexane. An alkylene group formed by removing atoms; formed by removing two or more hydrogen atoms from an aromatic hydrocarbon molecule having 1 to 50 carbon atoms such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene and pyrene. Arylene group; and the like. X 1 preferably has 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and still more preferably 1 to 10 carbon atoms. Among these, particularly preferred are phenylene group as X 1.

前記Xが炭化水素基であることで、前記環状有機基AとXとの間の結合が不活性となり、耐久性のよいイオン伝導体が得られるという効果が奏される。 When X 1 is a hydrocarbon group, the bond between the cyclic organic group A and X 1 becomes inactive, and an effect is obtained in that a durable ion conductor is obtained.

前記Yで表される2価の有機基としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン、デカン、イコサン、トリアコンタン、シクロヘプタン及びシクロへキサン等の炭素数1〜40の飽和炭化水素分子から2個の水素原子を除いて形成されるアルキレン基;ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン及びピレン等の炭素数6〜50の芳香族炭化水素分子から2個の水素原子を除いて形成されるアリーレン基;下記式(E−1)、(E−2)、(E−3)、(E−4)、(E−5)、(E−6)、(E−7)、(E−8)、(E−9)又は(E−10)で示される基;等が挙げられる。Y1は、これらの基を任意に複数組み合わせた基であってもよい。Yは、本発明のイオン伝導体の合成が簡便であることと、本発明のイオン伝導体の化学的安定性を確保しやすいことから、単結合又はアルキレン基であることが特に好ましい。 Examples of the divalent organic group represented by Y 1 include saturated hydrocarbon molecules having 1 to 40 carbon atoms such as methane, ethane, propane, butane, octane, decane, icosane, triacontane, cycloheptane, and cyclohexane. An alkylene group formed by removing two hydrogen atoms from an aromatic hydrocarbon molecule having 6 to 50 carbon atoms such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene and pyrene; An arylene group formed by removing; the following formulas (E-1), (E-2), (E-3), (E-4), (E-5), (E-6), (E-7) ), (E-8), (E-9) or a group represented by (E-10); Y1 may be a group obtained by arbitrarily combining a plurality of these groups. Y 1 is particularly preferably a single bond or an alkylene group because the synthesis of the ionic conductor of the present invention is simple and the chemical stability of the ionic conductor of the present invention is easily secured.

前記式(E−1)〜(E−10)中、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は置換基を有していてもよい1価の炭化水素基を示す。ここで1価の炭化水素基としては、メタン、エタン、プロパン、2−メチルプロパン、ブタン、シクロヘプタン、及びシクロへキサン等の炭素数1〜30の飽和炭化水素分子から1個の水素原子を除いて形成されるアルキル基;ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン、ピレン、及びピリジン等の芳香族炭化水素分子から1個の水素原子を除いて形成される基;等が挙げられる。 In the formulas (E-1) to (E-10), R a , R b , R c , R d , R e , R f and R g each independently have a hydrogen atom or a substituent. Or a monovalent hydrocarbon group. Here, the monovalent hydrocarbon group includes one hydrogen atom from a saturated hydrocarbon molecule having 1 to 30 carbon atoms such as methane, ethane, propane, 2-methylpropane, butane, cycloheptane, and cyclohexane. An alkyl group formed by removing; a group formed by removing one hydrogen atom from an aromatic hydrocarbon molecule such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene, pyrene, and pyridine; It is done.

前記Wで表される3価の炭化水素基としては、メタン、エタン、プロパン、2−メチルプロパン、ブタン、シクロヘプタン、及びシクロへキサン等の炭素数1〜30の飽和炭化水素分子から3個の水素原子を除いて形成されるアルカントリイル基;ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、アセナフチレン、フェナレン、ピレン、及びピリジン等の芳香族炭化水素分子から3個の水素原子を除いて形成される基;等が挙げられる。Wの炭素数は、1〜30であることが好ましく、1〜16であることがより好ましく、1〜8であることが更に好ましい。これらのうち、Wとしては、重合反応の容易さから、アルカントリイル基が特に好ましい。 Examples of the trivalent hydrocarbon group represented by W 1 include 3 to C 3-30 saturated hydrocarbon molecules such as methane, ethane, propane, 2-methylpropane, butane, cycloheptane, and cyclohexane. Alkanetriyl group formed by removing one hydrogen atom; formed by removing three hydrogen atoms from aromatic hydrocarbon molecules such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, acenaphthylene, phenalene, pyrene, and pyridine And the like; and the like. The number of carbon atoms in W 1 is preferably 1-30, more preferably 1-16, and still more preferably 1-8. Among these, as W 1 , an alkanetriyl group is particularly preferable because of easy polymerization reaction.

前記式(2)で示される上記繰返し単位は、合成が簡便であることから、下記式(3)で示される繰返し単位であることがより好ましい。   The repeating unit represented by the formula (2) is more preferably a repeating unit represented by the following formula (3) because synthesis is simple.

前記式(3)中、Z、k、Q、R、X、Y及びWは、その好適な態様も含めて、前記式(2)中のZ、k、Q、R、X、Y及びWと同義である。複数のZ、k、Q及びRは、それぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。Tは前記式(1)で示される1価のイオン伝導性基、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は水素原子を示し、Tは前記式(1)で示される1価のイオン伝導性基、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は水素原子を示す。 In the formula (3), Z, k, Q, R 1 , X 1 , Y 1 and W 1 include Z, k, Q, R 1 in the formula (2), including preferred embodiments thereof. Synonymous with X 1 , Y 1 and W 1 . The plurality of Z, k, Q, and R 1 may be the same as or different from each other. T 1 represents a monovalent ion conductive group represented by the formula (1), a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent or a hydrogen atom, and T 2 represents the formula (1). And a monovalent hydrocarbon group or a hydrogen atom which may have a substituent.

前記式(3)で示される繰返し単位としては、例えば、下記式(3−1)で表される繰返し単位が挙げられる。式(3−1)中、R200は、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基を示し、好ましくは水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基であり、より好ましくは水素原子又はメチル基である。 Examples of the repeating unit represented by the formula (3) include a repeating unit represented by the following formula (3-1). In formula (3-1), R 200 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group. It is.

本発明のイオン伝導体に係るポリマーを構成する繰返し単位の数(重合度)は、ポリマーの溶解性の確保と膜強度の確保を両立しやすい観点から、好ましくは1〜1×10であり、より好ましくは5〜1×10であり、さらに好ましくは2×10〜1×10であり、特に好ましくは1×10〜5×10である。 The number of repeating units (degree of polymerization) constituting the polymer according to the ionic conductor of the present invention is preferably 1 to 1 × 10 7 from the viewpoint of easily ensuring the solubility of the polymer and ensuring the film strength. More preferably, it is 5 to 1 × 10 6 , further preferably 2 × 10 to 1 × 10 6 , and particularly preferably 1 × 10 2 to 5 × 10 5 .

本発明のイオン伝導体に係るポリマーのGPC測定にて求められる数平均分子量(Mn)は、ポリマーの溶解性の確保と膜強度の確保を両立しやすい観点から、好ましくは500〜1000000であり、より好ましくは1000〜900000であり、更に好ましくは2000〜700000である。該GPC測定において、GPC装置はRI検出器を備えたJASCO社製のHBPX 880Pu(商品名)を用い、送液速度を1.0mL/分、カラムオーブンを40℃に設定して測定を行う。溶媒はTHFを用い、分析カラムはShodex社製のKF−803L及びKF−804L(商品名)を用いる。標準サンプルとしては、ポリスチレン(1300,3000,5000,11000,50000,90000,200000,490000,900000)を用いる。   The number average molecular weight (Mn) determined by GPC measurement of the polymer according to the ionic conductor of the present invention is preferably 500 to 1000000 from the viewpoint of easily ensuring the solubility of the polymer and ensuring the film strength. More preferably, it is 1000-900000, More preferably, it is 2000-700000. In the GPC measurement, the GPC apparatus uses HBPX 880Pu (trade name) manufactured by JASCO equipped with an RI detector, and performs the measurement by setting the liquid feeding speed to 1.0 mL / min and the column oven to 40 ° C. THF is used as the solvent, and KF-803L and KF-804L (trade name) manufactured by Shodex are used as the analytical column. As a standard sample, polystyrene (1300, 3000, 5000, 11000, 50000, 90000, 200000, 490000, 900000) is used.

本発明のイオン伝導体により金属イオンを伝導する場合、本発明のイオン伝導体に係るポリマー中に伝導させる金属イオンの金属塩を分散させることが好ましい。この金属塩を構成する金属イオンとしては、電池の起電力の観点から、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、及びセシウムイオン等のアルカリイオン等が挙げられ、好ましくはリチウムイオン、ナトリウムイオン、及びカリウムイオンであり、より好ましくはリチウムイオン、及びナトリウムイオンである。金属塩を構成する対アニオンとしては、CFSO 、ClO 、BF 、PF 、N(SOCF 、N(SOCFCF 、及びN(SOF) 等が挙げられる。金属塩を構成する金属イオンは、ポリマー中のイオン伝導性基(極性基)の配位を介してイオン伝導に寄与することができる。イオン伝導体によりプロトンを伝導させる際には、ポリマーを加湿してもよい。 When conducting a metal ion with the ion conductor of this invention, it is preferable to disperse | distribute the metal salt of the metal ion made to conduct in the polymer which concerns on the ion conductor of this invention. Examples of the metal ions constituting the metal salt include lithium ions, sodium ions, potassium ions, rubidium ions, and alkali ions such as cesium ions from the viewpoint of the electromotive force of the battery, preferably lithium ions, sodium ions. And potassium ions, more preferably lithium ions and sodium ions. Counter anions constituting the metal salt include CF 3 SO 3 , ClO 4 , BF 4 , PF 6 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , N (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , And N (SO 2 F) 2 — and the like. Metal ions constituting the metal salt can contribute to ionic conduction through coordination of ion conductive groups (polar groups) in the polymer. When conducting protons with the ionic conductor, the polymer may be humidified.

以上説明した本発明のイオン伝導体に係るポリマーの合成手法としては、(i)ポリマーに環状有機基Aで置換された炭化水素基を修飾導入する方法、及び、(ii)環状有機基Aで置換された炭化水素基を有する重合性化合物を重合させる方法等が挙げられる。これらのうち、(ii)の方法が好ましい。この方法によれば、ポリマーの分子量及びイオン伝導性基(極性基)の導入率をより精密に制御して、イオン伝導特性が制御されたポリマーを合成することができる。   The polymer synthesis method relating to the ionic conductor of the present invention described above includes (i) a method of modifying and introducing a hydrocarbon group substituted with a cyclic organic group A into the polymer, and (ii) a cyclic organic group A. Examples include a method of polymerizing a polymerizable compound having a substituted hydrocarbon group. Of these, the method (ii) is preferred. According to this method, it is possible to synthesize a polymer with controlled ion conduction characteristics by more precisely controlling the molecular weight of the polymer and the introduction rate of ion conductive groups (polar groups).

上記(ii)の方法に好適に用いることのできる重合性化合物の合成方法としては、例えば、下記(I)〜(IV)の方法が挙げられる。これらの方法を適宜組み合わせることで、所望の環状有機基Aを有する化合物を合成することができる。
(I)ホルムアルデヒドと酸等を用いた芳香族基のヒドロメチル化
(II)アルキル基をもつ芳香族基のアルキル基を酸化したのち、還元するヒドロメチル化
(III)電子吸引基で置換されたアセチレンを用いた芳香環形成反応(参考文献:Dalton Transactions,2011,40,3748等)
(IV)極性基で置換されたアセチレンを用いた芳香環形成反応(参考文献:Tetrahedron Letter,1994,35,9323等)
Examples of the method for synthesizing a polymerizable compound that can be suitably used in the method (ii) include the following methods (I) to (IV). By appropriately combining these methods, a compound having a desired cyclic organic group A can be synthesized.
(I) Hydromethylation of aromatic group using formaldehyde and acid, etc. (II) Hydroxylation after oxidation of alkyl group of aromatic group having alkyl group (III) Acetylene substituted with electron withdrawing group Aromatic ring formation reaction used (reference: Dalton Transactions, 2011, 40, 3748, etc.)
(IV) Aromatic ring formation reaction using acetylene substituted with a polar group (reference: Tetrahedron Letter, 1994, 35, 9323, etc.)

前記重合性化合物は、例えば、下記式(4)で示される化合物である。式(4)中のUは重合性基を示す。式(4)中のA環、k、R、Z、Q、n、X、及びYは、その好適な態様も含めて、前記式(2)で示される基と同義である。n個のイオン伝導性基は、互いに同一でも異なっていてもよい。 The polymerizable compound is, for example, a compound represented by the following formula (4). U 1 in the formula (4) represents a polymerizable group. The ring A, k, R 1 , Z, Q, n, X 1 , and Y 1 in the formula (4) are synonymous with the group represented by the formula (2), including preferred embodiments thereof. The n ion conductive groups may be the same as or different from each other.

前記Uで表される重合性基としては、1,2-エポキシエチル基、及び、エチレン性不飽和結合を有する1価の炭化水素基等が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する炭化水素基としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ブタジニル基、スチリル基、2−ビニルベンジル基、3−ビニルベンジル基、4−ビニルベンジル基、−COCHCH基及び−COC(CH)CH基等が挙げられる。これらのうち、重合反応性を確保しやすい観点から、ビニル基、スチリル基、2−ビニルベンジル基、3−ビニルベンジル基、4−ビニルベンジル基、−COCHCH基及び−COC(CH)CH基が好ましく、ビニル基及びスチリル基がより好ましい。 Examples of the polymerizable group represented by U 1 include a 1,2-epoxyethyl group and a monovalent hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond. Examples of the hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond include vinyl group, allyl group, propenyl group, butenyl group, butazinyl group, styryl group, 2-vinylbenzyl group, 3-vinylbenzyl group, 4-vinylbenzyl group,- COCHCH 2 group, —COC (CH 3 ) CH 2 group and the like can be mentioned. Among these, from the viewpoint of easily ensuring polymerization reactivity, vinyl group, styryl group, 2-vinylbenzyl group, 3-vinylbenzyl group, 4-vinylbenzyl group, —COCHCH 2 group and —COC (CH 3 ) CH Two groups are preferable, and a vinyl group and a styryl group are more preferable.

前記重合性化合物は、前記A環上に複数の重合性基を有していてもよい。例えば、重合性化合物は、A環に結合した−X−Y−Uで表される基を複数有していてもよい。 The polymerizable compound may have a plurality of polymerizable groups on the A ring. For example, the polymerizable compound may have a plurality of groups represented by —X 1 —Y 1 —U 1 bonded to the A ring.

前記重合性化合物としては、下記式(6)で示される重合性化合物が好ましい。式(6)中、Z、Q、k、T、T、X、Y及びUは、その好適な態様も含めて前記式(4)で示される重合性化合物と同義である。 As the polymerizable compound, a polymerizable compound represented by the following formula (6) is preferable. In the formula (6), Z, Q, k, T 1 , T 2 , X 1 , Y 1 and U 1 are synonymous with the polymerizable compound represented by the formula (4) including preferred embodiments thereof. .

さらに、前記式(6)で示される重合性化合物としては、例えば、下記式(6−1)で示される化合物が挙げられる。式(6−1)中、X及びYは、その好適な態様も含めて、前記式(4)と同義であり、R200は、その好適な態様も含めて、前記式(3−1)と同義である。 Furthermore, as a polymeric compound shown by said Formula (6), the compound shown by following formula (6-1) is mentioned, for example. In formula (6-1), X 1 and Y 1 are synonymous with formula (4), including preferred embodiments thereof, and R 200 is defined by formula (3- It is synonymous with 1).

前記重合性化合物から、本発明のイオン伝導体に係るに係るポリマーを合成する方法は、重合性基の種類等に応じて適宜選択することができる。該ポリマーは、前記重合性化合物(環状有機基Aで置換された炭化水素基を有する重合性化合物)の単独重合体であってもよく、適宜選択された共重合成分(コモノマー)との共重合体であってもよい。ポリマーが共重合体であると、コモノマー由来の特性をポリマーに付与することができる。   A method for synthesizing the polymer according to the ionic conductor of the present invention from the polymerizable compound can be appropriately selected according to the type of the polymerizable group and the like. The polymer may be a homopolymer of the polymerizable compound (a polymerizable compound having a hydrocarbon group substituted with a cyclic organic group A), and a copolymer with an appropriately selected copolymer component (comonomer). It may be a coalescence. When the polymer is a copolymer, comonomer-derived characteristics can be imparted to the polymer.

前記重合性基がエチレン性不飽和結合を有する1価の炭化水素基である場合、熱、光、電解、放射線照射、酸化等の様々な加熱手法や光照射手法により重合反応を行うことができ、ラジカル発生触媒、ラジカル重合開始剤等を用いてもよい。これらの中でも、ラジカル重合開始剤を用いた重合法が好ましい。ラジカル重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル等の有機過酸化物、過硫酸カリウム等の無機過酸化物、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系のラジカル重合開始剤等が挙げられる。また、後述するリビングラジカル重合法で使用されるラジカル重合開始剤を用いてもよい。   When the polymerizable group is a monovalent hydrocarbon group having an ethylenically unsaturated bond, the polymerization reaction can be performed by various heating methods such as heat, light, electrolysis, radiation irradiation, oxidation, and light irradiation methods. , Radical generating catalysts, radical polymerization initiators and the like may be used. Among these, a polymerization method using a radical polymerization initiator is preferable. As radical polymerization initiators, organic peroxides such as benzoyl peroxide, inorganic peroxides such as potassium persulfate, and azo radical polymerization initiation such as 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) Agents and the like. Moreover, you may use the radical polymerization initiator used by the living radical polymerization method mentioned later.

前記共重合成分としては、十分な重合反応性を有しているモノマーであり、前記式(6−1)で表される重合性化合物との共重合の観点から、エチレン性不飽和結合を有するコモノマーが好ましい。このコモノマーは、例えば、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸−n−プロピル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、並びに(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル等の(メタ)アクリル酸系モノマー;スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、ビニル安息香酸及びその塩、並びにスチレンスルホン酸及びその塩等のスチレン系モノマー;パーフルオロエチレン、パーフルオロプロピレン、及びフッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニルモノマー;ビニルトリメトキシシラン、及びビニルトリエトキシシラン等のケイ素含有ビニル系モノマー;無水マレイン酸、マレイン酸、及びマレイン酸のモノアルキルエステル又はジアルキルエステル、フマル酸、及びフマル酸のモノアルキルエステル又はジアルキルエステル、マレイミド、メチルマレイミド、エチルマレイミド、プロピルマレイミド、ブチルマレイミド、ヘキシルマレイミド、オクチルマレイミド、ドデシルマレイミド、ステアリルマレイミド、フェニルマレイミド、及びシクロヘキシルマレイミド等のマレイミド系モノマー;アクリロニトリル、及びメタクリロニトリル等のニトリル基含有ビニル系モノマー;アクリルアミド、及びメタクリルアミド等のアミド基含有ビニル系モノマー;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、安息香酸ビニル、及び桂皮酸ビニル等のビニルエステル系モノマー;エチレン、プロピレン、及びブテン等のオレフィン系モノマー;ブタジエン、及びイソプレン等のジエン系モノマー;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリル、アリルアルコール、アクロレイン、メタクロレイン、並びにニルホスホン酸及びその塩が挙げられる。これらのコモノマーは、単独で、または2種類以上を組み合わせて共重合反応に使用してもよい。なお、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸及びメタクリル酸を意味する。   The copolymer component is a monomer having sufficient polymerization reactivity, and has an ethylenically unsaturated bond from the viewpoint of copolymerization with the polymerizable compound represented by the formula (6-1). Comonomers are preferred. This comonomer includes, for example, (meth) acrylic acid and salts thereof, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid-n-propyl, (meth) acrylic acid phenyl, (meth) acrylic 2-hydroxyethyl acid, 2-aminoethyl (meth) acrylate, 2- (dimethylamino) ethyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, trifluoromethylmethyl (meth) acrylate, And (meth) acrylic acid monomers such as 2-trifluoromethylethyl (meth) acrylate; styrene, vinyltoluene, α-methylstyrene, chlorostyrene, vinylbenzoic acid and its salts, styrenesulfonic acid and its salts, etc. Styrenic monomers: perfluoroethylene, perfluoropropylene Fluorine-containing vinyl monomers such as vinylidene fluoride; silicon-containing vinyl monomers such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane; maleic anhydride, maleic acid, and monoalkyl or dialkyl esters of maleic acid, fumarate Maleimide monomers such as acids and monoalkyl or dialkyl esters of fumaric acid, maleimide, methylmaleimide, ethylmaleimide, propylmaleimide, butylmaleimide, hexylmaleimide, octylmaleimide, dodecylmaleimide, stearylmaleimide, phenylmaleimide, and cyclohexylmaleimide Nitrile group-containing vinyl monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; amide groups such as acrylamide and methacrylamide Vinyl monomers; vinyl ester monomers such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl pivalate, vinyl benzoate, and vinyl cinnamate; olefin monomers such as ethylene, propylene, and butene; dienes such as butadiene and isoprene Monomers; vinyl chloride, vinylidene chloride, allyl chloride, allyl alcohol, acrolein, methacrolein, and nylphosphonic acid and its salts. These comonomers may be used alone or in combination of two or more for the copolymerization reaction. In addition, (meth) acrylic acid means acrylic acid and methacrylic acid.

重合反応としては、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合、塊状・懸濁重合等を選択することができる。前記重合性化合物の重合反応では、溶媒として、反応を阻害しないものであれば何れでも使用することができ、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカヒドロナフタレン等の脂環族炭化水素系溶媒;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素およびテトラクロルエチレン等の塩素化炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒;酢酸エチルおよびジメチルフタレート等のエステル系溶媒;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−アミルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキシアニソール等のエーテル系溶媒;1−メチル−2−ピロリジノン、ジメチルホルムアミド、酢酸、水を使用することができる。これらの溶媒は、単独で、または2種以上を混合して使用してもよい。また、これらの溶媒の使用によって、反応液が均一相となることが好ましいが、不均一な複数の相となっても構わない。   As the polymerization reaction, bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, bulk / suspension polymerization and the like can be selected. In the polymerization reaction of the polymerizable compound, any solvent can be used as long as it does not inhibit the reaction. For example, an aromatic hydrocarbon solvent such as benzene, toluene, xylene, pentane, hexane, heptane, Aliphatic hydrocarbon solvents such as octane, nonane and decane; Alicyclic hydrocarbon solvents such as cyclohexane, methylcyclohexane and decahydronaphthalene; Chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride and tetra Chlorinated hydrocarbon solvents such as chloroethylene; alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, sec-butanol, tert-butanol; acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl keto Ketone solvents such as ethyl acetate and ester solvents such as dimethyl phthalate; ether solvents such as dimethyl ether, diethyl ether, di-n-amyl ether, tetrahydrofuran and dioxyanisole; 1-methyl-2-pyrrolidinone, dimethylformamide Acetic acid and water can be used. These solvents may be used alone or in admixture of two or more. Moreover, it is preferable that the reaction liquid becomes a homogeneous phase by using these solvents, but a plurality of non-uniform phases may be used.

本発明のイオン伝導体に係るポリマーは、高次構造を形成することで、イオン伝導性を維持したままコモノマーの有する性質も導入できるため、所望の物性を有する材料が得られやすいため、好ましくはブロック共重合体である。このブロック共重合体の製造法に関しては、特に限定されず、公知の方法等を用いることができる。重合体ブロック(D)を構成するモノマーをモノマー(d)、重合体ブロック(E)を構成するモノマーをモノマー(e)、と呼称する。以下、製造法の具体例として、重合体ブロック(D)及び重合体ブロック(E)を成分とするブロック共重合体の製造法について述べる。   The polymer according to the ionic conductor of the present invention preferably has a higher-order structure, so that the properties of the comonomer can be introduced while maintaining the ionic conductivity, and thus a material having desired physical properties can be easily obtained. It is a block copolymer. It does not specifically limit regarding the manufacturing method of this block copolymer, A well-known method etc. can be used. The monomer constituting the polymer block (D) is referred to as monomer (d), and the monomer constituting the polymer block (E) is referred to as monomer (e). Hereinafter, as a specific example of the production method, a production method of a block copolymer having the polymer block (D) and the polymer block (E) as components will be described.

重合体ブロック(D)又は(E)を構成するモノマーの種類、分子量等によって、重合体ブロック(D)又は(E)の製造法は、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法、配位重合法等から適宜選択される。工業的な容易さから、ラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合法が好ましく選択される。特に、分子量制御、分子量分布制御、重合体構造制御、重合体ブロック(D)と重合体ブロック(E)との結合の容易さ等からいわゆるリビング重合法が好ましく、具体的にはリビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法、リビングカチオン重合法が好ましく、特にリビングラジカル重合法、リビングアニオン重合法がより好ましい。リビングアニオン重合が、工業的容易さ、分子量、分子量分布、重合体ブロック(D)と重合体ブロック(E)との結合の容易さ等からより好ましい。   Depending on the type and molecular weight of the monomer constituting the polymer block (D) or (E), the production method of the polymer block (D) or (E) can be radical polymerization, anionic polymerization, cationic polymerization, coordination It selects suitably from the polymerization method etc. A radical polymerization method, an anionic polymerization method, and a cationic polymerization method are preferably selected from the viewpoint of industrial ease. In particular, the so-called living polymerization method is preferable from the viewpoints of molecular weight control, molecular weight distribution control, polymer structure control, ease of bonding between the polymer block (D) and the polymer block (E), and specifically, a living radical polymerization method. The living anionic polymerization method and the living cationic polymerization method are preferable, and the living radical polymerization method and the living anion polymerization method are particularly preferable. Living anionic polymerization is more preferable from the viewpoint of industrial ease, molecular weight, molecular weight distribution, ease of bonding between the polymer block (D) and the polymer block (E), and the like.

リビングアニオン重合法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
(1)テトラヒドロフラン溶媒中でジアニオン系開始剤を用いてモノマー(e)を重合後に、−78℃の温度条件下でモノマー(d)を逐次重合させD−E−D型ブロック共重合体を得る方法(例えば、Macromolecules,(1969),2(5),453−458.)。
(2)モノマー(d)をアニオン系開始剤を用いてバルク重合をした後に、モノマー(e)を逐次重合させ、その後テトラクロロシラン等のカップリング剤によりカップリング反応を行い、(D−E)X型ブロック共重合体を得る方法(例えば、Kautsch.Gummi,Kunstst.,(1984),37(5),377−379.及び、Polym.Bull.,(1984),12,71−77.)。
(3)非極性溶媒中有機リチウム化合物を開始剤として用い、0.1〜10質量%の濃度の極性化合物の存在下、−30℃〜30℃の温度にて、5〜50質量%の濃度のモノマー(d)を重合させ、得られるリビングポリマーにモノマー(e)を重合させた後、カップリング剤を添加して、D−E−D型ブロック共重合体を得る方法。
(4)非極性溶媒中有機リチウム化合物を開始剤として用い、0.1〜10質量%の濃度の極性化合物の存在下、−30℃〜30℃の温度にて、5〜50質量%の濃度のモノマー(d)(重合体ブロック(D)を構成する単量体)を重合させ、得られるリビングポリマーにモノマー(e)を重合させ、得られるモノマー(d)重合体ブロックとモノマー(e)重合体ブロックからなるブロック共重合体のリビングポリマーに重合体ブロック(D)を構成する単量体を重合させてD−E−D型ブロック共重合体を得る方法。
Examples of the living anionic polymerization method include the following methods.
(1) After polymerization of the monomer (e) using a dianionic initiator in a tetrahydrofuran solvent, the monomer (d) is sequentially polymerized under a temperature condition of −78 ° C. to obtain a D-E-D type block copolymer. Methods (eg, Macromolecules, (1969), 2 (5), 453-458.).
(2) After bulk polymerization of the monomer (d) using an anionic initiator, the monomer (e) is sequentially polymerized, and then a coupling reaction is performed with a coupling agent such as tetrachlorosilane, (DE) n Methods for obtaining X-type block copolymers (for example, Kautsch. Gummi, Kunstst., (1984), 37 (5), 377-379. and Polym. Bull., (1984), 12, 71-77. ).
(3) An organic lithium compound in a nonpolar solvent is used as an initiator, and a concentration of 5 to 50% by mass at a temperature of −30 ° C. to 30 ° C. in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass. The monomer (d) is polymerized, the monomer (e) is polymerized to the resulting living polymer, and then a coupling agent is added to obtain a D-E-D type block copolymer.
(4) A concentration of 5 to 50% by mass at a temperature of −30 ° C. to 30 ° C. in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass using an organolithium compound in a nonpolar solvent as an initiator. The monomer (d) (monomer constituting the polymer block (D)) is polymerized, the monomer (e) is polymerized to the resulting living polymer, and the resulting monomer (d) polymer block and monomer (e) A method of obtaining a DED type block copolymer by polymerizing a monomer constituting the polymer block (D) to a living polymer of a block copolymer comprising polymer blocks.

製造法の具体例として、モノマー(f)を主たる繰返し単位とする重合体ブロック(F)、モノマー(d)からなる重合体ブロック(D)、及びモノマー(e)からなる重合体ブロック(E)を構成成分とするブロック共重合体あるいはグラフト共重合体の製造法について述べる。この場合、工業的容易さ、分子量、分子量分布、重合体ブロック(F)、(E)及び(D)の結合の容易さ等からリビングアニオン重合法が好ましく、次のような具体的な合成例が挙げられる。
(5)シクロヘキサン溶媒中でアニオン重合開始剤を用いて、10〜100℃の温度条件下で、モノマー(f)を重合し、その後モノマー(e)、モノマー(d)を逐次重合させF−E−D型ブロック共重合体を得る方法。
(6)シクロヘキサン溶媒中でアニオン重合開始剤を用いて、10〜100℃の温度条件下で、モノマー(f)を重合し、その後モノマー(d)、モノマー(e)を逐次重合させた後、安息香酸フェニル等のカップリング剤を添加してF−D−E−D−F型ブロック共重合体を得る方法。
(7)シクロヘキサン溶媒中でアニオン重合開始剤を用いて、10〜100℃の温度条件下で、モノマー(f)、モノマー(e)、モノマー(f)を逐次重合させF−E−F型ブロック共重合体を作成し、アニオン重合開始剤系(アニオン重合開始剤/N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン)を添加しモノマー(e)単位をリチオ化した後、モノマー(d)を重合させ、F−E(−g−D)−F型ブロック・グラフト共重合体を得る方法。なお、(−g−D)は、ブロック・グラフト共重合体のグラフト部位を表す。
(8)非極性溶媒中有機リチウム化合物を開始剤として用い、0.1〜10質量%の濃度の極性化合物の存在下、−30℃〜30℃の温度にて、5〜50質量%の濃度のモノマー(d)を重合させ、得られるリビングポリマーにモノマー(e)、モノマー(f)を逐次重合させてD−E−F型ブロック共重合体、及びモノマー(d)、モノマー(f)、モノマー(e)、モノマー(f)を逐次重合させてD−F−E−D型ブロック共重合体を得る方法。
As specific examples of the production method, a polymer block (F) having monomer (f) as a main repeating unit, a polymer block (D) comprising monomer (d), and a polymer block (E) comprising monomer (e) A method for producing a block copolymer or graft copolymer having a component as a component is described. In this case, the living anion polymerization method is preferable in view of industrial ease, molecular weight, molecular weight distribution, ease of bonding of polymer blocks (F), (E) and (D), and the following specific synthesis examples Is mentioned.
(5) Monomer (f) is polymerized using an anionic polymerization initiator in a cyclohexane solvent under a temperature condition of 10 to 100 ° C., and then monomer (e) and monomer (d) are sequentially polymerized to produce FE. A method for obtaining a D-type block copolymer.
(6) After polymerizing the monomer (f) under a temperature condition of 10 to 100 ° C. using an anionic polymerization initiator in a cyclohexane solvent, and then sequentially polymerizing the monomer (d) and the monomer (e), A method for obtaining an F-D-E-D-F type block copolymer by adding a coupling agent such as phenyl benzoate.
(7) Monomer (f), monomer (e) and monomer (f) are sequentially polymerized using an anionic polymerization initiator in a cyclohexane solvent under a temperature condition of 10 to 100 ° C. After preparing a copolymer and adding an anionic polymerization initiator system (anionic polymerization initiator / N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine) to lithiate the monomer (e) unit, the monomer (d) To obtain a FE (-gD) -F type block / graft copolymer. (-G-D) represents a graft site of the block / graft copolymer.
(8) A concentration of 5 to 50% by mass at a temperature of −30 ° C. to 30 ° C. in the presence of a polar compound having a concentration of 0.1 to 10% by mass using an organolithium compound in a nonpolar solvent as an initiator. The monomer (d) is polymerized, and the resulting living polymer is sequentially polymerized with the monomer (e) and the monomer (f) to obtain a D-E-F type block copolymer, and the monomer (d), the monomer (f), A method in which a monomer (e) and a monomer (f) are sequentially polymerized to obtain a D-F-E-D type block copolymer.

リビングラジカル重合法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
(i)ニトロキシド化合物等のラジカル捕捉剤を用いるニトロキシド媒介重合(Nitroxide Mediated Polymerization:NMP)。
(ii)有機ハロゲン化物等を開始剤とし、遷移金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合(Atom Transfer Radical Polymerization:ATRP)。
これらのうち、より簡便に重合反応を行うことができることから、(i)ニトロキシド化合物等のラジカル捕捉剤を用いるニトロキシド媒介重合が好適に使用できる。
Examples of the living radical polymerization method include the following methods.
(I) Nitroxide mediated polymerization (NMP) using a radical scavenger such as a nitroxide compound.
(Ii) Atom transfer radical polymerization (ATRP) using an organic halide or the like as an initiator and a transition metal complex as a catalyst.
Of these, nitroxide-mediated polymerization using a radical scavenger such as a nitroxide compound can be suitably used because the polymerization reaction can be carried out more easily.

(i)ニトロキシド媒介重合
ニトロキシド媒介重合は、例えば、Chemical Reviews,2001,Vol.101,No.12,3661で開示されているようなニトロキシド化合物を重合開始剤として用いて行うことができる。ニトロキシド化合物とは、ニトロキシ基を有する化合物又は重合反応条件下でニトロキシ基を生成する化合物を示す。ニトロキシ基としては、N−tert−ブチル−2−メチル−1−フェニルプロピルアミン−N−オキシ基、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシ(TEMPO)基、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシ基、2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニルオキシ基、3−アミノ−2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニルオキシ基、2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニルオキシ基、ジ−t−ブチルニトロキシ基等が挙げられる。
(I) Nitroxide-mediated polymerization Nitroxide-mediated polymerization is described in, for example, Chemical Reviews, 2001, Vol. 101, no. A nitroxide compound as disclosed in US Pat. No. 12,3661 can be used as a polymerization initiator. The nitroxide compound refers to a compound having a nitroxy group or a compound that generates a nitroxy group under polymerization reaction conditions. As the nitroxy group, N-tert-butyl-2-methyl-1-phenylpropylamine-N-oxy group, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy (TEMPO) group, 4-hydroxy -2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy group, 2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy group, 3-amino-2,2,5,5 -Tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy group, 2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy group, di-t-butylnitroxy group and the like.

(ii)原子移動ラジカル重合
原子移動ラジカル重合は、有機ハロゲン化物又はハロゲン化スルホニル化合物をラジカル重合開始剤とし、遷移金属を中心金属とする金属錯体を触媒として、重合性化合物をラジカル重合する方法である。このような方法として、例えば、Chem.Rev.,101,2921(2001)、Chem.Rev.,101,3689(2001)に記載の方法が挙げられる。ラジカル重合開始剤としては、有機ハロゲン化物やハロゲン化スルホニル化合物が挙げられるが、これらのうち、炭素−炭素二重結合のα位にハロゲン基を有する化合物、炭素−酸素二重結合のα位にハロゲン基を有する化合物等が好適に使用できる。これらの化合物の炭素−ハロゲン結合は、ラジカル重合開始剤に含まれる構造として好適である。
(Ii) Atom transfer radical polymerization Atom transfer radical polymerization is a method in which a polymerizable compound is radically polymerized using an organic halide or a sulfonyl halide compound as a radical polymerization initiator and a metal complex having a transition metal as a central metal as a catalyst. is there. As such a method, for example, Chem. Rev. 101, 2921 (2001), Chem. Rev. 101, 3689 (2001). Examples of the radical polymerization initiator include organic halides and sulfonyl halide compounds. Among these, compounds having a halogen group at the α-position of the carbon-carbon double bond, and at the α-position of the carbon-oxygen double bond. A compound having a halogen group can be preferably used. The carbon-halogen bond of these compounds is suitable as a structure contained in the radical polymerization initiator.

原子移動ラジカル重合の触媒として用いられる遷移金属錯体としては、周期律表第7族、8族、9族、10族又は11族元素を中心金属とする金属錯体が好ましく、0価の銅、1価の銅、2価のルテニウム、2価の鉄又は2価のニッケルを中心金属とする金属錯体がより好ましく、1価の銅又は2価の鉄を中心金属とする金属錯体が特に好ましい。このような金属錯体としては、1価の銅を中心金属とし、2,2’−ビピリジル又はその誘導体、1,10−フェナントロリン又はその誘導体、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ヘキサメチルトリス(2−アミノエチル)アミン等の窒素原子含有化合物を配位子としたクロロ銅錯体、ブロモ銅錯体、及びカチオン性銅錯体;2価の鉄を中心金属とし、トリフェニルホスフィン、トリブチルアミン等を配位子としたジクロロ鉄(II)錯体、及びジブロモ鉄(II)錯体が好ましい。   The transition metal complex used as a catalyst for atom transfer radical polymerization is preferably a metal complex having a group 7 element, group 8, group 9, group 10, or group 11 element as a central metal in the periodic table. More preferred are metal complexes having divalent copper, divalent ruthenium, divalent iron or divalent nickel as the central metal, and particularly preferred are metal complexes having monovalent copper or divalent iron as the central metal. Examples of such a metal complex include monovalent copper as a central metal, 2,2′-bipyridyl or a derivative thereof, 1,10-phenanthroline or a derivative thereof, tetramethylethylenediamine, pentamethyldiethylenetriamine, hexamethyltris (2- Chlorocopper complexes, bromocopper complexes, and cationic copper complexes with nitrogen atom-containing compounds such as aminoethyl) amine; ligands with divalent iron as the central metal and triphenylphosphine, tributylamine, etc. The dichloroiron (II) complex and the dibromoiron (II) complex are preferred.

リビングラジカル重合反応は、酢酸、硫酸、蟻酸、パラトルエンスルホン酸等のブレンステッド酸、無水酢酸、塩化アルミニウム等のルイス酸;等を触媒として用いることで、より反応を進行させることができる。   The living radical polymerization reaction can be further promoted by using, as a catalyst, Bronsted acid such as acetic acid, sulfuric acid, formic acid, and paratoluenesulfonic acid, and Lewis acid such as acetic anhydride and aluminum chloride.

(i)ニトロキシド媒介重合、(ii)原子移動ラジカル重合のいずれの重合反応においても、重合温度はラジカル重合反応が進行する温度であればよく、所望する本発明のイオン性伝導体に係るポリマーの重合度、使用するラジカル重合開始剤の種類及び量、溶媒の種類及び量、等によって適宜選択することができるが、通常−100℃〜250℃であり、好ましくは−50℃〜180℃であり、より好ましくは0℃〜160℃である。重合反応は、減圧、常圧、加圧の何れでも実施できる。また、重合反応は、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   In any polymerization reaction of (i) nitroxide-mediated polymerization and (ii) atom transfer radical polymerization, the polymerization temperature may be any temperature at which the radical polymerization reaction proceeds, and the desired polymer of the ionic conductor of the present invention can be used. Although it can be appropriately selected depending on the degree of polymerization, the type and amount of the radical polymerization initiator to be used, the type and amount of the solvent, etc., it is usually -100 ° C to 250 ° C, preferably -50 ° C to 180 ° C. More preferably, it is 0 degreeC-160 degreeC. The polymerization reaction can be performed at any of reduced pressure, normal pressure, and increased pressure. The polymerization reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.

上記の方法により生成した本発明のイオン性伝導体に係るポリマーは、重合に用いた溶媒や未反応のモノマーの留去あるいは非溶媒による再沈殿等の公知の方法を用いることにより単離される。   The polymer according to the ionic conductor of the present invention produced by the above method is isolated by using a known method such as distillation of the solvent used in the polymerization or unreacted monomer or reprecipitation with a non-solvent.

前記重合性化合物のリビングラジカル重合により、マクロモノマーを得ることもできる。このマクロモノマーは、前記重合性化合物由来の単位構造と、ラジカル重合開始剤由来の重合開始部位とを有し、例えば、下記式(8)で示される。   A macromonomer can also be obtained by living radical polymerization of the polymerizable compound. This macromonomer has a unit structure derived from the polymerizable compound and a polymerization initiation site derived from a radical polymerization initiator, and is represented, for example, by the following formula (8).

前記式(8)中、A環、X、Y、W、Z、Q、k及びnは、好適な態様も含めて前記式(2)で示される基と同義である。R300及びR301は、ラジカル重合開始剤残基を示し、mは1〜1×10の整数を示す。R300及びR301のうち、少なくとも一方は重合性基であり、このような基としては、ニトロキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。なお、ラジカル重合開始剤残基とは、ラジカル重合開始剤由来の部分構造を示し、例えば、下記式(8−a)で表されるラジカル重合開始剤を用いたリビングラジカル重合によれば、下記式(8−b)で表されるマクロモノマーが得られる。mは、好ましくは5〜1×10であり、より好ましくは2×10〜1×10であり、さらに好ましくは1×10〜5×10である。 In the formula (8), A ring, X 1, Y 1, W 1, Z, Q, k and n is a preferred embodiment be included synonymous with a group represented by the formula (2). R 300 and R 301 represent a radical polymerization initiator residue, and m represents an integer of 1 to 1 × 10 6 . At least one of R 300 and R 301 is a polymerizable group, and examples of such a group include a nitroxy group and a halogen atom. The radical polymerization initiator residue indicates a partial structure derived from a radical polymerization initiator. For example, according to living radical polymerization using a radical polymerization initiator represented by the following formula (8-a), A macromonomer represented by the formula (8-b) is obtained. m is preferably 5 to 1 × 10 6 , more preferably 2 × 10 to 1 × 10 6 , and further preferably 1 × 10 2 to 5 × 10 5 .

前記マクロモノマーと共重合成分との反応により、ブロック共重合体を得ることができる。このようなブロック共重合体は、高次構造を形成可能であり、当該高次構造に由来して、連続したイオン基部分による高イオン伝導特性等の特性を有する。そのため、上記イオン伝導体を構成するポリマーとして好適に使用することができる。   A block copolymer can be obtained by the reaction between the macromonomer and the copolymer component. Such a block copolymer can form a higher order structure, and has characteristics such as high ionic conduction characteristics due to a continuous ionic group portion derived from the higher order structure. Therefore, it can be suitably used as a polymer constituting the ionic conductor.

前記重合性化合物の合成方法としては、上述したように、下記(I)〜(IV)の方法等が挙げられる。これらの方法を適宜組み合わせることで、所望の環状有機基を有する重合性化合物を合成することができる。A環が芳香環である場合には、合成の簡便さの観点から、(II)の方法が好適である。
(I)ホルムアルデヒドと酸等を用いた芳香族基のヒドロメチル化
(II)アルキル基をもつ芳香族基のアルキル基を酸化したのち、還元するヒドロメチル化
(III)電子吸引基で置換されたアセチレンを用いた芳香環形成反応(参考文献:Dalton Transactions,2011,40,3748等)
(IV)極性基で置換されたアセチレンを用いた芳香環形成反応(参考文献:Tetrahedron Letter,1994,35,9323等)
Examples of the method for synthesizing the polymerizable compound include the following methods (I) to (IV) as described above. By appropriately combining these methods, a polymerizable compound having a desired cyclic organic group can be synthesized. In the case where the A ring is an aromatic ring, the method (II) is preferred from the viewpoint of ease of synthesis.
(I) Hydromethylation of aromatic group using formaldehyde and acid, etc. (II) Hydroxylation after oxidation of alkyl group of aromatic group having alkyl group (III) Acetylene substituted with electron withdrawing group Aromatic ring formation reaction used (reference: Dalton Transactions, 2011, 40, 3748, etc.)
(IV) Aromatic ring formation reaction using acetylene substituted with a polar group (reference: Tetrahedron Letter, 1994, 35, 9323, etc.)

以下に、前記重合性化合物の合成方法の例を示す。なお、重合性化合物の合成方法は、下記スキーム1、スキーム2、スキーム3及びスキーム4で示される試薬、反応時間、反応温度等に限定されるものではない。   Below, the example of the synthesis | combining method of the said polymeric compound is shown. In addition, the synthesis | combining method of a polymeric compound is not limited to the reagent shown by the following scheme 1, scheme 2, scheme 3, and scheme 4, reaction time, reaction temperature, etc.

まず、下記式(8−5)及び(8−6)で示される、本発明の重合性化合物の合成方法の一例を示す。下記スキーム1に示すように、極性基で置換されたアセチレン(8−1)と、アセテート化合物(8−2)との反応により、式(8−3)で示される化合物を合成する。スキーム1中、R401は、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基を示し、スキーム2中、R402は、前記式(3−1)で示される繰返し単位におけるR200と同様の基を示す。また、DMAPは4−(ジメチルアミノ)ピリジンを示し、DMEは1,2−ジメトキシエタンを示す。 First, an example of the synthesis method of the polymerizable compound of the present invention represented by the following formulas (8-5) and (8-6) will be shown. As shown in the following scheme 1, a compound represented by the formula (8-3) is synthesized by a reaction of acetylene (8-1) substituted with a polar group and an acetate compound (8-2). In Scheme 1, R 401 represents a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent. In Scheme 2, R 402 represents R 200 in the repeating unit represented by the formula (3-1). Similar groups are shown. DMAP represents 4- (dimethylamino) pyridine, and DME represents 1,2-dimethoxyethane.

ついで、スキーム2に示すように、式(8−3)で示される化合物に重合性基を導入することにより、式(8−4)で示される化合物が得られる。   Then, as shown in Scheme 2, a compound represented by the formula (8-4) is obtained by introducing a polymerizable group into the compound represented by the formula (8-3).

ついで、スキーム3に示すように、式(8−4)で示されるを還元してヒドロキシメチル基を導入することにより、式(8−5)で示される、本発明の重合性化合物が得られる。   Next, as shown in Scheme 3, the polymerizable compound of the present invention represented by the formula (8-5) is obtained by reducing the compound represented by the formula (8-4) and introducing a hydroxymethyl group. .

ついで、スキーム4に示すように、式(8−5)で示される本発明の重合性化合物のヒドロキシメチル基をアルキル化することにより、式(8−6)で示される、本発明の重合性化合物が得られる。   Next, as shown in Scheme 4, by polymerizing the hydroxymethyl group of the polymerizable compound of the present invention represented by the formula (8-5), the polymerizability of the present invention represented by the formula (8-6) is represented. A compound is obtained.

上記アルキル化工程に用いるアルキル化剤については、前述のものも含め、下記式(11)で示される化合物が例示される。
Lv−[Z]−Q (11)
式(11)中、Lvは脱離基を表し、例えば、p−トルエンスルホニルオキシ基、メタンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホ基、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子、又はフッ素原子である。Z、k及びQは、好適な態様を含めて、前記式(4)で示される重合性化合物と同義である。
Examples of the alkylating agent used in the alkylation step include the compounds represented by the following formula (11) including those described above.
Lv- [Z] k -Q (11)
In formula (11), Lv represents a leaving group, for example, p-toluenesulfonyloxy group, methanesulfonyloxy group, trifluoromethanesulfo group, iodine atom, bromine atom, chlorine atom, or fluorine atom. Z, k, and Q are synonymous with the polymerizable compound represented by the formula (4), including preferred embodiments.

次に、下記式(9−5)及び(9−6)で示される、本発明の重合性化合物の合成方法の一例を示す。下記スキーム5に示すように、式(9−1)で示される化合物を酸化し、カルボキシル基を導入した式(9−2)で示される化合物を得て、エステル化により式(9−3)で示される化合物へ誘導し、重合性基を導入することにより式(9−4)で示される化合物が得られる。式(9−4)で示される化合物をさらに還元してヒドロキシメチル基を有する、式(9−5)で示される本発明の重合性化合物を得て、アルキル化することにより式(9−6)で示される本発明の重合性化合物が得られる。   Next, an example of the synthesis method of the polymerizable compound of the present invention represented by the following formulas (9-5) and (9-6) will be shown. As shown in the following scheme 5, the compound represented by the formula (9-1) is oxidized to obtain a compound represented by the formula (9-2) into which a carboxyl group is introduced, and the ester (9-3) is obtained by esterification. And a compound represented by the formula (9-4) is obtained by introducing a polymerizable group. The compound represented by the formula (9-4) is further reduced to obtain a polymerizable compound of the present invention represented by the formula (9-5) having a hydroxymethyl group, and alkylated to obtain the formula (9-6). The polymerizable compound of the present invention represented by) is obtained.

さらに、下記式(10−4)及び(10−5)で表される、本発明の重合性化合物の合成方法の一例を示す。下記スキーム6に示すように、極性基をもつアセチレン化合物から式(10−1)で示される化合物を合成し、式(10−2)で示される化合物へ誘導し、重合性基を導入することにより式(10−3)で示される化合物が得られる。さらにエステル部分をヒドロキシメチル基に還元して式(10−4)で示される、本発明の重合性化合物が得られ、さらにアルキル化して式(10−5)で示される、本発明の重合性化合物が得られる。   Furthermore, an example of the synthesis | combining method of the polymeric compound of this invention represented by following formula (10-4) and (10-5) is shown. As shown in the following scheme 6, a compound represented by the formula (10-1) is synthesized from an acetylene compound having a polar group, is induced to a compound represented by the formula (10-2), and a polymerizable group is introduced. To obtain the compound represented by the formula (10-3). Further, the ester moiety is reduced to a hydroxymethyl group to obtain the polymerizable compound of the present invention represented by the formula (10-4), and further alkylated to represent the polymerizable compound of the present invention represented by the formula (10-5). A compound is obtained.

本発明のイオン伝導体は、固体高分子形燃料電池、リチウムイオンポリマー2次電池、及びナトリウムイオンポリマー2次電池等の電解質として、好適に使用できる。本発明に係る重合性化合物は、本発明のイオン伝導体を構成するポリマーを製造するのに好適である。   The ion conductor of the present invention can be suitably used as an electrolyte for solid polymer fuel cells, lithium ion polymer secondary batteries, sodium ion polymer secondary batteries, and the like. The polymerizable compound according to the present invention is suitable for producing a polymer constituting the ionic conductor of the present invention.

本発明のイオン伝導体は、イオン伝導膜として用いることができる。以下、本発明のイオン伝導体を含有するイオン伝導膜について説明する。   The ion conductor of the present invention can be used as an ion conductive film. Hereinafter, the ion conductive film containing the ion conductor of the present invention will be described.

本発明のイオン伝導膜の製造方法は特に制限は無いが、イオン伝導体をキャスト溶媒に溶解させてポリマー溶液とした後、該ポリマー溶液を支持基材に塗布して乾燥させて製膜する方法が好ましい。このような製造方法によれば、容易にイオン伝導膜を製造することができる。支持基材としては、ポリマー溶液に対する耐久性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、シリコン基板、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、ガラス板、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)板を用いることができる。   The method for producing the ion conductive membrane of the present invention is not particularly limited, but after the ion conductor is dissolved in a cast solvent to form a polymer solution, the polymer solution is applied to a supporting substrate and dried to form a film. Is preferred. According to such a manufacturing method, an ion conductive film can be easily manufactured. The support substrate is not particularly limited as long as it has durability against the polymer solution. For example, a silicon substrate, a PET (polyethylene terephthalate) film, a glass plate, or a PTFE (polytetrafluoroethylene) plate can be used. .

キャスト溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ヘキサン、シクロヘキサン、及びそれらの混合物が挙げられる。   Examples of the casting solvent include benzene, toluene, xylene, chloroform, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, dichloromethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, N, N. -Dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, ethyl acetate, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, hexane, cyclohexane, and mixtures thereof.

ポリマー溶液を塗布する方法としては、例えば、スピンコート、キャスティング、ディップコート、グラビアコート、バーコート、ロールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷及びオフセット印刷が挙げられ、これらのうちスピンコート、キャスティング、ロールコート、スプレーコート、スクリーン印刷、フレキソ印刷及びオフセット印刷が好ましく、ロールコート、スプレーコート及びフレキソ印刷がより好ましい。   Examples of the method for applying the polymer solution include spin coating, casting, dip coating, gravure coating, bar coating, roll coating, spray coating, screen printing, flexographic printing, and offset printing. Among these, spin coating and casting Roll coating, spray coating, screen printing, flexographic printing and offset printing are preferred, and roll coating, spray coating and flexographic printing are more preferred.

支持基材に塗布されたポリマー溶液を乾燥する方法としては、例えば、風乾、加熱乾燥、減圧乾燥、加熱減圧乾燥及び窒素ガスを吹き付けて行う乾燥が挙げられ、これらのうち風乾及び加熱乾燥が好ましく、加熱乾燥がより好ましい。   Examples of the method for drying the polymer solution applied to the support substrate include air drying, heat drying, reduced pressure drying, heat reduced pressure drying, and drying performed by blowing nitrogen gas. Of these, air drying and heat drying are preferable. Heat drying is more preferable.

イオン伝導膜の膜厚は、特に制限はないが、3nm〜300μmが好ましく、5nm〜100μmがより好ましく、10nm〜50μmがさらに好ましい。膜厚が10nm以上では実用的な強度がより優れるため好ましく、50μm以下では膜抵抗が小さくなり、電気化学デバイスの特性がより向上する傾向にあるので好ましい。なお、イオン伝導膜の膜厚は、ポリマー溶液の固形分濃度及び支持基材上への塗布厚により制御できる。   The film thickness of the ion conductive film is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 300 μm, more preferably 5 nm to 100 μm, and still more preferably 10 nm to 50 μm. A film thickness of 10 nm or more is preferable because the practical strength is more excellent, and a film thickness of 50 μm or less is preferable because the film resistance decreases and the characteristics of the electrochemical device tend to be further improved. The film thickness of the ion conductive film can be controlled by the solid content concentration of the polymer solution and the coating thickness on the support substrate.

本実施形態に係るイオン伝導膜は、好ましくは、環状有機基Aで置換された炭化水素基を有する繰返し単位(例えば、式(2)で示される繰返し単位)からなる第一のブロックと、上記共重合成分由来の繰返し単位からなる第二のブロックとを有するブロック共重合体からなるイオン伝導体を含有する。   The ion conductive membrane according to the present embodiment is preferably a first block comprising a repeating unit having a hydrocarbon group substituted with a cyclic organic group A (for example, a repeating unit represented by the formula (2)), and An ionic conductor made of a block copolymer having a second block made of a repeating unit derived from a copolymer component is contained.

このようなイオン伝導体は、ミクロ相分離構造を形成可能であり、当該ミクロ相分離構造に起因して高いイオン伝導特性を発現することができる。   Such an ion conductor can form a microphase separation structure, and can exhibit high ion conduction characteristics due to the microphase separation structure.

上記共重合成分としては、エチレン性不飽和結合を有するコモノマーが好ましい。エチレン性不飽和結合を有するコモノマーを繰返し単位とする第二のブロックは、第一のブロックとの相分離性に優れる。そのため、エチレン性不飽和結合を有するコモノマーを繰返し単位とする第二のブロックを有するブロック共重合体によれば、より確実にミクロ相分離構造が形成される。   As the copolymer component, a comonomer having an ethylenically unsaturated bond is preferable. The second block having a comonomer having an ethylenically unsaturated bond as a repeating unit is excellent in phase separation from the first block. Therefore, according to the block copolymer having the second block having a comonomer having an ethylenically unsaturated bond as a repeating unit, a microphase separation structure is more reliably formed.

ミクロ相分離構造としては、海島構造、シリンダ構造、共連続構造、ラメラ構造等が挙げられる。例えば、海島構造では、島領域が主に第一のブロックにより構成され、海領域が主に第二のブロックにより構成されたものとすることができる。   Examples of the microphase separation structure include a sea-island structure, a cylinder structure, a co-continuous structure, and a lamellar structure. For example, in the sea-island structure, the island region may be mainly configured by a first block, and the sea region may be mainly configured by a second block.

本発明のイオン伝導膜においては、第二のブロックを構成する共重合成分、イオン伝導体を形成するポリマーが有する官能基、キャスト溶媒、等を適宜変更することで、イオン伝導膜の利用目的に応じて適切なミクロ相分離構造を形成することができる。   In the ion conductive membrane of the present invention, by appropriately changing the copolymer component constituting the second block, the functional group of the polymer forming the ion conductor, the cast solvent, etc. Accordingly, an appropriate microphase separation structure can be formed.

例えば、ブロック共重合体における共重合組成(第一のブロックと第二のブロックとの含有比)を変更することによって、海領域及び島領域を構成するブロックを逆転させたり、他のミクロ相分離構造に変化させたりすることができる。   For example, by changing the copolymer composition (content ratio of the first block and the second block) in the block copolymer, the block constituting the sea region and the island region can be reversed, or other microphase separation It can be changed to a structure.

また、キャスト溶媒を変更して、第一のブロックと第二のブロックとの溶解性の差を利用することで、他のミクロ相分離構造に変化させることができる。   Moreover, it can change to another micro phase-separation structure by changing a cast solvent and utilizing the difference in solubility of a 1st block and a 2nd block.

具体例としては、前記式(2)で表される繰返し単位からなる第一のブロックと、上述のエチレン性不飽和結合を有するコモノマー由来の繰返し単位からなる第二のブロックと、を有するブロック共重合体であって、式(2)で表される繰返し単位の含有量Cと上述のエチレン性不飽和結合を有するコモノマー由来の繰返し単位の含有量Cとの比(モル比、C:C)が、100:1〜1:100(好ましくは50:1〜1:50、より好ましくは20:1〜1:20)であるブロック共重合体からなるイオン伝導体を用いて、該イオン伝導体の2質量%トルエン溶液をシリコン基板上でスピンコートした場合は、イオン伝導膜の表面に30〜50nm幅の周期的な海島状のミクロ相分離構造が形成される。このとき、海領域は主として第二のブロックからなり、島領域は主として第一の領域からなるものであった。このような海島構造を有するイオン伝導膜は、固体高分子形燃料電池、金属イオン電池(特に、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池)等の電解質用途に、より好適である。 As a specific example, a block block having a first block composed of a repeating unit represented by the formula (2) and a second block composed of a repeating unit derived from a comonomer having an ethylenically unsaturated bond described above. A ratio (molar ratio, C 1 ) between the content C 1 of the repeating unit represented by the formula (2) and the content C 2 of the repeating unit derived from a comonomer having an ethylenically unsaturated bond as described above. : C 2 ) using an ionic conductor composed of a block copolymer of 100: 1 to 1: 100 (preferably 50: 1 to 1:50, more preferably 20: 1 to 1:20), When a 2 mass% toluene solution of the ion conductor is spin-coated on a silicon substrate, a periodic sea-island microphase separation structure with a width of 30 to 50 nm is formed on the surface of the ion conductive film. At this time, the sea area mainly consists of the second block, and the island area mainly consists of the first area. An ion conductive membrane having such a sea-island structure is more suitable for electrolyte applications such as solid polymer fuel cells and metal ion batteries (particularly lithium ion batteries and sodium ion batteries).

本実施形態に係るイオン伝導膜は、有機溶媒蒸気で満たされた密閉容器に入れて溶媒蒸気にさらす「溶媒アニーリング法」により、膜の表面状態を変化せしめることができる。このように膜の表面状態を変化せしめることで、例えば二次電池、燃料電池用途においては、膜と電極触媒との接触性を高めることができる。また、膜と電極触媒との界面抵抗が下がることにより、電池の性能が向上する。   The ion conductive membrane according to this embodiment can change the surface state of the membrane by a “solvent annealing method” in which the membrane is placed in a closed container filled with organic solvent vapor and exposed to the solvent vapor. By changing the surface state of the membrane in this way, for example, in secondary battery and fuel cell applications, the contact between the membrane and the electrode catalyst can be enhanced. In addition, the battery performance is improved by reducing the interface resistance between the membrane and the electrode catalyst.

例えば、上述の具体例として挙げたイオン伝導膜(式(2)で表される繰返し単位からなる第一のブロックと上述のエチレン性不飽和結合を有するコモノマー由来の繰返し単位からなる第二のブロックとを有するブロック共重合体からなるイオン伝導体を成膜した膜)では、トルエンでアニーリングした場合は、膜表面のミクロ相分離構造に起因するドット状の凹凸構造を強めることができる。また、クロロホルム又はアセトンでアニーリングした場合は、膜表面のミクロ相分離構造に起因するドット状の凹凸構造を弱めることができる。ここでドット状の凹凸構造の変化は、イオン伝導膜内の相分離の変化を反映しているものと考えられる。このように、溶媒アニーリング法によれば、利用目的に応じてイオン伝導膜の膜表面及び膜内部のミクロ相分離構造を適宜変化させることができる。   For example, the ion conduction membrane (the first block consisting of a repeating unit represented by the formula (2) and the second block consisting of a repeating unit derived from a comonomer having an ethylenically unsaturated bond described above as a specific example) In the case of a film in which an ionic conductor made of a block copolymer having the above structure is formed), when annealed with toluene, the dot-shaped uneven structure resulting from the microphase separation structure on the film surface can be strengthened. Moreover, when annealed with chloroform or acetone, the dot-like uneven structure resulting from the microphase separation structure on the film surface can be weakened. Here, it is considered that the change in the dot-like uneven structure reflects the change in phase separation in the ion conductive film. Thus, according to the solvent annealing method, the surface of the ion conductive membrane and the microphase separation structure inside the membrane can be appropriately changed according to the purpose of use.

溶媒アニーリング法における、アニーリング時間(溶媒蒸気にさらす時間)、溶媒の種類、アニーリング時の温度等は特に制限は無く、利用目的に応じて好ましいミクロ相分離構造、表面構造を形成する目的において最適な条件を選ぶことができる。   In the solvent annealing method, the annealing time (time to be exposed to solvent vapor), the type of solvent, the temperature during annealing, etc. are not particularly limited, and is optimal for the purpose of forming a preferred microphase separation structure and surface structure according to the purpose of use. You can choose the conditions.

本発明に係るイオン伝導膜は、イオン伝導体以外に、イオン伝導膜の各種物性改良を目的として、通常の高分子に使用される可塑剤、安定剤、離型剤等を含有していてもよい。また、同一溶媒に混合共キャストする、等の方法により、イオン伝導体と他のポリマーとを複合アロイ化してもよい。また、イオン伝導膜の機械的強度の向上等を目的として、電子線・放射線等の電磁波を照射して架橋することもできる。これら以外にも、公知の方法を本発明の目的に反しない限り使用できる。   The ion conductive membrane according to the present invention may contain, in addition to the ion conductor, plasticizers, stabilizers, mold release agents and the like used for ordinary polymers for the purpose of improving various physical properties of the ion conductive membrane. Good. Alternatively, the ion conductor and another polymer may be combined into a composite alloy by a method such as mixing and casting in the same solvent. In addition, for the purpose of improving the mechanical strength of the ion conductive membrane, it can also be crosslinked by irradiating an electromagnetic wave such as an electron beam or radiation. In addition to these, known methods can be used as long as they are not contrary to the object of the present invention.

本発明のイオン伝導膜は、高強度化、柔軟化等の機械特性の改良のために、イオン伝導体を多孔質基材に含浸させ複合化して、複合膜とすることもできる。複合化は、公知の方法により行うことができる。   The ion conductive membrane of the present invention can be made into a composite membrane by impregnating a porous base material with a porous base material and improving the mechanical properties such as high strength and flexibility. The compounding can be performed by a known method.

多孔質基材としては、上述の使用目的を満たすものであれば特に制限は無く、例えば多孔質膜、織布、不織布、フィブリル等が挙げられる。多孔質基材は、その形状や材質によらず用いることができる。多孔質基材の材質としては、耐熱性及び物理的強度の補強効果に優れるという観点からは、脂肪族系高分子、芳香族系高分子又は含フッ素高分子が好ましい。   The porous substrate is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned purpose of use, and examples thereof include porous membranes, woven fabrics, nonwoven fabrics, and fibrils. The porous substrate can be used regardless of its shape and material. The material of the porous substrate is preferably an aliphatic polymer, an aromatic polymer or a fluorine-containing polymer from the viewpoint of excellent heat resistance and physical strength reinforcement effects.

本発明のイオン伝導膜は、例えば、金属イオン電池(特に、リチウムイオン電池又はナトリウムイオン電池)において、正極と負極との間に備えられるセパレータとして用いることができる。   The ion conductive membrane of the present invention can be used, for example, as a separator provided between a positive electrode and a negative electrode in a metal ion battery (particularly, a lithium ion battery or a sodium ion battery).

リチウムイオン電池における正極及び負極は、特に制限されず、通常のものを使用することができる。例えば、負極としては、リチウム金属からなる電極、リチウムとアルミニウム等との合金からなる電極、リチウムイオンを吸収・放出し得る炭素電極等が挙げられる。また、正極としては、二酸化マンガンからなる電極等が挙げられる。図1は、リチウムイオン電池の一実施形態を示す概略図である。図1に示すリチウムイオン電池1は、電池容器20と、電池容器20内に交互に配置された複数の負極2及び正極3と、負極2と正極3との間に配置されたイオン伝導膜5と、電池容器を封入する封入部材6とから主として構成される。イオン伝導膜5は、イオン伝導体を含有し、イオン伝導体が含浸するセパレータを有していてもよい。   The positive electrode and the negative electrode in the lithium ion battery are not particularly limited, and ordinary ones can be used. Examples of the negative electrode include an electrode made of lithium metal, an electrode made of an alloy of lithium and aluminum, a carbon electrode that can absorb and release lithium ions, and the like. Examples of the positive electrode include an electrode made of manganese dioxide. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a lithium ion battery. A lithium ion battery 1 shown in FIG. 1 includes a battery container 20, a plurality of negative electrodes 2 and positive electrodes 3 disposed alternately in the battery container 20, and an ion conductive film 5 disposed between the negative electrode 2 and the positive electrode 3. And an enclosing member 6 enclosing the battery container. The ion conductive film 5 may include a separator that contains an ion conductor and is impregnated with the ion conductor.

ナトリウムイオン電池における正極及び負極は、それぞれ公知のものを使用することができる。例えば、負極としては、金属ナトリウムが挙げられる。また、正極としては、マリサイト型NaMnO等が挙げられる。 A well-known thing can be used for the positive electrode and negative electrode in a sodium ion battery, respectively. For example, metal sodium is mentioned as a negative electrode. Examples of the positive electrode include marisite type NaMnO 4 .

本発明のイオン伝導膜は、燃料電池にも用いることができる。燃料電池としては、高分子伝導膜と触媒層とを備えるものが知られているが、該高分子伝導膜として本実施形態に係るイオン伝導膜を用いることができる。   The ion conductive membrane of the present invention can also be used for fuel cells. As a fuel cell, one having a polymer conductive membrane and a catalyst layer is known. As the polymer conductive membrane, the ion conductive membrane according to this embodiment can be used.

燃料電池における触媒層には、水素又は酸素との酸化還元反応を活性化できる触媒物質が含有されている。かかる触媒物質としては、白金又は白金系合金の微粒子を用いることが好ましい。白金又は白金系合金の微粒子は、活性炭や黒鉛などの粒子状又は繊維状のカーボンに担持されていてもよい。   The catalyst layer in the fuel cell contains a catalyst material that can activate the oxidation-reduction reaction with hydrogen or oxygen. As such a catalyst substance, it is preferable to use fine particles of platinum or a platinum-based alloy. The fine particles of platinum or platinum-based alloy may be supported on particulate or fibrous carbon such as activated carbon or graphite.

触媒層は、例えば、カーボンに担持された白金と、高分子電解質としてのパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂のアルコール溶液とを、共に混合してペースト化したものを触媒インクとして使用して、この触媒インクにより製造される。具体的な方法としては、J.Electrochem.Soc.:Electrochemical Science and Technology,1988,135(9),2209に記載されている方法等の公知の方法を用いることができる。   The catalyst layer is made of, for example, a catalyst ink obtained by mixing platinum supported on carbon and an alcohol solution of a perfluoroalkyl sulfonic acid resin as a polymer electrolyte together into a paste. Manufactured by. As a specific method, J. Org. Electrochem. Soc. : Known methods such as those described in Electrochemical Science and Technology, 1988, 135 (9), 2209 can be used.

次に、本実施形態に係る触媒インクについて説明する。   Next, the catalyst ink according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る触媒インクは、本発明のイオン伝導体を含有する。このような触媒インクによれば、本発明のイオン伝導体を含有する触媒層が形成される。そして該触媒層は、本発明のイオン伝導体を含有するため、優れたプロトン伝導性を有するものとなる。   The catalyst ink according to this embodiment contains the ionic conductor of the present invention. According to such a catalyst ink, a catalyst layer containing the ionic conductor of the present invention is formed. And since this catalyst layer contains the ion conductor of this invention, it has the outstanding proton conductivity.

本実施形態に係る触媒インクは、公知の触媒インクが含有する成分を、適宜含有することができる。また、本実施形態に係る触媒インクは、公知の触媒インクにおける高分子電解質の一部又は全部を、本実施形態に係るイオン伝導体に置き換えて製造することができる。   The catalyst ink according to the present embodiment can appropriately contain components contained in a known catalyst ink. In addition, the catalyst ink according to the present embodiment can be manufactured by replacing part or all of the polymer electrolyte in the known catalyst ink with the ion conductor according to the present embodiment.

本実施形態に係る触媒インクによれば、上述のとおり、触媒層と本発明のイオン伝導膜とを備える燃料電池であって、前記触媒層が本発明のイオン伝導体を含有する、燃料電池を得ることができる。   According to the catalyst ink according to the present embodiment, as described above, a fuel cell comprising a catalyst layer and the ion conductive membrane of the present invention, wherein the catalyst layer contains the ion conductor of the present invention. Can be obtained.

このような燃料電池においては、集電体としての導電性物質に関しても公知の材料を用いることができる。集電体としては、原料ガスを触媒へ効率的に輸送することができる点で、多孔質性のカーボン織布、カーボン不織布又はカーボンペーパーが好ましい。また、このようにして製造された燃料電池は、燃料として水素ガス、改質水素ガス、メタノールを用いる各種の形式で使用可能である。   In such a fuel cell, a well-known material can be used also about the electroconductive substance as a collector. As the current collector, a porous carbon woven fabric, carbon non-woven fabric or carbon paper is preferable in that the source gas can be efficiently transported to the catalyst. Moreover, the fuel cell manufactured in this way can be used in various forms using hydrogen gas, reformed hydrogen gas, and methanol as fuel.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

(NMRの測定)
NMRの測定は、特に記載がない限りは、測定試料を重クロロホルムに溶解させて、NMR測定装置(日本電子社製、商品名:JNM−AL300)を用いて行った。
(NMR measurement)
Unless otherwise specified, NMR measurement was performed by dissolving a measurement sample in deuterated chloroform and using an NMR measurement apparatus (trade name: JNM-AL300, manufactured by JEOL Ltd.).

(IRの測定)
IRの測定は、特に記載がない限りは、粉末KBrと混合してペレット作製を行うか、又は、NaCl板にフィルム作製することにより、測定試料を作製し、IR測定装置(日本分光社製、商品名:FT/IR−400)を用いて行った。
(IR measurement)
Unless otherwise specified, IR measurement is performed by mixing with powder KBr to produce pellets, or by producing a film on a NaCl plate to produce a measurement sample, and an IR measurement device (manufactured by JASCO Corporation, (Trade name: FT / IR-400).

下記スキーム7に示される合成経路にしたがって、以下の手順で重合性化合物4を合成した。   According to the synthetic route shown in the following scheme 7, polymerizable compound 4 was synthesized by the following procedure.

(製造例1)[化合物1の合成]
アルゴン気流下、500mL三口フラスコにエチル(4−ブロモベンゾイル)アセテート(3.93g,14.5mmol)、1,2−ジメトキシエタン(DME,340mL)、ジエチルアセチレンジカルボキシレート(6.14g,36.1mmol)、及び4−(ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP,0.45g,3.7mmol)を加えて反応液を調製し、反応液を室温で3時間攪拌した。反応溶媒を減圧下で除去した後、得られた粗生成物を、酢酸エチル/ヘキサン(3:7,v/v)を展開溶媒として用いたカラムクロマトグラフィーにより精製した。得られた固体をメタノールで再結晶することにより無色の重合性化合物前駆体1の結晶を得た(収量7.11g、収率83%)。
H−NMR(300MHz,CDCl)δ(ppm):7.52(d,J=8.4Hz,2H),7.11(d,J=8.4Hz,2H),4.39−4.29(m,6H),4.00(q,J=7.2Hz,4H),1.38−1.31(m,9H),0.95(t,J=7.2Hz,6H).
13C−NMR(75MHz,CDCl)δ(ppm):165.8,165.4,165.0,138.9,136.2,134.9,132.6,131.6,131.2,130.1,122.9,62.5,62.4,61.9,13.8,13.7,13.4.
IR(KBr,cm−1)2984(w),2936(w),1743(vs),1490(w),1470(w),1427(m),1391(w),1374(w),1341(m),1326(w),1298(w),1224(s),1206(s),1175(w),1165(w),1139(w),1100(w),1072(w),1018(m),885(w),856(w),827(w),695(w).
(Production Example 1) [Synthesis of Compound 1]
Under a stream of argon, a 500 mL three-necked flask was charged with ethyl (4-bromobenzoyl) acetate (3.93 g, 14.5 mmol), 1,2-dimethoxyethane (DME, 340 mL), diethyl acetylenedicarboxylate (6.14 g, 36. 1 mmol) and 4- (dimethylamino) pyridine (DMAP, 0.45 g, 3.7 mmol) were added to prepare a reaction solution, and the reaction solution was stirred at room temperature for 3 hours. After removing the reaction solvent under reduced pressure, the obtained crude product was purified by column chromatography using ethyl acetate / hexane (3: 7, v / v) as a developing solvent. The obtained solid was recrystallized from methanol to obtain colorless polymerizable compound precursor 1 crystals (yield 7.11 g, 83% yield).
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 7.52 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.11 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 4.39-4 .29 (m, 6H), 4.00 (q, J = 7.2 Hz, 4H), 1.38-1.31 (m, 9H), 0.95 (t, J = 7.2 Hz, 6H) .
13 C-NMR (75 MHz, CDCl 3 ) δ (ppm): 165.8, 165.4, 165.0, 138.9, 136.2, 134.9, 132.6, 131.6, 131.2 130.1, 122.9, 62.5, 62.4, 61.9, 13.8, 13.7, 13.4.
IR (KBr, cm −1 ) 2984 (w), 2936 (w), 1743 (vs), 1490 (w), 1470 (w), 1427 (m), 1391 (w), 1374 (w), 1341 ( m), 1326 (w), 1298 (w), 1224 (s), 1206 (s), 1175 (w), 1165 (w), 1139 (w), 1100 (w), 1072 (w), 1018 ( m), 885 (w), 856 (w), 827 (w), 695 (w).

(製造例2)[化合物2の合成]
窒素気流下の300mL三口フラスコに前記化合物1(7.01g,11.8mmol)、乾燥トルエン(100mL)、トリブチルビニルスズ(4.85g,15.3mmol)、パラジウムテトラ(トリフェニルホスフィン)(0.20g,0.17mmol)、及び2,6−ジ−tert−ブチル−4−クレゾール(42mg,0.19mmol)を加えて反応溶液を調製し、反応溶液を48時間、加熱還流させた。原料の消失をH−NMRスペクトルにより確認した後に、反応溶液を室温まで冷却し、5N KF水溶液を150mL加えて12時間攪拌した。反応溶液を酢酸エチルで抽出した後に塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。溶液をMgSOで乾燥し溶媒を除去した後、酢酸エチル/ヘキサン(3:7v/v)を展開溶媒として用いたカラムクロマトグラフィーによる精製操作を二回行った。得られた固体をヘキサンで洗浄することにより無色の化合物2の結晶を得た(収量2.50g,収率40%)。
H−NMR(300MHz,CDCl):δ(ppm):7.42(d,J=8.3Hz,2H),7.18(d,J=8.3Hz,2H),6.72(dd,J=17.6Hz,J’=10.9Hz,1H),5.80(d,J=17.6Hz,1H),5.23(d,J=10.9Hz,1H),4.39−4.30(m,6H),3.98(q,J=7.1Hz,4H),1.38−1.31(m,9H),0.91(t,J=7.1Hz,6H).
13C−NMR(75MHz,CDCl):δ(ppm):167.0,165.5,165.1,139.9,137.7,136.3,135.9,135.6,132.1,131.5,128.6,125.7,114.7,62.4,62.2,61.7,13.7,13.6,13.3.
IR(KBr,cm−1):2984(w),2934(w),2908(w),1738(vs),1720(vs),1569(w),1512(w),1468(w),1443(w),1420(m),1402(w),1367(w),1325(w),1299(w),1252(vs),1218(vs),1170(w),1116(w),1096(w),1022(s),920(w),884(w),859(w),840(w),769(w),593(w).
(Production Example 2) [Synthesis of Compound 2]
In a 300 mL three-necked flask under a nitrogen stream, the compound 1 (7.01 g, 11.8 mmol), dry toluene (100 mL), tributylvinyltin (4.85 g, 15.3 mmol), palladium tetra (triphenylphosphine) (0. 20 g, 0.17 mmol) and 2,6-di-tert-butyl-4-cresol (42 mg, 0.19 mmol) were added to prepare a reaction solution, and the reaction solution was heated to reflux for 48 hours. After confirming disappearance of the raw material by 1 H-NMR spectrum, the reaction solution was cooled to room temperature, 150 mL of 5N KF aqueous solution was added, and the mixture was stirred for 12 hours. The reaction solution was extracted with ethyl acetate and then washed with an aqueous sodium chloride solution. The solution was dried with MgSO 4 to remove the solvent, and then purified twice by column chromatography using ethyl acetate / hexane (3: 7 v / v) as a developing solvent. The obtained solid was washed with hexane to obtain colorless Compound 2 crystals (yield 2.50 g, yield 40%).
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm): 7.42 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.18 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 6.72 ( dd, J = 17.6 Hz, J ′ = 10.9 Hz, 1H), 5.80 (d, J = 17.6 Hz, 1H), 5.23 (d, J = 10.9 Hz, 1H), 4. 39-4.30 (m, 6H), 3.98 (q, J = 7.1 Hz, 4H), 1.38-1.31 (m, 9H), 0.91 (t, J = 7.1 Hz) , 6H).
13 C-NMR (75 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm): 167.0, 165.5, 165.1, 139.9, 137.7, 136.3, 135.9, 135.6, 132. 1, 131.5, 128.6, 125.7, 114.7, 62.4, 62.2, 61.7, 13.7, 13.6, 13.3.
IR (KBr, cm −1 ): 2984 (w), 2934 (w), 2908 (w), 1738 (vs), 1720 (vs), 1569 (w), 1512 (w), 1468 (w), 1443 (W), 1420 (m), 1402 (w), 1367 (w), 1325 (w), 1299 (w), 1252 (vs), 1218 (vs), 1170 (w), 1116 (w), 1096 (W), 1022 (s), 920 (w), 884 (w), 859 (w), 840 (w), 769 (w), 593 (w).

(実施例1)[重合性化合物3の合成]
窒素気流条件下の1L三つ口フラスコに前記化合物2(2.16g,4.00mmol)、及び脱水THF500mLを加えて得た反応溶液を、0℃まで冷却した。その後、LiAlH(1.14g,30mmol)を投入することで、反応溶液が茶色になった。反応溶液を室温で24時間撹拌した後、HO(1.5mL)、15質量%NaOH水溶液(1.5mL)、及びHO(4.5mL)を順次加えることにより反応を停止した。その後、反応溶液をセライト濾過し、MeOHで洗浄した。得られた溶液から溶媒を除去することにより、淡黄色の粘性を有する重合性化合物3を得た。
Example 1 [Synthesis of Polymerizable Compound 3]
The reaction solution obtained by adding the compound 2 (2.16 g, 4.00 mmol) and 500 mL of dehydrated THF to a 1 L three-necked flask under a nitrogen stream condition was cooled to 0 ° C. Thereafter, LiAlH 4 (1.14 g, 30 mmol) was added to turn the reaction solution brown. The reaction solution was stirred at room temperature for 24 hours, and then the reaction was stopped by sequentially adding H 2 O (1.5 mL), 15 mass% NaOH aqueous solution (1.5 mL), and H 2 O (4.5 mL). Thereafter, the reaction solution was filtered through Celite and washed with MeOH. By removing the solvent from the obtained solution, a polymerizable compound 3 having a pale yellow viscosity was obtained.

(実施例2)[重合性化合物4の合成]
窒素気流条件下の100mL三つ口フラスコに対して、実施例1で得られた重合性化合物3(反応生成物の全量)、脱水DMF(20mL)、及びNaH(1.44g,60mmol)を加えて調製した反応溶液を、室温で12時間撹拌した。その後、トリエチレングリコールモノメチルエーテルモノトシレート(9.6g,30mmol)を加え、さらに室温で24時間、撹拌した。反応溶液にHOを少量ずつ30mL加えた後にCHClで抽出し、水で3回洗浄した。MgSOで乾燥した後に溶媒を除去し、カラムクロマトグラフィーを行うことによって淡黄色の液状の重合性化合物4を得た(収量0.42g,収率10%)。
(Example 2) [Synthesis of polymerizable compound 4]
The polymerizable compound 3 obtained in Example 1 (total amount of the reaction product), dehydrated DMF (20 mL), and NaH (1.44 g, 60 mmol) were added to a 100 mL three-necked flask under a nitrogen stream condition. The prepared reaction solution was stirred at room temperature for 12 hours. Thereafter, triethylene glycol monomethyl ether monotosylate (9.6 g, 30 mmol) was added, and the mixture was further stirred at room temperature for 24 hours. 30 mL of H 2 O was added to the reaction solution in small portions, followed by extraction with CHCl 3 and washing with water three times. After drying with MgSO 4 , the solvent was removed, and column chromatography was performed to obtain a light yellow liquid polymerizable compound 4 (yield 0.42 g, yield 10%).

得られた重合性化合物4のH−NMRスペクトル(図2)から、TEG(トリエチレングリコール)鎖に基づくシグナルがみられ、プロトン積分強度比から、5個のヒドロキシメチル基全てにTEG鎖が結合していることが確認された。また、ビニル基などのシグナルもすべて明確に帰属できたことから、目的とする重合性化合物が得られたことが分かった。 From the 1 H-NMR spectrum (FIG. 2) of the obtained polymerizable compound 4, a signal based on the TEG (triethylene glycol) chain is observed, and from the proton integral intensity ratio, the TEG chain is present in all five hydroxymethyl groups. It was confirmed that they were bonded. Moreover, since all signals such as vinyl groups could be clearly assigned, it was found that the target polymerizable compound was obtained.

次に、還元反応の溶媒を、1,4−ジオキサンとTHFとの混合溶媒に変更して、以下の実施例3の反応を行った。   Next, the solvent of the reduction reaction was changed to a mixed solvent of 1,4-dioxane and THF, and the reaction of Example 3 below was performed.

(実施例3)[重合性化合物3の合成]
窒素気流条件下の2L三つ口フラスコに、前記化合物2(4.32g,8.00mmol)、脱水1,4−ジオキサン(1L)、及びTHF(300mL)を加え、反応溶液を0℃まで冷却した。その後、LiAlH(2.28g,30mmol)を投入し、反応温度を室温まで温めることで反応溶液が茶色になった。反応溶液を室温で36時間撹拌した後、HO(3.0mL)、15質量%NaOH水溶液(3.0mL)、及びHO(9.0mL)を順次加えることにより反応を停止した。6N HCl水溶液を加えることで反応溶液を中和してから、セライトろ過を行った。得られた溶液から溶媒を除去した後に、MeOHを20mL加えた。少量の塩をろ過した後に再度溶媒を除去することで、淡黄色の粘性を有する重合性化合物3を得た(収量2.62g,収率99%)。
Example 3 [Synthesis of Polymerizable Compound 3]
The compound 2 (4.32 g, 8.00 mmol), dehydrated 1,4-dioxane (1 L), and THF (300 mL) are added to a 2 L three-necked flask under a nitrogen stream condition, and the reaction solution is cooled to 0 ° C. did. Thereafter, LiAlH 4 (2.28 g, 30 mmol) was added, and the reaction solution became brown by warming the reaction temperature to room temperature. The reaction solution was stirred at room temperature for 36 hours, and then the reaction was stopped by sequentially adding H 2 O (3.0 mL), 15 mass% NaOH aqueous solution (3.0 mL), and H 2 O (9.0 mL). The reaction solution was neutralized by adding 6N HCl aqueous solution and then filtered through Celite. After removing the solvent from the resulting solution, 20 mL of MeOH was added. After removing a small amount of salt, the solvent was removed again to obtain a polymerizable compound 3 having a pale yellow viscosity (yield 2.62 g, yield 99%).

反応溶媒をTHFから1,4−ジオキサン/THFの混合溶媒に変更することにより、収率の改善が認められた。この合成法を用いることで、TEG鎖を有する重合性化合物を収率良く合成することができる。   The yield was improved by changing the reaction solvent from THF to a mixed solvent of 1,4-dioxane / THF. By using this synthesis method, a polymerizable compound having a TEG chain can be synthesized with high yield.

(実施例4)[PTEG含有ブロック共重合体(PS−b−PPTEG)の合成]
得られた前記重合性化合物4(PTEG)を繰返し単位として有し、明確なミクロ相分離が形成されるブロック共重合体を得ることを目的として、親水性のPTEGと疎水性のスチレンを用いて、ブロック共重合体の合成を行った(スキーム8)。重合反応としては、分子量および組成の精密な制御が可能で、かつ分子量分布の狭いポリマーを得ることができるリビングアニオン重合法を選択した(Macromolecules 2009, 42, 8835参照)。
(Example 4) [Synthesis of PTEG-containing block copolymer (PS-b-PPTEG)]
For the purpose of obtaining a block copolymer having the obtained polymerizable compound 4 (PTEG) as a repeating unit and capable of forming a clear microphase separation, hydrophilic PTEG and hydrophobic styrene are used. A block copolymer was synthesized (Scheme 8). As the polymerization reaction, a living anionic polymerization method was selected that allows precise control of the molecular weight and composition and that can yield a polymer with a narrow molecular weight distribution (see Macromolecules 2009, 42, 8835).

Ar気流下のストップコック付シュレンク管に、乾燥THF(40mL)を加え、−78℃に冷却した。その後、1N sec−BuLiシクロヘキサン・n−ヘキサン溶液を0.5mL加え、反応系内を脱水した。次いで、反応容器を室温下にて静置してsec−BuLiを分解させた後、再度−78℃に冷却した。反応溶液に、1N sec−BuLiシクロヘキサン・n−ヘキサン溶液を6滴加えてから乾燥スチレンを0.8mL加え、密閉条件下1時間撹拌した。その際、反応溶液は黄色へと変化した。その後、ベンゼンで凍結乾燥を行った前記重合性化合物4(0.42g)のTHF溶液(4mL)を加え、密閉条件下で6時間撹拌を行った。その際、反応溶液は赤色へと変化した。Ar気流下、MeOHを5mL投入することにより反応を停止させた後、ポリマーをヘキサンに再沈殿した。遠心分離機にて粘ちょう体を取り出し、ベンゼンで凍結乾燥を行うことで、ポリマー(PS−b−PPTEG)の白色の粉末を得た(0.6g)。   Dry THF (40 mL) was added to a Schlenk tube with a stopcock under an Ar stream and cooled to -78 ° C. Thereafter, 0.5 mL of a 1N sec-BuLi cyclohexane / n-hexane solution was added to dehydrate the reaction system. Next, the reaction vessel was allowed to stand at room temperature to decompose sec-BuLi, and then cooled again to -78 ° C. After adding 6 drops of 1N sec-BuLi cyclohexane / n-hexane solution to the reaction solution, 0.8 mL of dry styrene was added and stirred for 1 hour under sealed conditions. At that time, the reaction solution turned yellow. Then, the THF solution (4 mL) of the said polymeric compound 4 (0.42g) lyophilized with benzene was added, and it stirred under sealed conditions for 6 hours. At that time, the reaction solution turned red. The reaction was stopped by adding 5 mL of MeOH under Ar flow, and then the polymer was reprecipitated in hexane. The viscous body was taken out with a centrifuge and freeze-dried with benzene to obtain a white powder of polymer (PS-b-PPTEG) (0.6 g).

[PS−b−PPTEGの構造解析]
ポリマーの構造解析を1H−NMRスペクトル、GPC測定により行った。1H−NMRスペクトル(図3)においてビニル基の消失が見られたことから、重合反応が進行したことがわかった。ポリスチレン(PS)、前記重合性化合物4の重合体(PPTEG)各成分基づく芳香族のシグナルおよび、TEG鎖に基づくピークがそれぞれ見られたことから、ブロック共重合体が得られたことが判明した。また、1H−NMRスペクトルの各成分のプロトン積分強度比から、PSおよびPPTEG各成分のモル分率が0.95/0.05、重量分率が0.68/0.32であることが分かった。
[Structural analysis of PS-b-PPTEG]
The structure of the polymer was analyzed by 1 H-NMR spectrum and GPC measurement. The disappearance of the vinyl group was observed in the 1 H-NMR spectrum (FIG. 3), indicating that the polymerization reaction had proceeded. Polystyrene (PS), the polymer of the polymerizable compound 4 (PPTEG), an aromatic signal based on each component, and a peak based on the TEG chain were found, indicating that a block copolymer was obtained. . Further, from the proton integral intensity ratio of each component of the 1 H-NMR spectrum, the molar fraction of each component of PS and PPTEG is 0.95 / 0.05, and the weight fraction is 0.68 / 0.32. I understood.

GPC測定の結果、ポリマーの数平均分子量(Mn)が11800g/mol、分子量分布(PDI)が1.15であった。
GPC装置はRI検出器を備えたJASCO社製のHBPX 880Pu(商品名)を用いて、送液速度を1.0mL/分、カラムオーブンを40℃に設定して測定を行った。溶媒はTHFを用い、分析カラムはShodex社製のKF−803L及びKF−804L(商品名)を用いた。標準サンプルとしては、ポリスチレン(1300,3000,5000,11000,50000,90000,200000,490000,900000)を用いた。
As a result of GPC measurement, the number average molecular weight (Mn) of the polymer was 11800 g / mol, and the molecular weight distribution (PDI) was 1.15.
The GPC device used HBPX 880Pu (trade name) manufactured by JASCO, equipped with an RI detector, and the measurement was performed with the liquid feed rate set to 1.0 mL / min and the column oven set to 40 ° C. THF was used as the solvent, and KF-803L and KF-804L (trade names) manufactured by Shodex were used as the analytical column. As a standard sample, polystyrene (1300, 3000, 5000, 11000, 50000, 90000, 200000, 490000, 900000) was used.

これらの結果からポリマーの重合度を算出すると、PS74−b−PPTEGであることが分かった。これらのことから、目的とするブロック共重合体が得られたことが分かった。重合反応に用いる開始剤や各モノマーの量を変えることで様々な分子量および組成からなるブロック共重合体が得られるため、目的に応じて様々なサイズおよび形態を有するミクロ相分離構造の作製が可能である。 When the degree of polymerization of the polymer was calculated from these results, it was found to be PS 74 -b-PPTEG 4 . From these facts, it was found that the target block copolymer was obtained. Block copolymers with various molecular weights and compositions can be obtained by changing the amount of initiator and each monomer used in the polymerization reaction, so that microphase-separated structures with various sizes and forms can be prepared according to the purpose. It is.

(実施例5)[イオン伝導膜の製造]
実施例4で得られたジブロックポリマー(前記PS−b−PPTEG)をクロロホルムに溶解し、1重量%の溶液を得た。当該溶液を、シリコン基板上にスピンキャスト(回転数8000rpm、30秒)によって成膜して、イオン伝導膜を得た。膜厚は約50nmであった。AFM(原子力間顕微鏡)による表面観察を行ったところ、わずかながらミクロ相分離に基づく明暗のコントラストが観測された。イオン伝導膜のAFM写真を、図4(a)に示す。
(Example 5) [Production of ion conductive membrane]
The diblock polymer (PS-b-PPTEG) obtained in Example 4 was dissolved in chloroform to obtain a 1% by weight solution. The solution was formed on a silicon substrate by spin casting (rotation speed: 8000 rpm, 30 seconds) to obtain an ion conductive film. The film thickness was about 50 nm. When the surface was observed with an AFM (atomic force microscope), a slight contrast of light and dark based on microphase separation was observed. An AFM photograph of the ion conductive membrane is shown in FIG.

(実施例6)[イオン伝導膜のアニーリング処理1]
次に、ポリマーの薄膜(イオン伝導膜)の内部に形成されるミクロ相分離構造を明らかにするために、ポリマーの薄膜を各種溶媒蒸気下に暴露させる溶媒アニーリング法を行うことにより、ミクロ相分離構造の制御を試みた。ポリマーの1質量%クロロホルム溶液を、8000rpm、30secの条件でスピンキャストすることによりポリマーの薄膜を作製した。得られた薄膜の膜厚は約50nmであった。得られた薄膜の溶媒アニーリングは、溶媒溜め、窒素の出入口を有する上部がガラス製の容器中にポリマー薄膜を静置することによって行った。ポリマーの膨潤度の制御は薄膜測定装置(Filmetrics社、F20)で薄膜の膜厚を測定しながら、窒素の流量を調節することにより行った。アニーリングに用いた溶媒はキシレン、トルエン、クロロホルムの3種類である。これら溶媒は、T.P.Russell、Ho−Cheol Kimらにより報告されている論文(Adv. Mater. 2004, 16, 226、Nano. Lett. 2005, 5, 2014)をもとに選択した。膨潤率は膨潤前の膜厚に対するアニーリング中の膜厚の比として定義し、未膨潤の状態を100%とした。
Example 6 [Annealing Treatment 1 of Ion Conductive Membrane]
Next, in order to clarify the microphase separation structure formed inside the polymer thin film (ion-conducting membrane), microphase separation is performed by performing a solvent annealing method in which the polymer thin film is exposed to various solvent vapors. I tried to control the structure. A polymer thin film was prepared by spin casting a 1% by mass chloroform solution of the polymer under the conditions of 8000 rpm and 30 sec. The thickness of the obtained thin film was about 50 nm. Solvent annealing of the obtained thin film was carried out by allowing the polymer thin film to stand in a solvent reservoir and an upper part having a nitrogen inlet / outlet in a glass container. The degree of swelling of the polymer was controlled by adjusting the flow rate of nitrogen while measuring the film thickness of the thin film with a thin film measuring device (Firmetics, F20). There are three types of solvents used for annealing: xylene, toluene, and chloroform. These solvents are described in T.W. P. Selected based on papers reported by Russell, Ho-Cheol Kim et al. (Adv. Mater. 2004, 16, 226, Nano. Lett. 2005, 5, 2014). The swelling ratio was defined as the ratio of the film thickness during annealing to the film thickness before swelling, and the unswelled state was defined as 100%.

実施例5で得られたイオン伝導膜を、キシレン蒸気充満条件下、膨潤率200%になるまで放置した。得られた膜についてAFMによる表面観察を行ったところ、膜表面のミクロ相分離構造のコントラストが弱まったことが観察された。キシレンでの膨潤率200%のAFM写真を図4(b)に示す。   The ion conductive membrane obtained in Example 5 was allowed to stand until the swelling rate reached 200% under xylene vapor filling conditions. When the surface of the obtained film was observed by AFM, it was observed that the contrast of the microphase separation structure on the film surface was weakened. An AFM photograph with a swelling rate of 200% in xylene is shown in FIG.

(実施例7)[イオン伝導膜のアニーリング処理2]
実施例5で得られたイオン伝導膜を、トルエン蒸気充満条件下、膨潤率150%になるまで放置した。得られた膜についてAFMによる表面観察を行ったところ、膜表面のミクロ相分離構造のコントラストが弱まったことが観察された。トルエンでの膨潤率150%のAFM写真を図4(c)に示す。
(Example 7) [Annealing treatment 2 of ion conductive membrane]
The ion conductive membrane obtained in Example 5 was allowed to stand until the swelling rate reached 150% under toluene vapor full conditions. When the surface of the obtained film was observed by AFM, it was observed that the contrast of the microphase separation structure on the film surface was weakened. An AFM photograph with a swelling rate of 150% in toluene is shown in FIG.

以上の実験結果から、本発明のイオン伝導膜について溶媒アニーリング法で膜の表面状態を変化させることが可能であることが確認された。この溶媒アニーリングにより、イオン伝導膜と電極触媒との接触性が向上して界面抵抗が低下する。ひいては、本発明のイオン伝導膜を備えるアルカリイオンポリマー二次電池や固体高分子形燃料電池の発電効率を向上させることができる。   From the above experimental results, it was confirmed that the surface state of the membrane of the ion conductive membrane of the present invention can be changed by the solvent annealing method. This solvent annealing improves the contact property between the ion conductive membrane and the electrode catalyst and lowers the interface resistance. As a result, the power generation efficiency of an alkaline ion polymer secondary battery or a polymer electrolyte fuel cell comprising the ion conductive membrane of the present invention can be improved.

本発明によれば、イオン伝導性に優れるイオン伝導体を提供することができる。また、本発明によれば、係るイオン伝導体を構成するポリマーの製造に有用な化合物を提供することができる。さらに、本発明によれば、係るイオン伝導体を含有するイオン伝導膜、金属イオン電池(特に、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池)を提供することができる。本発明のイオン伝導体は分解されにくいため、高いイオン伝導性を長期間維持することが可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion conductor excellent in ionic conductivity can be provided. Moreover, according to this invention, the compound useful for manufacture of the polymer which comprises the ionic conductor which concerns can be provided. Furthermore, according to this invention, the ion conductive film and metal ion battery (especially lithium ion battery, sodium ion battery) containing the said ion conductor can be provided. Since the ionic conductor of the present invention is hardly decomposed, it is possible to maintain high ionic conductivity for a long time.

1…リチウムイオン電池、2…負極、3…正極、5…イオン伝導膜、6…封入部材、20…電池容器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lithium ion battery, 2 ... Negative electrode, 3 ... Positive electrode, 5 ... Ion conductive film, 6 ... Enclosing member, 20 ... Battery container.

Claims (12)

環状有機基を有する繰返し単位を含むポリマーからなるイオン伝導体であって、
前記繰返し単位が、下記式(1)で示される1価のイオン伝導性基を更に有しており、 前記イオン伝導性基が、前記環状有機基の環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に1個ずつ結合しており、複数の前記イオン伝導性基は同一でも異なっていてもよい、イオン伝導体。

[式中、
kは0〜50の整数を示し、
は2価の炭化水素基を示し、
Zは下記式(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)、(Z−7)又は(Z−8)で示される基を示し、
Qは下記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−6)、(Q−7)、(Q−8)、(Q−9)、(Q−10)、(Q−11)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)、(Q−17)、(Q−18)、(Q−19)、(Q−20)、(Q−21)、(Q−22)又は(Q−23)で示される極性基を示し、
複数のZは、互いに同一でも異なっていてもよい。]

[式中、
10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は金属原子を示す。
Xは非共有電子対を有する原子を示す。]

[式中、
*、**は結合位置を表し、*は前記R側、**は前記Q側に結合していることを表す。]
An ionic conductor comprising a polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group,
The repeating unit further has a monovalent ion-conducting group represented by the following formula (1), and the ion-conducting group is a continuous three of the atoms constituting the ring of the cyclic organic group. An ion conductor in which one atom is bonded to each of the above atoms, and the plurality of ion conductive groups may be the same or different.

[Where:
k represents an integer of 0 to 50;
R 1 represents a divalent hydrocarbon group,
Z represents the following formula (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-4), (Z-5), (Z-6), (Z-7) or (Z-8). )
Q is the following formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-4), (Q-5), (Q-6), (Q-7), (Q-8) ), (Q-9), (Q-10), (Q-11), (Q-12), (Q-13), (Q-14), (Q-15), (Q-16), A polar group represented by (Q-17), (Q-18), (Q-19), (Q-20), (Q-21), (Q-22) or (Q-23);
A plurality of Z may be the same as or different from each other. ]

[Where:
R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 , R 71 , R 80 , R 110 and R 120 are respectively A hydrogen atom, a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent, or a metal atom is shown.
X represents an atom having an unshared electron pair. ]

[Where:
* And ** represent bonding positions, * represents bonding to the R 1 side, and ** represents bonding to the Q side. ]
前記Qが、前記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)又は(Q−23)で示される基である、請求項1に記載のイオン伝導体。   Q is the formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-4), (Q-5), (Q-12), (Q-13), (Q The ion conductor according to claim 1, which is a group represented by -14), (Q-15), (Q-16) or (Q-23). 前記環状有機基が、置換基を有していてもよい芳香族基である、請求項1又は2に記載のイオン伝導体。 The cyclic organic group is an aromatic group which may have a substituent, an ion conductor according to claim 1 or 2. 前記環状有機基を有する繰返し単位が、下記式(2)で示される基である、請求項1〜のいずれか一項に記載のイオン伝導体。

[式中、
A環は前記環状有機基を示し、
k、R、Z及びQは、式(1)中のk、R、Z及びQと同じ意味を示し、n個のk、R、Z及びQは、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよく、
nは3以上の整数を示し、
は置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、Yは単結合又は2価の有機基を示し、Wは3価の炭化水素基を示す。]
The ion conductor as described in any one of Claims 1-3 whose repeating unit which has the said cyclic organic group is group shown by following formula (2).

[Where:
A ring represents the cyclic organic group,
k, R 1, Z and Q represents k in the formula (1), the same meaning as R 1, Z and Q, n-number of k, R 1, Z and Q are each mutually the same or different You can,
n represents an integer of 3 or more,
X 1 represents a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, Y 1 represents a single bond or a divalent organic group, and W 1 represents a trivalent hydrocarbon group. ]
前記Yが単結合又はアルキレン基である、請求項に記載のイオン伝導体。 The ionic conductor according to claim 4 , wherein Y 1 is a single bond or an alkylene group. 前記Wがアルカントリイル基である、請求項4又は5に記載のイオン伝導体。 The ionic conductor according to claim 4 or 5 , wherein the W 1 is an alkanetriyl group. 前記環状有機基を有する繰返し単位を含むポリマーが、エチレン性不飽和結合を有するコモノマーを重合して形成する繰返し単位(前記式(1)で示される1価のイオン伝導性基とは異なる)を更に含む、請求項1〜のいずれか一項に記載のイオン伝導体。 The polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group is a repeating unit formed by polymerizing a comonomer having an ethylenically unsaturated bond (different from the monovalent ion conductive group represented by the formula (1)). further comprising, ion conductor according to any one of claims 1-6. 前記環状有機基を有する繰返し単位を含むポリマーがブロック共重合体である、請求項1〜のいずれか一項に記載のイオン伝導体。 The ionic conductor according to any one of claims 1 to 7 , wherein the polymer containing a repeating unit having a cyclic organic group is a block copolymer. 下記式(4)で示され、RがA環を構成する原子のうち連続する3個以上の原子に1個ずつ結合している、重合性化合物。

[式中、
は重合性基を示し、A環は環状有機基を示し、
kは0〜50の整数を示し、
は2価の炭化水素基を示し、
Zは下記式(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)、(Z−7)又は(Z−8)で示される基を示し、
Qは下記式(Q−1)、(Q−2)、(Q−3)、(Q−4)、(Q−5)、(Q−6)、(Q−7)、(Q−8)、(Q−9)、(Q−10)、(Q−11)、(Q−12)、(Q−13)、(Q−14)、(Q−15)、(Q−16)、(Q−17)、(Q−18)、(Q−19)、(Q−20)、(Q−21)、(Q−22)又は(Q−23)で示される極性基を示し、
n個のk、R、Z及びQは、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよく、
nは3以上の整数を示し、
は置換基を有していてもよい2価の炭化水素基を示し、Yは単結合又は2価の有機基を示す。]

[式中、
10、R20、R21、R30、R40、R41、R50、R51、R52、R53、R60、R70、R71、R80、R110及びR120は、それぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい1価の炭化水素基又は金属原子を示す。
Xは非共有電子対を有する原子を示す。]

[式中、
*、**は結合位置を表し、*は前記R側、**は前記Q側に結合していることを表す。]
A polymerizable compound represented by the following formula (4), wherein R 1 is bonded to three or more consecutive atoms among atoms constituting the A ring one by one.

[Where:
U 1 represents a polymerizable group, A ring represents a cyclic organic group,
k represents an integer of 0 to 50;
R 1 represents a divalent hydrocarbon group,
Z represents the following formula (Z-1), (Z-2), (Z-3), (Z-4), (Z-5), (Z-6), (Z-7) or (Z-8). )
Q is the following formula (Q-1), (Q-2), (Q-3), (Q-4), (Q-5), (Q-6), (Q-7), (Q-8) ), (Q-9), (Q-10), (Q-11), (Q-12), (Q-13), (Q-14), (Q-15), (Q-16), A polar group represented by (Q-17), (Q-18), (Q-19), (Q-20), (Q-21), (Q-22) or (Q-23);
n k, R 1 , Z and Q may be the same as or different from each other;
n represents an integer of 3 or more,
X 1 represents a divalent hydrocarbon group which may have a substituent, and Y 1 represents a single bond or a divalent organic group. ]

[Where:
R 10 , R 20 , R 21 , R 30 , R 40 , R 41 , R 50 , R 51 , R 52 , R 53 , R 60 , R 70 , R 71 , R 80 , R 110 and R 120 are respectively A hydrogen atom, a monovalent hydrocarbon group which may have a substituent, or a metal atom is shown.
X represents an atom having an unshared electron pair. ]

[Where:
* And ** represent bonding positions, * represents bonding to the R 1 side, and ** represents bonding to the Q side. ]
イオン伝導体の製造方法であって、
1種又は2種以上の重合性化合物をリビングアニオン重合により重合させて、下記式(2)で示される繰返し単位を含むポリマーからなるイオン伝導体を生成させる工程を備え、
該重合性化合物の少なくとも1種類が、請求項に記載の重合性化合物である、イオン伝導体の製造方法。

[式中、A環、k、R、Z、Q、n、X及びYは、前記式(4)中のA環、k、R、Z、Q、n、X及びYと同じ意味を示し、Wは3価の炭化水素基を示す。]
A method for producing an ionic conductor, comprising:
Comprising polymerizing one or more polymerizable compounds by living anionic polymerization to produce an ionic conductor composed of a polymer containing a repeating unit represented by the following formula (2);
The method for producing an ionic conductor, wherein at least one of the polymerizable compounds is the polymerizable compound according to claim 9 .

[In the formulas, A ring, k, R 1, Z, Q, n, X 1 and Y 1, A ring in the formula (4) in, k, R 1, Z, Q, n, X 1 and Y 1 represents the same meaning as 1, and W 1 represents a trivalent hydrocarbon group. ]
請求項1〜のいずれか一項に記載のイオン伝導体を含有する、イオン伝導膜。 The ion conductive film containing the ion conductor as described in any one of Claims 1-8 . 請求項11に記載のイオン伝導膜を備える金属イオン電池。 A metal ion battery comprising the ion conductive membrane according to claim 11 .
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