JP6112288B2 - Hyperbranched polymer having ethylene oxide chain and use thereof - Google Patents

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Description

本発明は、エチレンオキサイド鎖を有するハイパーブランチポリマー及びその利用に関する。 The present invention relates to a hyperbranched polymer having an ethylene oxide chain and use thereof.

固体電解質は、二次電池に用いる次世代電解質として期待されている。特に、ポリエチレンオキサイド(PEO)とリチウム塩を複合化した、溶媒フリー高分子固体電解質が報告されて以来、高分子固体電解質に関する研究が盛んになされている。   Solid electrolytes are expected as next-generation electrolytes used in secondary batteries. In particular, since a solvent-free polymer solid electrolyte in which polyethylene oxide (PEO) and a lithium salt are combined has been reported, research on polymer solid electrolytes has been actively conducted.

二次電池の電解質には優れたイオン伝導性が不可欠である。一般的に、高分子のイオン伝導度は、そのガラス転移温度を下回ると減少する。これは、イオン伝導度の向上に寄与する、高分子鎖の局所運動(セグメント運動)が減少するためと推測される。特に、結晶性高分子である直鎖状PEOは、マトリックスポリマーとして用いることで優れたイオン伝導性が期待できるが、結晶化し易い。それゆえ、直鎖状PEOを用いた固体電解質では、常温付近においてイオン伝導度が顕著に低下する傾向がある。 Excellent ion conductivity is indispensable for the electrolyte of the secondary battery. In general, the ionic conductivity of a polymer decreases below its glass transition temperature. This is presumed to be because the local motion (segment motion) of the polymer chain, which contributes to the improvement of ionic conductivity, decreases. In particular, linear PEO which is a crystalline polymer can be expected to have excellent ion conductivity when used as a matrix polymer, but is easily crystallized. Therefore, in a solid electrolyte using linear PEO, the ionic conductivity tends to be remarkably lowered near room temperature.

この問題に関しては、例えば、PEO間を化学架橋したり鎖長の短いPEOを用いたりすることで、高分子の結晶化温度を低下させ、常温でのイオン伝導性を改善し得るといわれている(非特許文献1)。しかしながら、このような技術によっても、電解質の十分な物理的強度を確保できない場合や、電解質を固体化できない場合があり、依然として、物理的強度とイオン伝導性のバランスがとれた固体電解質が強く望まれている。 With regard to this problem, it is said that, for example, by using chemical crosslinking between PEOs or using PEO with a short chain length, the crystallization temperature of the polymer can be lowered and the ionic conductivity at room temperature can be improved. (Non-Patent Document 1). However, even with such a technique, there are cases where sufficient physical strength of the electrolyte cannot be ensured or the electrolyte cannot be solidified, and a solid electrolyte with a balance between physical strength and ionic conductivity is still strongly desired. It is rare.

この点、非晶質物質である高分岐ポリマーは、優れたセグメント運動性をもつ自由な分子鎖を有することが知られており、これらを用いた新規固体電解質の開発が検討されている。高分岐ポリマーは、デンドリマーとハイパーブランチポリマーに大別されるが、今までのところ、エチレンオキサイド骨格を有するデンドリマーを用いることで優れたイオン伝導性を実現できることが報告されている(特許文献1〜4、非特許文献2)。 In this regard, hyperbranched polymers that are amorphous substances are known to have free molecular chains with excellent segment mobility, and development of new solid electrolytes using these is being studied. Hyperbranched polymers are broadly classified into dendrimers and hyperbranched polymers. So far, it has been reported that excellent ion conductivity can be realized by using dendrimers having an ethylene oxide skeleton (Patent Documents 1 to 3). 4, Non-Patent Document 2).

一方、デンドリマーとハイパーブランチポリマーを比較すると、ハイパーブランチポリマーの方が、比較的簡便な方法によって合成できることが知られており(特許文献5、非特許文献3及び4)、工業的な量産を視野に入れるとその点で有利である。しかし、このような有利な点はあるものの、成膜性が悪い等の理由によりハイパーブランチポリマー単独で固体電解質を作製することが困難であり、それゆえに、ハイパーブランチポリマーを用いた固体電解質に関しては、直鎖PEOとの混合高分子固体電解質として検討されるに留まり、その性能を十分に得られているとは言い難かった(特許文献6〜8)。 On the other hand, comparing the dendrimer and the hyperbranched polymer, it is known that the hyperbranched polymer can be synthesized by a relatively simple method (Patent Document 5, Non-Patent Documents 3 and 4). It is advantageous in that point. However, although there are such advantages, it is difficult to produce a solid electrolyte with a hyperbranched polymer alone for reasons such as poor film formability. Therefore, for a solid electrolyte using a hyperbranched polymer, However, it was only considered as a mixed polymer solid electrolyte with linear PEO, and it was difficult to say that the performance was sufficiently obtained (Patent Documents 6 to 8).

特開2003−327687号公報JP 2003-327687 A 特開2004−124051号公報JP 2004-124051 A 特開2005−8802号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-8802 特開2009−1803号公報JP 2009-1803 A 国際公開第2010/137724号パンフレットInternational Publication No. 2010/137724 Pamphlet 特開2006−344504号公報JP 2006-344504 A 特開2008−130529号公報JP 2008-130529 A 特開2011−46784号公報JP 2011-46784 A

二次電池材料この10年と今後、2003年5月30日発行、pp.174〜175 吉野 彰監修、シーエムシー出版Secondary battery materials This 10 years and future, issued May 30, 2003, pp. 174-175 Supervision by Akira Yoshino, CM Publishing Journal of the Electrochemical Society,156(7), pp.A577‐A583,2009Journal of the Electrochemical Society, 156 (7), pp. A577-A583, 2009 Macromolecules,Vol.35,No.9,pp. 3781−3784,2002Macromolecules, Vol. 35, no. 9, pp. 3781-3784, 2002 Macromolecules,Vol.36,No.10,pp. 3505‐3510,2003Macromolecules, Vol. 36, no. 10, pp. 3505-3510, 2003

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リチウム塩と混合することにより、優れた物理的強度と優れたイオン伝導性を有する固体電解質を作製でき、特に、電解質としてリチウム塩を用いる、二次電池の固体電解質に適用することで、小型化、高寿命化等といった電池の高性能化に寄与し得る、マトリックスポリマーとして好適なハイパーブランチポリマーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by mixing with a lithium salt, a solid electrolyte having excellent physical strength and excellent ionic conductivity can be produced. In particular, a lithium salt is used as the electrolyte. An object of the present invention is to provide a hyperbranched polymer suitable as a matrix polymer, which can contribute to the performance enhancement of the battery such as miniaturization and long life by being applied to the solid electrolyte of the secondary battery.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、分子内にスチレンユニットからなる高分岐ポリマー部位と、エチレンオキサイド単位(−OCHCH−)の繰り返し数が1〜40のポリエーテル部位とを有するハイパーブランチ型の球状高分子が、リチウム塩を電解質として用いる固体電解質のマトリックスポリマーに必要とされる、リチウム塩との優れた相溶性を示し、当該高分子及びリチウム塩を含む溶液から溶媒を除去することで得られる固体電解質が、自立膜が得られる程の優れた物理的強度と優れたイオン伝導性を示すことを見出し、本発明を完成させた。
なお、本発明における「相溶性」とは、当該高分子及ぶリチウム塩を含む溶液から溶媒を除去した場合においても、これらが分離せずに均一な固体を保持できる程度の親和性のことであり、「マトリックスポリマー」とは、高分子固体電解質内の高分子支持体のことであって、高分子支持体として高分子固体電解質に対して機械特性を付与する、内包するリチウム塩を解離させる、イオン種の易動度も向上させる等の役割を担うことができる高分子化合物である。
As a result of intensive studies in order to achieve the above object, the present inventors have found that the number of repetitions of a highly branched polymer site composed of a styrene unit and an ethylene oxide unit (—OCH 2 CH 2 —) in the molecule is 1 to 2 . A hyperbranched spherical polymer having 40 polyether moieties exhibits excellent compatibility with a lithium salt required for a matrix polymer of a solid electrolyte using a lithium salt as an electrolyte. The present inventors have found that the solid electrolyte obtained by removing the solvent from the salt-containing solution exhibits excellent physical strength and excellent ionic conductivity so that a self-supporting membrane can be obtained.
In the present invention, “compatibility” refers to an affinity that can maintain a uniform solid without separation even when the solvent is removed from the solution containing the lithium salt covering the polymer. The “matrix polymer” is a polymer support in the polymer solid electrolyte, which imparts mechanical properties to the polymer solid electrolyte as the polymer support, dissociates the encapsulated lithium salt, It is a polymer compound that can play a role such as improving the mobility of ion species.

すなわち、本発明は、
1. 式(1)

{式中、R1は、水素原子又はメチル基を示し、R及びR2’は、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基(これらアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基及び複素芳香族基は、Zで置換されていてもよい。)を示し、A1は、式(2)

〔式中、A2は、炭素数1〜20のアルキレン基(Zで置換されてもよく、エーテル基又はエステル基を含んでもよい。)を示し、Y1〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示す。〕で示される2価の基を示し、Zは、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のアシル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示し、lは2〜100000の整数を示し、n及びmは、それぞれ独立して、1〜40の整数を示す。}で示されるハイパーブランチポリマー、
2. 前記n及びmが、それぞれ独立して、2〜7である1のハイパーブランチポリマー、
3. 前記Y1〜Y4が、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はメトキシ基であり、前記A2がメチレン基、エチレン基、又はn-プロピレン基である1又は2のハイパーブランチポリマー、
4. 前記R及びR2’が、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はフェニル基である1〜3のいずれかのハイパーブランチポリマー、
5. 1〜4のいずれかのハイパーブランチポリマーからなるマトリックスポリマー、
6. 5のマトリックスポリマーを含む固体電解質、
7. 更にリチウム塩を含む6の固体電解質、
8. 前記リチウム塩が、リチウムスルホン酸イミド塩、リチウム有機酸塩及びリチウム無機酸塩から選ばれる少なくとも1種である7の固体電解質、
9. 薄膜状である5〜8のいずれかの固体電解質、
10.5〜9のいずれかの固体電解質を有する二次電池、
11.1〜4のいずれかのハイパーブランチポリマーと、リチウム塩とを含む組成物、
12.前記リチウム塩が、リチウムスルホン酸イミド塩、リチウム有機酸塩及びリチウム無機酸塩から選ばれる少なくとも1種である11の組成物、
13.更に有機溶媒を含む11又は12の組成物、
14.固体電解質用である11〜13のいずれかの組成物、
15.13又は14の組成物から溶媒を除去する工程を有する固体電解質の製造方法、
16.式(3)で示されるとハイパーブランチポリマーと、式(4)で示されるエチレンオキサイドとを酸触媒の存在下で反応させることを特徴とする1のハイパーブランチポリマーの製造方法

(式中、R及びAは、上記と同じ意味を示し、l’は、上記lと同じ意味を示し、R2”は、上記R及びR2’と同じ意味を示し、X及びX’は、ハロゲン原子を示し、kは、1〜40の整数を示す。)
を提供する。
That is, the present invention
1. Formula (1)

{Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 and R 2 ′ each independently represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or 3 carbon atoms. A cycloalkyl group having 20 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. A heteroaromatic group of (these alkyl group, haloalkyl group, cycloalkyl group, bicycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group and heteroaromatic group may be substituted with Z), A 1 is the formula (2)

[Wherein, A 2 represents an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms (which may be substituted with Z and may include an ether group or an ester group), and Y 1 to Y 4 each independently represent , Hydrogen atom, halogen atom, nitro group, cyano group, amino group, hydroxyl group, thiol group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, carboxyl group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms , A cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, or carbon The heteroaromatic group of number 2-20 is shown. Z represents a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, a thiol group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, or an alkoxy having 1 to 20 carbon atoms. Group, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, An alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms or a heteroaromatic group having 2 to 20 carbon atoms; l shows the integer of 2-100,000, n and m show the integer of 1-40 each independently. } Hyperbranched polymer represented by
2. One hyperbranched polymer in which n and m are each independently 2 to 7;
3. 1 or 2 hyperbranched polymers in which Y 1 to Y 4 are each independently a hydrogen atom, a methyl group or a methoxy group, and the A 2 is a methylene group, an ethylene group or an n-propylene group,
4). The hyperbranched polymer according to any one of 1 to 3, wherein R 2 and R 2 ′ are each independently a hydrogen atom, a methyl group or a phenyl group;
5. A matrix polymer comprising any one of the hyperbranched polymers of 1-4,
6). A solid electrolyte comprising a matrix polymer of 5;
7). 6 solid electrolyte containing lithium salt;
8). 7. The solid electrolyte according to 7, wherein the lithium salt is at least one selected from lithium sulfonic acid imide salt, lithium organic acid salt and lithium inorganic acid salt;
9. Any one of 5-8 solid electrolytes which are thin films,
A secondary battery having a solid electrolyte of any one of 10.5 to 9,
11. A composition comprising a hyperbranched polymer according to any one of 1 to 4 and a lithium salt,
12 11 compositions wherein the lithium salt is at least one selected from a lithium sulfonic acid imide salt, a lithium organic acid salt and a lithium inorganic acid salt;
13. 11 or 12 composition further comprising an organic solvent,
14 Any one of compositions 11 to 13 for solid electrolyte,
15. A method for producing a solid electrolyte, comprising removing a solvent from the composition of 13 or 14;
16. The method for producing a hyperbranched polymer according to 1, wherein the hyperbranched polymer represented by the formula (3) is reacted with the ethylene oxide represented by the formula (4) in the presence of an acid catalyst.

(Wherein R 1 and A 1 have the same meaning as above, l ′ has the same meaning as l, R 2 ″ has the same meaning as R 2 and R 2 ′, and X and X ′ represents a halogen atom, and k represents an integer of 1 to 40.)
I will provide a.

本発明のハイパーブランチポリマーは、有機溶媒への高溶解性及びリチウム塩との高相溶性を示すことから、これをリチウム塩と共に溶解させた溶液から溶媒を除去することで、良好な物理的強度とイオン伝導性を両立した高分子固体電解質を得ることができ、特に、スピンコート法等のウェットプロセスにより成膜し薄膜化することで、抵抗値の低い固体電解質を得ることができる。
また、本発明のハイパーブランチポリマーは、デンドリマーと同様に多くの分岐構造を有しているにもかかわらず、デンドリマーよりも簡便な方法で製造できる量産品(例えば、日産化学工業(株)製ハイパーテック(登録商標)HPS−200)をその原料として採用できる等といった製造面での利点を有する。それゆえ、本発明のハイパーブラチポリマーを用いることで、高分岐ポリマーをマトリックスポリマーとして用いた固体電解質の製造プロセスの簡略化や、それに伴う低コスト化を期待できる。
Since the hyperbranched polymer of the present invention exhibits high solubility in an organic solvent and high compatibility with a lithium salt, good physical strength can be obtained by removing the solvent from a solution in which the hyperbranched polymer is dissolved together with the lithium salt. A solid electrolyte having a low resistance value can be obtained by forming a thin film and forming a thin film by a wet process such as a spin coating method.
In addition, the hyperbranched polymer of the present invention is a mass-produced product that can be produced by a simpler method than a dendrimer (for example, a hyperbranch produced by Nissan Chemical Industries, Ltd.), although it has many branched structures like a dendrimer. (Tech (registered trademark) HPS-200) can be used as a raw material, and the like has advantages in production. Therefore, simplification of the manufacturing process of the solid electrolyte using the hyperbranched polymer as the matrix polymer and the associated cost reduction can be expected by using the hyperbrachi polymer of the present invention.

合成例1で得たハイパーブランチポリマー(化合物1)のH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of a hyperbranched polymer (Compound 1) obtained in Synthesis Example 1. 合成例2で得たハイパーブランチポリマー(化合物2)のH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of a hyperbranched polymer (Compound 2) obtained in Synthesis Example 2. 合成例3で得たハイパーブランチポリマー(化合物3)のH−NMRスペクトルである。3 is a 1 H-NMR spectrum of a hyperbranched polymer (Compound 3) obtained in Synthesis Example 3. 比較合成例1で得たハイパーブランチポリマー(化合物4)のH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of a hyperbranched polymer (Compound 4) obtained in Comparative Synthesis Example 1. 図1〜4のH−NMRスペクトルの拡大図である(下から図1〜4の順序で記載)。It is an enlarged view of the 1 H-NMR spectrum of FIG. 1-4 (described in order of Figures 1-4 from the bottom). 比較合成例1で得たハイパーブランチポリマー(化合物4)、原料であるハイパーブランチポリマー(化合物1)及び反応剤であるポリエチレングリコールモノメチルエーテル(Me(PEG)OH1900)のH−NMRスペクトルである(下から、化合物1、Me(PEG)OH1900、化合物4の順序で記載)。1 is a 1 H-NMR spectrum of a hyperbranched polymer (Compound 4) obtained in Comparative Synthesis Example 1, a hyperbranched polymer (Compound 1) as a raw material, and a polyethylene glycol monomethyl ether (Me (PEG) OH1900) as a reactant ( From the bottom, compound 1, Me (PEG) OH1900, and compound 4 are listed in this order). 図6のH−NMRスペクトルの拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of the 1 H-NMR spectrum of FIG. 6.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のハイパーブランチポリマーは、下記式(1)で示される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The hyperbranched polymer of the present invention is represented by the following formula (1).

式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を示す。
式(1)中、R及びR2’は、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示す。
In the formula (1), R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group.
In formula (1), R 2 and R 2 ′ are each independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, or 4 carbon atoms. A cycloalkyl group having 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2-20 carbon atoms, an alkynyl group having 2-20 carbon atoms, an aromatic group having 6-20 carbon atoms, or a heteroaromatic group having 2-20 carbon atoms.

炭素数1〜20のアルキル基の具体例としては、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、1−メチル−n−ブチル、2−メチル−n−ブチル、3−メチル−n−ブチル、1,1−ジメチル−n−プロピル、n−ヘキシル、n−デシル、n−ペンタデシル、n−ノナデシル、n−エイコシル基等が挙げられる。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms may be linear or branched. For example, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, n-pentyl, 1-methyl-n-butyl, 2-methyl-n-butyl, 3-methyl-n-butyl, 1,1-dimethyl-n-propyl, n-hexyl, n-decyl, Examples include n-pentadecyl, n-nonadecyl, and n-eicosyl group.

炭素数1〜20のハロアルキル基としては、上記炭素数1〜20のアルキル基の水素原子の少なくとも1つを、ハロゲン原子で置換したものが挙げられ、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記ハロアルキル基の具体例としては、モノフルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、ブロモジフルオロメチル、2−クロロエチル、2−ブロモエチル、1,1−ジフルオロエチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル、2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、3−ブロモプロピル、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2−イル、3−ブロモ−2−メチルプロピル基等が挙げられる。
Examples of the haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms include those obtained by substituting at least one hydrogen atom of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms with a halogen atom. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, A bromine atom, an iodine atom, etc. are mentioned.
Specific examples of the haloalkyl group include monofluoromethyl, difluoromethyl, trifluoromethyl, bromodifluoromethyl, 2-chloroethyl, 2-bromoethyl, 1,1-difluoroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, 1 , 1,2,2-tetrafluoroethyl, 2-chloro-1,1,2-trifluoroethyl, pentafluoroethyl, 3-bromopropyl, 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane- Examples include 2-yl and 3-bromo-2-methylpropyl groups.

炭素数3〜20のシクロアルキル基の具体例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、シクロウンデシル基等が挙げられる。   Specific examples of the cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, cyclodecyl, and cycloundecyl groups.

炭素数4〜20のビシクロアルキル基の具体例としては、ビシクロブチル、ビシクロペンチル、ビシクロヘキシル、ビシクロヘプチル、ビシクロオクチル、ビシクロノニル、ビシクロデシル基等が挙げられる。   Specific examples of the bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms include bicyclobutyl, bicyclopentyl, bicyclohexyl, bicycloheptyl, bicyclooctyl, bicyclononyl, and bicyclodecyl groups.

炭素数2〜20のアルケニル基の具体例としては、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、エテニル、n−1−プロペニル、n−2−プロペニル、1−メチルエテニル、n−1−ブテニル、n−2−ブテニル、n−3−ブテニル、2−メチル−1−プロペニル、2−メチル−2−プロペニル、1−エチルエテニル、1−メチル−1−プロペニル、1−メチル−2−プロペニル、n−1−ペンテニル、n−1−デセニル、n−1−ペンタデセニル、n−1−エイコセニル基等が挙げられる。   Specific examples of the alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms may be linear or branched, and include ethenyl, n-1-propenyl, n-2-propenyl, 1-methylethenyl, n-1-butenyl, n- 2-butenyl, n-3-butenyl, 2-methyl-1-propenyl, 2-methyl-2-propenyl, 1-ethylethenyl, 1-methyl-1-propenyl, 1-methyl-2-propenyl, n-1- Examples include pentenyl, n-1-decenyl, n-1-pentadecenyl, n-1-eicocenyl group, and the like.

炭素数2〜20のアルキニル基の具体例としては、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、エチニル、n−1−プロピニル、n−2−プロピニル、n−1−ブチニル、n−2−ブチニル、n−3−ブチニル、1−メチル−2−プロピニル、n−1−ペンチニル、n−1−ヘキシニル、n−1−デシニル、n−1−エイコシニル基等が挙げられる。   Specific examples of the alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms may be linear or branched, and include ethynyl, n-1-propynyl, n-2-propynyl, n-1-butynyl, n-2-butynyl, Examples thereof include n-3-butynyl, 1-methyl-2-propynyl, n-1-pentynyl, n-1-hexynyl, n-1-decynyl, n-1-eicosinyl group and the like.

炭素数6〜20の芳香族基の具体例としては、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、1−アントリル、2−アントリル、9−アントリル、1−フェナントリル、2−フェナントリル、3−フェナントリル、4−フェナントリル、9−フェナントリル基等が挙げられる。   Specific examples of the aromatic group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthryl, 2-anthryl, 9-anthryl, 1-phenanthryl, 2-phenanthryl, 3-phenanthryl, 4 -Phenanthryl, 9-phenanthryl group, etc. are mentioned.

炭素数2〜20の複素芳香族基の具体例としては、2−チエニル、3−チエニル、2−フラニル、3−フラニル、2−ピリジル、3−ピリジル、4−ピリジル、2−キノリル,3−キノリル、4−キノリル、5−キノリル、6−キノリル、7−キノリル、8−キノリル等が挙げられる。   Specific examples of the heteroaromatic group having 2 to 20 carbon atoms include 2-thienyl, 3-thienyl, 2-furanyl, 3-furanyl, 2-pyridyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl, 2-quinolyl and 3-quinolyl. Examples include quinolyl, 4-quinolyl, 5-quinolyl, 6-quinolyl, 7-quinolyl, 8-quinolyl and the like.

これらの中でも、得られる固体電解質の物理的強度とイオン伝導性のバランスを考慮すると、R及びR2’は、炭素数1〜5のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜3のアルキル基であることがより好ましく、メチル基又はエチル基であることが更により好ましい。 Among these, considering the balance between the physical strength and ionic conductivity of the solid electrolyte obtained, R 2 and R 2 ′ are preferably alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and those having 1 to 3 carbon atoms. It is more preferably an alkyl group, and even more preferably a methyl group or an ethyl group.

なお、これらアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基及び複素芳香族基は、それぞれその中の1つ以上の水素原子が、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のアシル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基の置換基Zで置換されていてもよい。   In addition, these alkyl groups, haloalkyl groups, cycloalkyl groups, bicycloalkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, aromatic groups and heteroaromatic groups each have one or more hydrogen atoms as halogen atoms or nitro groups. , Cyano group, amino group, hydroxyl group, thiol group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, carboxyl group, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, alkyl having 1 to 20 carbon atoms Group, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, carbon It may be substituted with a substituent Z of an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms or a heteroaromatic group having 2 to 20 carbon atoms.

炭素数1〜20のアルコキシ基の具体例としては、その中のアルキル基が直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれのものでもよく、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、c−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、c−ブトキシ、n−ペントキシ、c−ペントキシ、n−ヘキソキシ、n−デシルオキシ、n−ペンタデシルオキシ、n−ノナデシルオキシ、n−エイコシルオキシ基等が挙げられる。 As specific examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, the alkyl group therein may be linear, branched, or cyclic, and includes methoxy, ethoxy, n-propoxy, i-propoxy, c- Propoxy, n-butoxy, i-butoxy, s-butoxy, t-butoxy, c-butoxy, n-pentoxy, c-pentoxy, n-hexoxy, n-decyloxy, n-pentadecyloxy, n-nonadecyloxy, n- And an eicosyloxy group.

炭素数1〜20のチオアルコキシ基(アルキルチオ基)の具体例としては、上記アルコキシ基中の酸素原子を硫黄原子に置換した基などが挙げられる。
上記チオアルコキシ基の具体例としては、メチルチオ、エチルチオ、n−プロピルチオ、i−プロピルチオ、c−プロピルチオ、n−ブチルチオ、i−ブチルチオ、s−ブチルチオ、t−ブチルチオ、c−ブチルチオ、n−ペンチルチオ、c−ペンチルチオ、n−ヘキシルチオ、n−デシルチオ、n−ペンタデシルチオ、n−ナノデシルチオ、n−エイコシルチオ基等が挙げられる。
Specific examples of the thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms (alkylthio group) include a group in which an oxygen atom in the alkoxy group is substituted with a sulfur atom.
Specific examples of the thioalkoxy group include methylthio, ethylthio, n-propylthio, i-propylthio, c-propylthio, n-butylthio, i-butylthio, s-butylthio, t-butylthio, c-butylthio, n-pentylthio, Examples include c-pentylthio, n-hexylthio, n-decylthio, n-pentadecylthio, n-nanodecylthio, n-eicosylthio group and the like.

炭素数1〜20のアシル基としては、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブチリル、i−ブチリル、バレリル、i−バレリル、ピバロイル、カプロイル、エナンチル、カプリリル、ペラルゴニル、カプリル基等が挙げられる。   Examples of the acyl group having 1 to 20 carbon atoms include formyl, acetyl, propionyl, butyryl, i-butyryl, valeryl, i-valeryl, pivaloyl, caproyl, enanthyl, caprylyl, pelargonyl, capryl group and the like.

その他ハロゲン原子、アルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基及び複素芳香族基としては、上記と同様のものが挙げられる。   Other examples of the halogen atom, alkyl group, haloalkyl group, cycloalkyl group, bicycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group and heteroaromatic group are the same as those described above.

式(1)中、A1は、下記式(2)で示される2価の基を示す。 In the formula (1), A 1 represents a divalent group represented by the following formula (2).

式(2)中、A2は、炭素数1〜20のアルキレン基を示す。
炭素数1〜20のアルキレン基の具体例としては、例えば、メチレン、エチレン、n−プロピレン(トリメチレン)、n−ブチルレン(テトラメチレン)、n−ペンチレン(ペンタメチレン)、n−デシレン(デカメチレン)、n−ペンタデシレン(ペンタデカメチレン)、n−エイコシレン(エイコサメチレン)基等が挙げられる。
なお、この炭素数1〜20のアルキレン基は、その中の1つ以上の水素原子が、置換基Zで置換されていてもよく、また、アルキレン基中の炭素間にエーテル基又はエステル基が含まれていてもよい。置換基Zとしては、上述と同様の置換基が挙げられ、エーテル基又はエステル基の数は、2つ以上含まれていてもよい。
In the formula (2), A 2 represents an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
Specific examples of the alkylene group having 1 to 20 carbon atoms include, for example, methylene, ethylene, n-propylene (trimethylene), n-butylene (tetramethylene), n-pentylene (pentamethylene), n-decylene (decamethylene), Examples thereof include n-pentadecylene (pentacamethylene) and n-eicosylene (eicosamethylene) groups.
In the alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, one or more hydrogen atoms may be substituted with a substituent Z, and an ether group or an ester group may be present between carbon atoms in the alkylene group. It may be included. Examples of the substituent Z include the same substituents as described above, and the number of ether groups or ester groups may be two or more.

式(2)中、Y1〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示す。 In formula (2), Y 1 to Y 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, a thiol group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, and 2 carbon atoms -20 alkynyl group, a C6-C20 aromatic group, or a C2-C20 heteroaromatic group is shown.

このようなハロゲン原子、アルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基及び複素芳香族基としては、上記と同様のものが挙げられる。 Examples of such a halogen atom, alkyl group, haloalkyl group, cycloalkyl group, bicycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group and heteroaromatic group are the same as those described above.

これらの中でも、得られる固体電解質の物理的強度とイオン伝導性のバランスを考慮すると、Y1〜Y4は、水素原子、メチル又はエチル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましく、水素原子であることが更により好ましい。 Among these, considering the balance between physical strength and ionic conductivity of the obtained solid electrolyte, Y 1 to Y 4 are preferably hydrogen atoms, methyl or ethyl groups, and are preferably hydrogen atoms or methyl groups. Is more preferable, and it is still more preferable that it is a hydrogen atom.

式(1)中、lは、繰り返し単位構造の数であり、2〜100000の整数を示す。とりわけ、得られる固体電解質の物理的強度及びイオン伝導性を向上させることを考慮すると、lは、5〜10000であることが好ましく、20〜500であることがより好ましい。
なお、例えば、式(1)で示されるハイパーブランチポリマーの合成原料として式(3)で示されるハイパーブランチポリマーを用いた場合、式(1)で示されるハイパーブランチポリマーの合成や精製操作等の際に特殊な分子量分画操作を行わない限り、合成原料となる化合物の繰り返し単位構造の数である式(3)中のl’は、式(1)中のlと同じであると想定される。
In formula (1), l is the number of repeating unit structures and represents an integer of 2 to 100,000. In particular, in view of improving the physical strength and ionic conductivity of the obtained solid electrolyte, l is preferably 5 to 10,000, and more preferably 20 to 500.
In addition, for example, when the hyperbranched polymer represented by the formula (3) is used as a synthesis raw material of the hyperbranched polymer represented by the formula (1), the hyperbranched polymer represented by the formula (1) is synthesized or purified. Unless special molecular weight fractionation operation is performed, l ′ in the formula (3), which is the number of repeating unit structures of the compound as a synthesis raw material, is assumed to be the same as l in the formula (1). The

式(1)中、m及びnは、繰り返し単位構造の数であり、1〜40の整数を示し、同一でも異なっていてもよい。
とりわけ、得られる固体電解質の物理的強度及びイオン伝導性を向上させることを考慮すると、m及びnは、2〜20であること好ましく、3〜10であることより好ましく、7〜8であること更により好ましい。
In Formula (1), m and n are the number of repeating unit structures, show the integer of 1-40, and may be same or different.
In particular, in consideration of improving the physical strength and ionic conductivity of the solid electrolyte obtained, m and n are preferably 2 to 20, more preferably 3 to 10, and 7 to 8. Even more preferred.

本発明のハイパーブランチポリマーは、下記式(3)で示されるハイパーブランチポリマーと、下記式(4)で示されるエチレンオキサイドを塩基の存在下で反応させることで製造できる。 The hyperbranched polymer of the present invention can be produced by reacting a hyperbranched polymer represented by the following formula (3) with an ethylene oxide represented by the following formula (4) in the presence of a base.

式中、R及びAは、上記と同じ意味を示し、l’は、上記lと同じ意味を示し、R2”は、上記R及びR2’と同じ意味を示し、X及びX’は、ハロゲン原子を示し、kは、1〜40の整数を示す。 In the formula, R 1 and A 1 have the same meaning as above, l ′ has the same meaning as l, R 2 ″ has the same meaning as R 2 and R 2 ′, and X and X 'Represents a halogen atom, and k represents an integer of 1 to 40.

上記反応において、式(3)で示されるハイパーブランチポリマーと、式(4)で示されるエチレンオキサイドとの仕込み量としては、ハイパーブランチポリマー1molに対し、エチレンオキサイド0.1〜20mol程度とすることができるが、1〜5mol程度が好適である。 In the above reaction, the amount of the hyperbranched polymer represented by the formula (3) and the ethylene oxide represented by the formula (4) should be about 0.1 to 20 mol of ethylene oxide with respect to 1 mol of the hyperbranched polymer. However, about 1 to 5 mol is preferable.

上記反応で用いられる塩基としては、この種の反応で用いられる塩基であれば特に限定されるものではないが、例えば、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化ルビウム、水素化カルシウム等の水素化アルカリ金属及び水素化アルカリ土類金属、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の無機塩基、n−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド等の有機塩基を用いることができ、取扱いの容易さと反応性のバランスを考慮すると、水素化アルカリ金属が好ましく、水素化ナトリウムがより好ましい。
塩基の使用量は、エチレンオキサイド1molに対して、0.1〜20mol%程度とすることができるが、1〜5mol%程度が好適である。
The base used in the above reaction is not particularly limited as long as it is a base used in this kind of reaction. For example, hydrogenation such as sodium hydride, potassium hydride, rubium hydride, calcium hydride, etc. Use alkali metals and alkaline earth metal hydrides, inorganic bases such as potassium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate and cesium carbonate, and organic bases such as n-butyllithium, t-butyllithium, s-butyllithium and lithium diisopropylamide. In view of the balance between ease of handling and reactivity, alkali metal hydride is preferable, and sodium hydride is more preferable.
Although the usage-amount of a base can be about 0.1-20 mol% with respect to 1 mol of ethylene oxide, about 1-5 mol% is suitable.

上記反応においては、塩基によって式(4)で示されるエチレンオキサイドの末端の水素原子が引き抜かれ、これにより生じたアニオン化合物が、式(3)で示されるハイパーブランチポリマーのハロゲン原子(X及びX’)と置き換わることで、本発明のハイパーブランチポリマーが製造される。
X及びX’としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられるが、式(3)で示されるハイパーブランチポリマーの反応性と安定性のバランスを考慮すると、X及びX’が塩素原子である式(3)で示されるハイパーブランチポリマーが好適である。
In the above reaction, the terminal hydrogen atom of ethylene oxide represented by the formula (4) is extracted by the base, and the resulting anion compound is converted into halogen atoms (X and X in the hyperbranched polymer represented by the formula (3). The hyperbranched polymer of the present invention is produced by replacing ').
Examples of X and X ′ include a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. In consideration of the balance between the reactivity and stability of the hyperbranched polymer represented by the formula (3), X and X ′ are chlorine atoms. A hyperbranched polymer represented by the formula (3) is preferred.

上記反応は溶媒中で行ってもよい。溶媒を使用する場合、その種類は、反応に悪影響を及ぼさないものであれば、各種溶媒を用いることができる。
具体例としては、脂肪族炭化水素類(ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、n−デカン、デカリン等)、ハロゲン化脂肪族炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素等)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、メシチレン等)、ハロゲン化芳香族炭化水素類(クロロベンゼン、ブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン等)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、ラクタム及びラクトン類(N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等)、尿素類(N,N−ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチルウレア等)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシド、スルホラン等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)などが挙げられ、これは単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。
The above reaction may be performed in a solvent. When using a solvent, various solvents can be used as long as they do not adversely affect the reaction.
Specific examples include aliphatic hydrocarbons (pentane, n-hexane, n-octane, n-decane, decalin, etc.), halogenated aliphatic hydrocarbons (chloroform, dichloromethane, dichloroethane, carbon tetrachloride, etc.), aromatic Group hydrocarbons (benzene, nitrobenzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, mesitylene, etc.), halogenated aromatic hydrocarbons (chlorobenzene, bromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, diisopropyl ether, t-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, Methyl isobutyl ketone, di- -Butyl ketone, cyclohexanone, etc.), amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), lactams and lactones (N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, etc.), ureas (N, N-dimethyl) Imidazolidinone, tetramethyl urea, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, etc.) and the like. These may be used alone or in combination of two or more. May be used.

反応温度は、用いる溶媒の融点から沸点までの範囲で適宜設定すればよいが、効率的に反応を進行させることを考慮すると、0〜200℃程度が好ましく、20〜150℃がより好ましい。
反応終了後は、常法に従って後処理をし、目的とするハイパーブランチポリマーを得ることができる。
The reaction temperature may be appropriately set within the range from the melting point to the boiling point of the solvent to be used. However, considering that the reaction is allowed to proceed efficiently, it is preferably about 0 to 200 ° C, more preferably 20 to 150 ° C.
After completion of the reaction, the target hyperbranched polymer can be obtained by post-treatment according to a conventional method.

なお、原料化合物である上記式(3)で示されるハイパーブランチポリマーは、例えば、式(5)で示される化合物を塩化スルフリルなどのハロゲン化剤でハロゲン化することで製造できる。 The hyperbranched polymer represented by the above formula (3), which is a raw material compound, can be produced, for example, by halogenating the compound represented by the formula (5) with a halogenating agent such as sulfuryl chloride.


(式中、R、X、X’及びAは、上記と同じ意味を示し、l”は、上記l’と同じ意味を示す。)

(Wherein R 1 , X, X ′ and A 1 have the same meaning as described above, and l ″ has the same meaning as the above l ′.)

式(5)で示されるジチオカルバメート基を分子末端に有するハイパーブランチポリマーは、市販品を用いることができる。このような市販品としては、日産化学工業(株)製のハイパーテック(登録商標)HPS−200等が好適である。 As the hyperbranched polymer having a dithiocarbamate group represented by the formula (5) at the molecular end, a commercially available product can be used. As such a commercially available product, Hypertech (registered trademark) HPS-200 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is suitable.

式(3)で示されるハイパーブランチポリマーを得るための式(5)で示されるジチオカルバメート化合物を原料としたリビングラジカル重合は、Macromolecules Vol.35,No.9,3781−3784(2002)、Macromolecules Vol.36,No.10,3505−3510(2002)、国際公開第2008/029688号パンフレット等に記載の手順を参照して行なうことができる。
なお、上記説明では、合成原料として式(3)で示されるハイパーブランチポリマーを用いた本発明のハイパーブランチポリマーの合成法及び当該原料であるハイパーブランチポリマーの合成方法などに関して詳細に述べたが、これは、本発明の式(1)で示されるハイパーブランチポリマーの合成原料が、式(3)で示されるハイパーブランチポリマーに限定されることを意味するわけではない。
Living radical polymerization using a dithiocarbamate compound represented by formula (5) as a raw material to obtain a hyperbranched polymer represented by formula (3) is described in Macromolecules Vol. 35, no. 9, 3781-3784 (2002), Macromolecules Vol. 36, no. 10, 3505-3510 (2002), International Publication No. 2008/029688 pamphlet and the like.
In the above description, the method for synthesizing the hyperbranched polymer of the present invention using the hyperbranched polymer represented by the formula (3) as the synthesis raw material and the method for synthesizing the hyperbranched polymer as the raw material have been described in detail. This does not mean that the synthesis raw material of the hyperbranched polymer represented by the formula (1) of the present invention is limited to the hyperbranched polymer represented by the formula (3).

以上説明した本発明のハイパーブランチポリマーは、有機溶媒への高溶解性及びリチウム塩との高相溶性を示し、当該ハイパーブランチポリマー及びリチウム塩を含む溶液から溶媒を除去して得られる固体電解質は優れたイオン伝導性を有することから、リチウム塩を電解質として用いる二次電池の固体電解質のマトリックスポリマーとして好適に用いることができる。
次に、本発明のハイパーブランチポリマーをマトリックスポリマーとして含む固体電解質を与える、本発明の組成物について説明する。
The hyperbranched polymer of the present invention described above exhibits high solubility in an organic solvent and high compatibility with a lithium salt, and the solid electrolyte obtained by removing the solvent from the solution containing the hyperbranched polymer and the lithium salt is: Since it has excellent ionic conductivity, it can be suitably used as a matrix polymer for a solid electrolyte of a secondary battery using a lithium salt as an electrolyte.
Next, the composition of the present invention which gives a solid electrolyte containing the hyperbranched polymer of the present invention as a matrix polymer will be described.

本発明の組成物は、本発明のハイパーブランチポリマーとリチウム塩とを含む。
このようなリチウム塩としては、リチウム電池やリチウムイオン電池の電解液に一般的に用いられる塩であれば特に限定されないが、例えば、リチウムスルホン酸イミド塩、リチウム有機酸塩、リチウム無機酸塩等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。
The composition of the present invention comprises the hyperbranched polymer of the present invention and a lithium salt.
Such a lithium salt is not particularly limited as long as it is a salt that is generally used for an electrolyte solution of a lithium battery or a lithium ion battery. For example, a lithium sulfonic acid imide salt, a lithium organic acid salt, a lithium inorganic acid salt, etc. Is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

リチウムスルホン酸イミド塩の具体例としては、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiN(SO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)等が挙げられる。 Specific examples of the lithium sulfonic acid imide salt include lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) And the like.

リチウム有機酸塩の具体例としては、トリフルオロメメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、ペンタフルオロエタンスルホン酸リチウム(LiCSO)等が挙げられる。 Specific examples of the lithium organic acid salt include lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium pentafluoroethanesulfonate (LiC 2 F 5 SO 3 ), and the like.

リチウム無機酸塩の具体例としては、過塩素酸リチウム(LiClO)ヘキサフルオロヒ酸リチウム (LiAsF)、ヘキサフルオロアンリモン酸リチウム(LiSbF6)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF)、ビス(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiCBO)等が挙げられる。
これらの中でも、リチウム塩の入手容易性、得られる固体電解質の物理的強度及びイオン伝導性のバランスを考慮すると、リチウムスルホン酸イミド塩が好ましく、LiN(SOCFがより好ましい。
Specific examples of the lithium inorganic salt, lithium lithium perchlorate (LiClO 4) hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro Henri Mont acid (LiSbF 6), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), tetra Examples thereof include lithium fluoroborate (LiBF 4 ) and lithium bis (oxalato) borate (LiC 4 BO 8 ).
Among these, lithium sulfonic acid imide salt is preferable and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is more preferable in consideration of the availability of lithium salt and the balance of physical strength and ion conductivity of the obtained solid electrolyte.

本発明の組成物に含まれるハイパーブランチポリマーとリチウム塩の質量比は、特に限定されるものでないが、通常、ハイパーブランチポリマー1に対し、リチウム塩0.01〜1程度とすることができるが、得られる固体電解質のイオン伝導性を向上させることを考慮すると、0.1〜0.6程度が好ましく、0.3〜0.5程度がより好ましい。 Although the mass ratio of the hyperbranched polymer and the lithium salt contained in the composition of the present invention is not particularly limited, the lithium salt can usually be about 0.01 to 1 with respect to the hyperbranched polymer 1. In consideration of improving the ionic conductivity of the obtained solid electrolyte, about 0.1 to 0.6 is preferable, and about 0.3 to 0.5 is more preferable.

本発明の組成物は、本発明のハイパーブランチポリマーとリチウム塩を混合することで得ることができる。
混合方法としては、例えば、乳鉢やビーカーといった適当な容器にハイパーブランチポリマーとリチウム塩を入れ、乳棒やガラス棒などの器具を用いて十分に混合する方法が採用できる。この際、混合物の均一性をより向上させることを目的として、化合物が分解しない範囲内の温度で加熱してもよい。
このように混合して得られた組成物は、そのまま固体電解質として用いることができ、また、有機溶媒に溶解させて、後述の方法に従い、イオン伝導性がより向上した電解質の製造に供してもよい。
The composition of the present invention can be obtained by mixing the hyperbranched polymer of the present invention and a lithium salt.
As a mixing method, for example, a method in which a hyperbranched polymer and a lithium salt are placed in a suitable container such as a mortar or beaker and sufficiently mixed using an instrument such as a pestle or a glass rod can be employed. At this time, for the purpose of further improving the uniformity of the mixture, the mixture may be heated at a temperature within a range where the compound does not decompose.
The composition obtained by mixing in this way can be used as a solid electrolyte as it is, or can be dissolved in an organic solvent and used for producing an electrolyte with improved ion conductivity according to the method described later. Good.

本発明の組成物は、得られる固体電解質のイオン伝導性の均一化や向上させること、物理的強度を向上させること等を考慮すると、有機溶媒を含むことが好ましい。
このような組成物は、例えば、ハイパーブランチポリマー及びリチウム塩の混合物である上記組成物を有機溶媒に溶解させたり、有機溶媒にハイパーブランチポリマーとリチウム塩を別々に溶解させたりすることで得ることができ、また、ハイパーブランチポリマーが溶解した溶液と、リチウム塩が溶解した溶液とを混合しても得ることができる。
The composition of the present invention preferably contains an organic solvent in view of making the ionic conductivity uniform and improving the obtained solid electrolyte, improving the physical strength, and the like.
Such a composition can be obtained, for example, by dissolving the above composition, which is a mixture of a hyperbranched polymer and a lithium salt, in an organic solvent, or by separately dissolving the hyperbranched polymer and the lithium salt in an organic solvent. It can also be obtained by mixing a solution in which the hyperbranched polymer is dissolved with a solution in which the lithium salt is dissolved.

用いる有機溶媒としては、ハイパーブランチポリマーとリチウム塩を良好に溶解し、これらと反応をしない溶媒であれば特に限定はされるものではないが、具体例としては、脂肪族炭化水素類(ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、n−デカン、デカリン等)、ハロゲン化脂肪族炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素等)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、メシチレン等)、ハロゲン化芳香族炭化水素類(クロロベンゼン、ブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン等)、アルコール類(メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン等)、エステル類(エチルアセテート、n−ブチルアセテート、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、ラクタム及びラクトン類(N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等)、尿素類(N,N−ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチルウレア等)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシド、スルホラン等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。 The organic solvent to be used is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the hyperbranched polymer and the lithium salt satisfactorily and does not react with them. Specific examples include aliphatic hydrocarbons (pentane, n-hexane, n-octane, n-decane, decalin, etc.), halogenated aliphatic hydrocarbons (chloroform, dichloromethane, dichloroethane, carbon tetrachloride, etc.), aromatic hydrocarbons (benzene, nitrobenzene, toluene, o- Xylene, m-xylene, p-xylene, mesitylene, etc.), halogenated aromatic hydrocarbons (chlorobenzene, bromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, etc.), alcohols (methanol, ethanol) , N-propanol, isopropanol, n-butanol, isobut Diol, tert-butanol, 2-ethylhexyl alcohol, benzyl alcohol), ethers (diethyl ether, diisopropyl ether, t-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, etc.) , Ketones (acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, di-n-butyl ketone, cyclohexanone, etc.), esters (ethyl acetate, n-butyl acetate, methoxybutyl acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate) ), Amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), lactams and lactones (N-methylpyrrolidone) γ-butyrolactone, etc.), ureas (N, N-dimethylimidazolidinone, tetramethylurea, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, etc.) and the like. . These may be used alone or in combination of two or more.

これらの中でも、脂肪族炭化水素類、アルコール類、ケトン類が好ましく、ケトン類がより好ましく、メチルイソブチルケトンが更により好ましい。 Among these, aliphatic hydrocarbons, alcohols, and ketones are preferable, ketones are more preferable, and methyl isobutyl ketone is even more preferable.

組成物に溶媒が含まれる場合、溶媒と固形分(ハイパーブランチポリマー及びリチウム塩)との質量比は、特に限定されるものではないが、通常、溶媒1に対し、固形分0.01〜1程度とすることができ、得られる固体電解質のイオン伝導性を考慮すると、0.05〜0.5が好ましく、0.07〜0.2がより好ましい。   When a solvent is contained in the composition, the mass ratio of the solvent to the solid content (hyperbranched polymer and lithium salt) is not particularly limited, but is usually 0.01 to 1 solid content relative to the solvent 1. In view of ionic conductivity of the obtained solid electrolyte, 0.05 to 0.5 is preferable, and 0.07 to 0.2 is more preferable.

有機溶媒を含んだ組成物を用いて固体電解質を作製する際、その成形法としては、例えば、組成物を適当な容器に流し込む方法や組成物を基材に塗布して薄膜とする方法を採用することができる。
このような容器としては、溶媒を除去した後に固体電解質を取り出すことにより所望の形状を与えるものを使用すればよく、その材質も組成物と反応しない限り、特に限定されるものではない。
また、組成物の基材への塗布方法は、電解質の厚さと抵抗値のバランスを考慮し、ドロップキャスト法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法(凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等)等といった各種ウェットプロセス法の中から適したものを採用すればよい。
When producing a solid electrolyte using a composition containing an organic solvent, for example, a method of pouring the composition into an appropriate container or a method of applying the composition to a substrate to form a thin film is employed. can do.
As such a container, what gives a desired shape by taking out solid electrolyte after removing a solvent should just be used, and the material will not be specifically limited unless it reacts with a composition.
In addition, the application method of the composition to the base material takes into consideration the balance between the thickness of the electrolyte and the resistance value, drop casting method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, roll coating method, bar coating method, die coating method Any one of various wet process methods such as a printing method, an ink jet method, a printing method (such as letterpress, intaglio, lithographic and screen printing) may be employed.

有機溶媒を含んだ組成物から溶媒を除去して固体電解質を得る場合、必要であればホットプレートやオーブン等の加熱装置を用い、大気中(常圧)、窒素等の不活性ガス中または真空下等の適切な雰囲気下で溶媒を蒸発させる。 When removing a solvent from a composition containing an organic solvent to obtain a solid electrolyte, if necessary, use a heating device such as a hot plate or oven, in the atmosphere (normal pressure), in an inert gas such as nitrogen, or in vacuum Evaporate the solvent under a suitable atmosphere such as below.

加熱温度して溶媒を除去する場合、加熱温度及び加熱時間は、用いる溶媒を沸点に応じて適宜決定されるが、ハイパーブランチポリマー及びリチウム塩の分解を防止すること、溶媒を十分に取り除くこと等を考慮すると、加熱温度は、80℃〜150℃であることが好ましく、90℃〜110℃であることがより好ましい。また、同様のことを考慮すると、加熱時間は、常圧下で溶媒を蒸発させる場合は、6時間以内であることが好ましく、より3時間以内であることがより好ましく、真空下で溶媒を蒸発させる場合は、24時間以内であることが好ましく、15時間以内であることがより好ましい。 When removing the solvent at the heating temperature, the heating temperature and the heating time are appropriately determined according to the boiling point of the solvent to be used, but prevent the hyperbranched polymer and lithium salt from being decomposed, sufficiently remove the solvent, etc. In view of the above, the heating temperature is preferably 80 ° C. to 150 ° C., more preferably 90 ° C. to 110 ° C. In consideration of the same, when the solvent is evaporated under normal pressure, the heating time is preferably within 6 hours, more preferably within 3 hours, and the solvent is evaporated under vacuum. In the case, it is preferably within 24 hours, more preferably within 15 hours.

その他、本発明の組成物は、固体電解質の物理的強度やイオン伝導性の向上、固形分の混合状態の均一性の向上、組成物の粘度の調整等を目的として、得られる固体電解質のイオン伝導性や自己支持性を大きく損なわない範囲内で、リチウム二次電池で使用可能な酸化物系固体電解質や硫化物系固体電解質等の無機系固体電解質の粒子、他の直鎖ポリマー等を含めてもよい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。 In addition, the composition of the present invention is used for the purpose of improving the physical strength and ion conductivity of the solid electrolyte, improving the uniformity of the mixed state of solids, adjusting the viscosity of the composition, and the like. Including particles of inorganic solid electrolytes such as oxide-based solid electrolytes and sulfide-based solid electrolytes that can be used in lithium secondary batteries, as well as other linear polymers, within a range that does not significantly impair conductivity and self-supporting properties May be. These may be used alone or in combination of two or more.

無機系固体電解質としては、Liabcde(XはB、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、Sb及びSeよりなる群から選択される少なくとも1種であり、YはTi、Zr、Ge、In、Ga、Sn及びAlよりなる群から選択される少なくとも1種であり、a〜eは、0.5<a<5.0、0≦b<2.98、0.5≦c<3.0、0.02<d≦3.0、2.0<b+d<4.0、3.0<e≦12.0の関係を満たす)で示されるナシコン型構造を有する酸化物系固体電解質、Li3xLa2/3−x1/3−2xTiO (□は欠陥サイトを示す。)で示されるペロブスカイト型構造を有する酸化物系固体電解質、Li3+xyz2-vv12(AはCa、Sr、Ba、Mg、Znよりなる群から選択される少なくとも1種であり、Gは、La、Y、Pr、Nd、Sm、Lu及びEuによりなる群から選択される少なくとも1種であり、Mは、Zr、Nb、Ta、Bi、Te及びSbよりなる群から選択される少なくとも1種であり、BはInであり、v〜zは、0≦v≦2、0≦x≦5、0≦y≦3、0≦z≦3の関係を満たし、Oは部分的に又は全て二価アニオン及び/又は三価のアニオン(例えばN3−)と交換されていてもよい。)で示されるガーネット型構造を有する酸化物系固体電解質、Li2S−P25、Li2S−SiS2、Li3.250.25Ge0.764、Li4-xGe1-xx4、Li7311、Li2S−SiS2−Li3PO4ガラス等の硫化物系固体電解質粒子等が挙げられる。 As the inorganic solid electrolyte, Li a X b Y c P d O e (X is at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, Sb and Se). Y is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Ge, In, Ga, Sn and Al, and a to e are 0.5 <a <5.0, 0 ≦ b <2. .98, 0.5 ≦ c <3.0, 0.02 <d ≦ 3.0, 2.0 <b + d <4.0, 3.0 <e ≦ 12.0. An oxide solid electrolyte having a perovskite structure represented by Li 3x La 2 / 3-x1 / 3-2x TiO 3 (□ represents a defect site); li 3 + x A y G z M 2-v B v O 12 (A is selected Ca, Sr, Ba, Mg, from the group consisting of Zn G is at least one selected from the group consisting of La, Y, Pr, Nd, Sm, Lu, and Eu, and M is Zr, Nb, Ta, Bi, Te, and Sb. At least one selected from the group consisting of: B is In; and v to z have a relationship of 0 ≦ v ≦ 2, 0 ≦ x ≦ 5, 0 ≦ y ≦ 3, and 0 ≦ z ≦ 3. Li 2 , an oxide-based solid electrolyte having a garnet-type structure, in which O is partially or completely replaced with a divalent anion and / or a trivalent anion (eg, N 3− ). S-P 2 S 5, Li 2 S-SiS 2, Li 3.25 P 0.25 Ge 0.76 S 4, Li 4-x Ge 1-x P x S 4, Li 7 P 3 S 11, Li 2 S-SiS 2 - Examples thereof include sulfide-based solid electrolyte particles such as Li 3 PO 4 glass.

他の直鎖ポリマーとしては、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフロオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体、ポリエチレンオキサイドなどの多糖類、熱可塑性樹脂、ゴム弾性を有するポリマー等が挙げられる。 Other linear polymers include starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, diacetylcellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer ( EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluoro rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, fluorinated Vinylidene-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetra Fluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra Fluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-methacrylic Examples thereof include acid methyl copolymers, polysaccharides such as polyethylene oxide, thermoplastic resins, and polymers having rubber elasticity.

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the following Example.

なお、使用した試薬の略号の以下のとおりである。
[溶媒]
IPA:イソプロピルアルコール(関東化学(株)製)
シクロヘキセン(東京化成工業(株)製)
THF:テトラヒドロフラン(関東化学(株)製)
MIBK:メチルイソブチルケトン (純正化学(株)製)
[試薬]
HPS:ハイパーブランチポリスチレン[日産化学工業(株)製 ハイパーテック(登録商標)HPS−200]
NaH:水素化ナトリウム(和光純薬社製)
LiTFSI:リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(関東化学(株)製)
TEGMME:テトラエチレングリコールモノメチルエーテル(東京化成工業(株)製)
Me(PEG)OH350:ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(Mn:350)(Alfa Aesar社製)
Me(PEG)OH1900:ポリエチレングリコールモノメチルエーテル(Mn:1900)(Alfa Aesar社製)
PEG200:ポリエチレングリコール200(平均分子量:200)(純正化学(株)製)
PEG600:ポリエチレングリコール600(平均分子量:600)(純正化学(株)製)
PEG1500:ポリエチレングリコール1500(平均分子量:1500)(純正化学(株)製)
PEG35000:ポリ(エチレングリコール)(average Mn 35,000)(ALDRICH製)
PEO100000:ポリ(エチレンオキサイド)(average Mn 100,000)(ALDRICH製)
The abbreviations of the reagents used are as follows.
[solvent]
IPA: isopropyl alcohol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)
Cyclohexene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
THF: tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)
MIBK: Methyl isobutyl ketone (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.)
[reagent]
HPS: Hyperbranched polystyrene [Hypertech (registered trademark) HPS-200 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.]
NaH: Sodium hydride (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
LiTFSI: Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.)
TEGMME: Tetraethylene glycol monomethyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Me (PEG) OH350: Polyethylene glycol monomethyl ether (Mn: 350) (Alfa Aesar)
Me (PEG) OH1900: Polyethylene glycol monomethyl ether (Mn: 1900) (Alfa Aesar)
PEG200: Polyethylene glycol 200 (average molecular weight: 200) (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.)
PEG600: Polyethylene glycol 600 (average molecular weight: 600) (manufactured by Pure Chemical Co., Ltd.)
PEG 1500: Polyethylene glycol 1500 (average molecular weight: 1500) (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.)
PEG35000: Poly (ethylene glycol) (average Mn 35,000) (manufactured by ALDRICH)
PEO100000: poly (ethylene oxide) (average Mn 100,000) (manufactured by ALDRICH)

[合成例1]HPS−Cl(化合物1)の合成

20Lの反応容器に、塩化スルフリル(キシダ化学(株)製)1.28kg(9.50mol、後述のHPSのジチオカルバメート基(以下、DC基とする)に対して3.6当量)及びクロロホルム(関東化学)2.35kgを仕込み、撹拌して均一に溶解させた。この溶液を窒素気流下0℃まで冷却した。別の10Lの反応容器に、DC基を分子末端に有するハイパーブランチポリマーであるHPS 700g(DC基として2.64mol)及びクロロホルム7.00kgを仕込み、窒素気流下均一になるまで撹拌した。この溶液を、前記20Lの反応容器に備え付けた3Lの分液ロートに、窒素気流下ポンプで転送した。前述の0℃に冷却されている塩化スルフリル/クロロホルム溶液中に、窒素気流下、前記3Lの分液ロートに転送したHPS/クロロホルム溶液を、反応液の温度が−5±5℃となるように60分間かけて加えた。添加終了後、反応液の温度を−5±5℃に保持しながら6時間撹拌した。さらにこの反応液へ、シクロヘキセン(東京化成工業(株)製)0.78kg(9.50mol、塩化スルフリルに対し1.0当量)をクロロホルム2.35kgに溶かした溶液を、反応液の温度が−5±5℃となるように加えた。添加後、この反応液をIPA46.7kgに添加してポリマーを沈殿させた。この沈殿をろ取して得られた白色粉末を、IPA5.25kgで洗浄し、40℃で真空乾燥して、塩素原子を分子末端に有するハイパーブランチポリマー(化合物1)399gを白色粉末として得た。
得られたHPS−ClのGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは14,000(分散度Mw/Mn 2.9)であった。なお、HPS−Clの重量平均繰り返し構造単位数lは92と算出できる。H−NMRの測定結果を図1に示す。
[Synthesis Example 1] Synthesis of HPS-Cl (Compound 1)

In a 20 L reaction vessel, sulfuryl chloride (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 1.28 kg (9.50 mol, 3.6 equivalents relative to a dithiocarbamate group (hereinafter referred to as DC group) of HPS described later) and chloroform ( Kanto Chemical Co., Ltd.) 2.35 kg was charged and stirred to dissolve uniformly. The solution was cooled to 0 ° C. under a nitrogen stream. In another 10 L reaction vessel, 700 g of HPS (2.64 mol as a DC group) and 7.00 kg of chloroform, which are hyperbranched polymers having a DC group at the molecular end, and 7.00 kg of chloroform were charged and stirred under a nitrogen stream until uniform. This solution was transferred to a 3 L separatory funnel equipped in the 20 L reaction vessel with a pump under a nitrogen stream. In the sulfuryl chloride / chloroform solution cooled to 0 ° C., the HPS / chloroform solution transferred to the 3 L separatory funnel under a nitrogen stream is adjusted so that the temperature of the reaction solution becomes −5 ± 5 ° C. Added over 60 minutes. After completion of the addition, the mixture was stirred for 6 hours while maintaining the temperature of the reaction solution at −5 ± 5 ° C. Further, a solution obtained by dissolving 0.78 kg (9.50 mol, 1.0 equivalent to sulfuryl chloride) of cyclohexene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 2.35 kg of chloroform was added to this reaction solution, and the temperature of the reaction solution was − It added so that it might become 5 +/- 5 degreeC. After the addition, the reaction solution was added to 46.7 kg of IPA to precipitate the polymer. The white powder obtained by filtering this precipitate was washed with 5.25 kg of IPA and vacuum dried at 40 ° C. to obtain 399 g of a hyperbranched polymer (compound 1) having a chlorine atom at the molecular end as a white powder. .
The weight average molecular weight Mw measured by polystyrene conversion by GPC of the obtained HPS-Cl was 14,000 (dispersion degree Mw / Mn 2.9). The number 1 of weight average repeating structural units of HPS-Cl can be calculated as 92. The measurement result of 1 H-NMR is shown in FIG.

[合成例2]化合物2の合成
3つ口フラスコ(1L)に滴下ロートと水冷管を備え付け、攪拌子を入れた。NaH(9.6g、240mmol)とTHF(50g)をフラスコに順次加えた後、系中を窒素置換した。THF(80g)にTEGMME(49.3g、300mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから10分かけて加え、THF(20g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。30分間攪拌した後、THF(40g)に化合物1(30.4g、200mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから5分かけて加え、THF(10g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。反応溶液の温度を50℃まで加熱し、16時間攪拌した。
反応後、室温まで冷却し、カラムクロマトグラフィー(ワコーゲルC60、展開溶媒THF)で精製した。精製後得られた溶液の溶媒をロータリーエバポレーターで留去した。化合物2は無色透明の液体として得た(得量38.2g、得率69%)。H−NMRの測定結果を図2に示す。
図1,2及び5に示されるように、ハイパーブランチポリマー中に存在するメチレン基の水素に帰属されるピークが、4.52ppmから4.42ppmへシフトしている。この結果から、メチレン基に結合していた塩素原子が、エチレンオキサイドからの酸素原子に置き換わっていることがわかる。
[Synthesis Example 2] Synthesis of Compound 2 A three-necked flask (1 L) was equipped with a dropping funnel and a water-cooled tube, and a stirrer was placed therein. NaH (9.6 g, 240 mmol) and THF (50 g) were sequentially added to the flask, and the atmosphere in the system was replaced with nitrogen. A solution of TEGMME (49.3 g, 300 mmol) dissolved in THF (80 g) was added over 10 minutes from the dropping funnel, and the wall of the dropping funnel was washed with THF (20 g). After stirring for 30 minutes, a solution of compound 1 (30.4 g, 200 mmol) dissolved in THF (40 g) was added over 5 minutes from the dropping funnel, and the wall of the dropping funnel was washed with THF (10 g). The temperature of the reaction solution was heated to 50 ° C. and stirred for 16 hours.
After the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature and purified by column chromatography (Wakogel C60, developing solvent THF). The solvent of the solution obtained after the purification was distilled off with a rotary evaporator. Compound 2 was obtained as a colorless and transparent liquid (amount obtained: 38.2 g, yield: 69%). The measurement result of 1 H-NMR is shown in FIG.
As shown in FIGS. 1, 2 and 5, the peak attributed to hydrogen of the methylene group present in the hyperbranched polymer is shifted from 4.52 ppm to 4.42 ppm. From this result, it is understood that the chlorine atom bonded to the methylene group is replaced with an oxygen atom from ethylene oxide.

[合成例3]化合物3の合成
3つ口フラスコ(1L)に滴下ロートと水冷管を備え付け、攪拌子を入れた。NaH(0.96g、24mmol)とTHF(50g)をフラスコに順次加えた後、系中を窒素置換した。THF(80g)にMe(PEG)OH350(52.5g、30mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから10分かけて加え、THF(20g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。30分間攪拌した後、THF(40g)に製造例1の方法で合成した化合物1(3.04g、20mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから5分かけて加え、THF(10g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。反応溶液の温度を50℃まで加熱し、16時間攪拌した。
反応後、室温まで冷却し、カラムクロマトグラフィー(ワコーゲルC60、展開溶媒THFで精製した。精製後得られた溶液の溶媒をロータリーエバポレーターで留去した。化合物3を無色透明のゼリー状として得た(得量6.7g、得率72%)。H−NMRの測定結果を図3に示す。
図1,3及び5に示されるように、ハイパーブランチポリマー中に存在するメチレン基のプロトンに帰属されるピークが、4.52ppmから4.40ppmへシフトしている。この結果から、メチレン基に結合していた塩素原子が、エチレンオキサイドからの酸素原子に置き換わっていることがわかる。
[Synthesis Example 3] Synthesis of Compound 3 A three-necked flask (1 L) was equipped with a dropping funnel and a water-cooled tube, and a stirrer was placed therein. NaH (0.96 g, 24 mmol) and THF (50 g) were sequentially added to the flask, and the system was purged with nitrogen. A solution of Me (PEG) OH350 (52.5 g, 30 mmol) dissolved in THF (80 g) was added from the dropping funnel over 10 minutes, and the wall of the dropping funnel was washed with THF (20 g). After stirring for 30 minutes, a solution prepared by dissolving Compound 1 (3.04 g, 20 mmol) synthesized by the method of Preparation Example 1 in THF (40 g) was added over 5 minutes from the dropping funnel, and the dropping funnel was added with THF (10 g). I washed the wall. The temperature of the reaction solution was heated to 50 ° C. and stirred for 16 hours.
After the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature and purified by column chromatography (Wakogel C60, developing solvent THF. The solvent of the solution obtained after purification was distilled off with a rotary evaporator. Compound 3 was obtained as a colorless transparent jelly ( (Yield: 6.7 g, yield: 72%) 1 H-NMR measurement results are shown in FIG.
As shown in FIGS. 1, 3 and 5, the peak attributed to the proton of the methylene group present in the hyperbranched polymer is shifted from 4.52 ppm to 4.40 ppm. From this result, it is understood that the chlorine atom bonded to the methylene group is replaced with an oxygen atom from ethylene oxide.

[比較合成例1]化合物4の合成
3つ口フラスコ(1L)に滴下ロートと水冷管を備え付け、攪拌子を入れた。NaH(0.48g、12mmol)とTHF(25g)をフラスコに順次加えた後、系中を窒素置換した。THF(40g)にMe(PEG)OH1900(28.5g、15mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから10分かけて加え、THF(10g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。30分間攪拌した後、THF(20g)に化合物1(1.52g、10mmol)を溶かした溶液を滴下ロートから5分かけて加え、THF(5g)で滴下ロートの壁付きを洗い入れた。反応溶液の温度を50℃まで加熱し、16時間攪拌した。
反応後、室温まで冷却し、カラムクロマトグラフィー(ワコーゲルC60、展開溶媒THF)で精製した。精製後得られた溶液の溶媒をロータリーエバポレーターで留去した。化合物4を黄色の固体として得た(得量11.5g、得率57%)。H−NMRの測定結果を図2に示す。
図1,4及び5に示されるように、ハイパーブランチポリマー中に存在するメチレン基のプロトンに帰属されるピークが、4.52ppmから4.40ppm付近へシフトしており、また、図6及び7に示されるように、化合物4のH−NMR測定では、反応剤であるMe(PEG)OH1900のヒドロキシル基のプロトンに帰属されるピーク(2.17ppm)は観測されなかった。これらの結果から、メチレン基に結合していた塩素原子が、エチレンオキサイドからの酸素原子に置き換わっていることがわかる。
[Comparative Synthesis Example 1] Synthesis of Compound 4 A three-necked flask (1 L) was equipped with a dropping funnel and a water-cooled tube, and a stir bar was added. NaH (0.48 g, 12 mmol) and THF (25 g) were sequentially added to the flask, and the system was purged with nitrogen. A solution of Me (PEG) OH1900 (28.5 g, 15 mmol) dissolved in THF (40 g) was added over 10 minutes from the dropping funnel, and the wall of the dropping funnel was washed with THF (10 g). After stirring for 30 minutes, a solution of compound 1 (1.52 g, 10 mmol) dissolved in THF (20 g) was added over 5 minutes from the dropping funnel, and the wall of the dropping funnel was washed with THF (5 g). The temperature of the reaction solution was heated to 50 ° C. and stirred for 16 hours.
After the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature and purified by column chromatography (Wakogel C60, developing solvent THF). The solvent of the solution obtained after the purification was distilled off with a rotary evaporator. Compound 4 was obtained as a yellow solid (11.5 g yield, 57% yield). The measurement result of 1 H-NMR is shown in FIG.
As shown in FIGS. 1, 4 and 5, the peak attributed to the proton of the methylene group present in the hyperbranched polymer is shifted from 4.52 ppm to around 4.40 ppm, and FIGS. As shown in FIG. 1 , in the 1 H-NMR measurement of Compound 4, a peak (2.17 ppm) attributed to the proton of the hydroxyl group of Me (PEG) OH1900, which is the reactant, was not observed. From these results, it is understood that the chlorine atom bonded to the methylene group is replaced with an oxygen atom from ethylene oxide.

[実施例1]
〔固体電解質の作製〕
MIBK10.05gと化合物2 1.75gをナス型フラスコに投入し、80℃で30分間撹拌・溶解した。
この溶液にLiTFSI0.75gを加え、更に80℃で30分間撹拌?溶解した。
得られた溶液を、常圧下にて、PFAシャーレ(φ50×φ55×10×13)に注ぎ入れ、これをホットプレート上で100℃3時間加熱し、その後、乾燥器にサンプルを移送し、100℃真空下にて、15時間乾燥した。乾燥終了後、サンプルをアルゴン雰囲気下のグローブボックス内に移送した。
PFAシャーレ上の膜は、自立膜として剥がし取ることができた。
〔イオン伝導性の評価〕
剥がし取った膜から1cm×1cmの小片を切り出し、この小片を2枚のアルミニウム電極の間に挟み合わせた。これをグローブボックスから取り出し、室温(25℃)、アルゴン雰囲気下で交流インピーダンス法を用いた。なお、イオン伝導度は下記式のように定義される。
[イオン伝導度(S/cm)]=1/(R×s)×l
式(1)において、Rは高分子固体電解質の抵抗値、sは高分子固体電解質の断面積(cm)、lは高分子固体電解質膜の膜厚(cm)を示す。抵抗値は交流インピーダンス法(測定装置:PARSTAT〔登録商標〕2273 Advanced Electrochemical System、Princeton Applied Resurch社製)で測定し、膜厚の測定にはマイクロメーター(クイックマイクロMDQ−30、株式会社ミツトヨ製)を用いた。抵抗値は、4100Ω、膜厚は0.074cmであった。
[Example 1]
(Production of solid electrolyte)
10.05 g of MIBK and 1.75 g of compound 2 were put into an eggplant type flask, and stirred and dissolved at 80 ° C. for 30 minutes.
To this solution was added 0.75 g of LiTFSI, and the mixture was further stirred and dissolved at 80 ° C. for 30 minutes.
The obtained solution was poured into a PFA petri dish (φ50 × φ55 × 10 × 13) under normal pressure, heated on a hot plate at 100 ° C. for 3 hours, and then the sample was transferred to a dryer. C. for 15 hours under vacuum. After drying, the sample was transferred into a glove box under an argon atmosphere.
The film on the PFA petri dish could be peeled off as a free-standing film.
[Ion conductivity evaluation]
A small piece of 1 cm × 1 cm was cut out from the peeled film, and this small piece was sandwiched between two aluminum electrodes. This was taken out from the glove box, and the AC impedance method was used at room temperature (25 ° C.) under an argon atmosphere. In addition, ion conductivity is defined as the following formula.
[Ionic conductivity (S / cm)] = 1 / (R × s) × l
In the formula (1), R represents the resistance value of the solid polymer electrolyte, s represents the cross-sectional area (cm 2 ) of the solid polymer electrolyte, and l represents the film thickness (cm) of the solid polymer electrolyte membrane. The resistance value is measured by an AC impedance method (measuring device: PARSTAT [registered trademark] 2273 Advanced Electrochemical System, Princeton Applied Research), and the film thickness is measured by a micrometer (Quick Micro MDQ-30, manufactured by Mitutoyo Corporation). Was used. The resistance value was 4100Ω and the film thickness was 0.074 cm.

[実施例2]
化合物2の代わりに化合物3を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製及びイオン伝導度の測定を行った。
なお、得られたPFAシャーレ上の膜は、実施例1の場合と同様、自立膜として剥がし取ることができた。イオン伝導度測定は実施例1と同様の方法を用い、抵抗値は2400Ω、膜厚は0.056cmであった。
[Example 2]
A solid electrolyte was prepared and ion conductivity was measured in the same manner as in Example 1 except that Compound 3 was used instead of Compound 2.
In addition, the film | membrane on the obtained PFA petri dish was able to peel off as a self-supporting film | membrane like the case of Example 1. FIG. The ionic conductivity was measured using the same method as in Example 1, the resistance value was 2400Ω, and the film thickness was 0.056 cm.

[比較例1]
化合物2の代わりに化合物4を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、真空乾燥が終了した後も混合物は液状のままであり、固体電解質を作製できなかった。
[Comparative Example 1]
Preparation of a solid electrolyte was attempted in the same manner as in Example 1 except that Compound 4 was used instead of Compound 2. However, even after the vacuum drying was completed, the mixture remained in a liquid state, and a solid electrolyte could not be produced.

[比較例2]
化合物2の代わりに化合物1を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、得られた固体には全く柔軟性がなく、固体電解質膜を作製することができなかった。
[Comparative Example 2]
Production of a solid electrolyte was attempted in the same manner as in Example 1 except that Compound 1 was used instead of Compound 2. However, the obtained solid was not flexible at all, and a solid electrolyte membrane could not be produced.

[比較例3〜6]
化合物2の代わりに、それぞれ、各分子量のポリエーテル化合物(PEG200,PEG1500,PEG35000,PEO100000)1.14gを用い、LiTFSIの使用量を0.50gとした以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、真空乾燥が終了した後も混合物は液状のままであり、固体電解質膜を作製できなかった。
[Comparative Examples 3 to 6]
In the same manner as in Example 1 except that 1.14 g of each molecular weight polyether compound (PEG200, PEG1500, PEG35000, PEO100000) was used instead of compound 2, and the amount of LiTFSI used was 0.50 g. An attempt was made to produce a solid electrolyte. However, even after the vacuum drying was completed, the mixture remained in a liquid state, and a solid electrolyte membrane could not be produced.

[比較例7,8]
化合物2の代わりに、それぞれ、化合物1 1.58gとPEG200 0.20g、化合物1 0.88gとPEG200 0.88gを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、真空乾燥が終了した後、膜が液相と固相に分離し、固体電解質膜を作製できなかった。
[Comparative Examples 7 and 8]
A solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.58 g of Compound 1 and 0.20 g of PEG200, 0.88 g of Compound 1 and 0.88 g of PEG200 were used instead of Compound 2, respectively. It was. However, after the vacuum drying was completed, the membrane was separated into a liquid phase and a solid phase, and a solid electrolyte membrane could not be produced.

[比較例9,10]
化合物2の代わりに、それぞれ、化合物1 1.58gとPEG600 0.18g、化合物1 0.88gとPEG600 0.88gを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、真空乾燥が終了した後、膜が液相と固相に分離し、固体電解質膜を作製できなかった。
[Comparative Examples 9 and 10]
A solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.58 g of compound 1 and 0.18 g of PEG 600 and 0.88 g of compound 1 and 0.88 g of PEG 600 were used instead of compound 2, respectively. It was. However, after the vacuum drying was completed, the membrane was separated into a liquid phase and a solid phase, and a solid electrolyte membrane could not be produced.

[比較例11,12]
化合物2の代わりに、それぞれ、化合物1 1.58gとPEG1500 0.19g、化合物1 0.89gとPEG1500 0.88gを用いた以外は、実施例1と同様の方法により、固体電解質の作製を試みた。しかし、真空乾燥が終了した後、膜が液相と固相に分離し、固体電解質膜を作製できなかった。
表1に、固体電解質の作製の可否及びイオン伝導度の測定結果測定結果に示す。なお、表1中、固形分比とは、固形分の全体量(ポリマーとLiTFSIの総量)に対する各添加物の質量比(%) を意味する。
[Comparative Examples 11 and 12]
A solid electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.58 g of compound 1 and 0.19 g of PEG 1500 and 0.89 g of compound 1 and 0.88 g of PEG 1500 were used instead of compound 2, respectively. It was. However, after the vacuum drying was completed, the membrane was separated into a liquid phase and a solid phase, and a solid electrolyte membrane could not be produced.
Table 1 shows the results of measurement of the solid electrolyte and the measurement results of ionic conductivity. In Table 1, the solid content ratio means the mass ratio (%) of each additive to the total amount of solid content (total amount of polymer and LiTFSI).

末端にユニット数が4又は7〜8のエチレンオキサイド鎖を有するハイパーブランチポリマー(化合物2又は3)とLiTFSIを含む固体電解質は、自立膜として採取できるほどの物理的強度があり、これらポリマーをマトリックスポリマーとして用いた固体電解質が作製できることが示唆された(実施例1及び2)。
一方、化合物1(化合物2〜4の原料物質)をマトリックスポリマーとして用いた場合、溶媒を除去して得られる混合物は脆く、自立膜として採取できるほどの物理的強度を有していなかった(比較例2)。また、末端により長いエチレンオキサイド鎖(ユニット数42〜43)を有するハイパーブランチポリマーである化合物4は、LiTFSIと混合することで液状化してしまい、化合物4を含む固体電解質を作製できず(比較例1)、同様に、直鎖PEGを用いた場合も、PEGと塩との混合物が液状化してしまい、これらのポリマーを含む固体電解質は作製できなかった(比較例3〜6)。
そして、化合物1と直鎖PEGを混合してマトリックスポリマーとして用いた場合は、真空乾燥終了後に混合物が液体と固体に分離してしまい、固体電解質を得ることができなかった(比較例7〜12)。
これらの結果から、化合物2及び3が、マトリックスポリマーとして好適であることがわかる。
The hyperbranched polymer (compound 2 or 3) having an ethylene oxide chain having 4 or 7 to 8 units at the end and a solid electrolyte containing LiTFSI have physical strength that can be collected as a free-standing film. It was suggested that the solid electrolyte used as a polymer could be produced (Examples 1 and 2).
On the other hand, when compound 1 (raw material of compounds 2 to 4) was used as a matrix polymer, the mixture obtained by removing the solvent was brittle and did not have enough physical strength to be collected as a free-standing film (comparison) Example 2). Moreover, the compound 4 which is a hyperbranched polymer having a longer ethylene oxide chain (unit number 42 to 43) at the terminal is liquefied by mixing with LiTFSI, and a solid electrolyte containing the compound 4 cannot be produced (Comparative Example). 1) Similarly, even when linear PEG was used, the mixture of PEG and salt was liquefied, and solid electrolytes containing these polymers could not be produced (Comparative Examples 3 to 6).
When compound 1 and linear PEG were mixed and used as a matrix polymer, the mixture separated into a liquid and a solid after completion of vacuum drying, and solid electrolytes could not be obtained (Comparative Examples 7 to 12). ).
From these results, it can be seen that compounds 2 and 3 are suitable as a matrix polymer.

[実施例3]
〔薄膜固体電解質の作製及び抵抗測定〕
MIBK17.47gと化合物2 0.38gをスクリュー管に投入し、室温で30分間撹拌・溶解した。
この溶液にLiTFSI 0.16gを加え、更に室温で30分間撹拌?溶解した。
得られた溶液を、常圧下にて、2mm幅(面積0.04cm)でITOを蒸着させたガラス基板にスピンコートで塗布(スピンコート条件500rpm5秒+2000rpm20秒)、これをホットプレート上で100℃10分間加熱し、その後、乾燥器にサンプルを移送し、100℃真空下にて、1時間乾燥した。得られた薄膜は、幅2mmでアルミニウムを2b×10−4Paで蒸着することで高分子固体電解質薄膜の抵抗測定用セル(セル1)とした。
スピンコートで薄膜を作製しない以外は上記と同様の方法でセルを作製し、これをセル単独の抵抗測定用セル(セル2)とした。
セル1、及びセル2の抵抗は実施例1と同様の方法で実施した。このようにして得られたセル1の抵抗値とセル2の抵抗値の差を高分子固体電解質の抵抗値とした。このようにして得られた高分子固体電解質の抵抗値は、50.6Ω(想定膜厚300nm)であった。
高分子固体電解質の中でも良好なリチウムイオン伝導性を有する化合物を用いた非特許文献2の薄膜固体電解質の抵抗値は、非特許文献2に記載の伝導度及び膜厚から、30℃において2×10Ω(断面積が上記セル1と同様に0.04cmの場合)と算出される。本発明の組成物から得られる薄膜の抵抗値はその1/30以下であり、極めて低いことがわかる。
これらの結果から、本発明の組成物を用いることで、良好なリチウムイオン伝導性を有する既知の高分子化合物を用いた場合と比較しても、より高いイオン伝導性を有する薄膜を製造することができることがわかる。
本発明の組成物から得られる薄膜固体電解質を用いることで、リチウム塩を電解質として用いる二次電池の小型化や軽量化と共に、内部抵抗の低減によるサイクル特性やレート特性の向上が期待できる。
[Example 3]
[Production of thin-film solid electrolyte and resistance measurement]
17.47 g of MIBK and 0.38 g of Compound 2 were put into a screw tube, and stirred and dissolved at room temperature for 30 minutes.
To this solution, 0.16 g of LiTFSI was added and further stirred and dissolved at room temperature for 30 minutes.
The obtained solution was applied by spin coating to a glass substrate on which ITO was deposited with a width of 2 mm (area 0.04 cm 2 ) under normal pressure (spin coating condition 500 rpm 5 seconds + 2000 rpm 20 seconds). After heating at 10 ° C. for 10 minutes, the sample was transferred to a dryer and dried at 100 ° C. under vacuum for 1 hour. The obtained thin film was made into the resistance measurement cell (cell 1) of the polymer solid electrolyte thin film by vapor-depositing aluminum by 2b * 10 <-4> Pa with width 2mm.
A cell was prepared by the same method as described above except that a thin film was not formed by spin coating, and this was used as a single cell for resistance measurement (cell 2).
The resistances of the cell 1 and the cell 2 were performed in the same manner as in Example 1. The difference between the resistance value of the cell 1 and the resistance value of the cell 2 thus obtained was defined as the resistance value of the polymer solid electrolyte. The resistance value of the polymer solid electrolyte thus obtained was 50.6Ω (assumed film thickness of 300 nm).
The resistance value of the thin film solid electrolyte of Non-Patent Document 2 using a compound having good lithium ion conductivity among polymer solid electrolytes is 2 × at 30 ° C. from the conductivity and film thickness described in Non-Patent Document 2. 10 3 Ω (when the cross-sectional area is 0.04 cm 2 as in the case of the cell 1) is calculated. It can be seen that the resistance value of the thin film obtained from the composition of the present invention is 1/30 or less, which is extremely low.
From these results, by using the composition of the present invention, it is possible to produce a thin film having higher ion conductivity than when using a known polymer compound having good lithium ion conductivity. You can see that
By using the thin-film solid electrolyte obtained from the composition of the present invention, it is expected that the secondary battery using the lithium salt as an electrolyte can be reduced in size and weight and improved in cycle characteristics and rate characteristics due to reduction in internal resistance.

Claims (16)

式(1)

{式中、R1は、水素原子又はメチル基を示し、R及びR2’は、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基(これらアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族基及び複素芳香族基は、Zで置換されていてもよい。)を示し、A1は、式(2)

〔式中、A2は、炭素数1〜20のアルキレン基(Zで置換されてもよく、エーテル基又はエステル基を含んでもよい。)を示し、Y1〜Y4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示す。〕で示される2価の基を示し、Zは、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオール基、りん酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数4〜20のビシクロアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のアシル基、炭素数6〜20の芳香族基又は炭素数2〜20の複素芳香族基を示し、lは2〜100000の整数を示し、n及びmは、それぞれ独立して、1〜40の整数を示す。}で示されるハイパーブランチポリマー。
Formula (1)

{Wherein, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 and R 2 ′ each independently represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or 3 carbon atoms. A cycloalkyl group having 20 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. A heteroaromatic group of (these alkyl group, haloalkyl group, cycloalkyl group, bicycloalkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aromatic group and heteroaromatic group may be substituted with Z), A 1 is the formula (2)

[Wherein, A 2 represents an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms (which may be substituted with Z and may include an ether group or an ester group), and Y 1 to Y 4 each independently represent , Hydrogen atom, halogen atom, nitro group, cyano group, amino group, hydroxyl group, thiol group, phosphoric acid group, sulfonic acid group, carboxyl group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms , A cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms, or carbon The heteroaromatic group of number 2-20 is shown. Z represents a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an amino group, a hydroxyl group, a thiol group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, or an alkoxy having 1 to 20 carbon atoms. Group, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a bicycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, An alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic group having 6 to 20 carbon atoms or a heteroaromatic group having 2 to 20 carbon atoms; l shows the integer of 2-100,000, n and m show the integer of 1-40 each independently. } The hyperbranched polymer shown.
前記n及びmが、それぞれ独立して、2〜7である請求項1に記載のハイパーブランチポリマー。 The hyperbranched polymer according to claim 1, wherein n and m are each independently 2 to 7. 前記Y1〜Y4が、それぞれ独立して、水素原子又はメチル基であり、前記A2がメチレン基、エチレン基、又はn-プロピレン基である請求項1又は2に記載のハイパーブランチポリマー。 The hyperbranched polymer according to claim 1, wherein Y 1 to Y 4 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, and the A 2 is a methylene group, an ethylene group, or an n-propylene group. 前記R及びR2’が、それぞれ独立して、メチル基又はフェニル基である請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイパーブランチポリマー。 Wherein R 2 and R 2 'are each independently, hyperbranched polymer according to claim 1 is a methyltransferase or phenyl. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイパーブランチポリマーからなるマトリックスポリマー。 The matrix polymer which consists of a hyperbranched polymer of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載のマトリックスポリマーを含む固体電解質。 A solid electrolyte comprising the matrix polymer according to claim 5. 更にリチウム塩を含む請求項6に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 6, further comprising a lithium salt. 前記リチウム塩が、リチウムスルホン酸イミド塩、リチウム有機酸塩及びリチウム無機酸塩から選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載の固体電解質。 The solid electrolyte according to claim 7, wherein the lithium salt is at least one selected from a lithium sulfonic acid imide salt, a lithium organic acid salt, and a lithium inorganic acid salt. 薄膜状である請求項5〜8のいずれか1項に記載の固体電解質。 It is a thin film form, The solid electrolyte of any one of Claims 5-8. 請求項5〜9のいずれか1項に記載の固体電解質を有する二次電池。 The secondary battery which has a solid electrolyte of any one of Claims 5-9. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイパーブランチポリマーと、リチウム塩とを含む組成物。 The composition containing the hyperbranched polymer of any one of Claims 1-4, and lithium salt. 前記リチウム塩が、リチウムスルホン酸イミド塩、リチウム有機酸塩及びリチウム無機酸塩から選ばれる少なくとも1種である請求項11に記載の組成物。 The composition according to claim 11, wherein the lithium salt is at least one selected from a lithium sulfonic acid imide salt, a lithium organic acid salt, and a lithium inorganic acid salt. 更に有機溶媒を含む請求項11又は12に記載の組成物。 The composition according to claim 11 or 12, further comprising an organic solvent. 固体電解質用である請求項11〜13のいずれか1項に記載の組成物。 It is an object for solid electrolytes, The composition of any one of Claims 11-13. 請求項13又は14に記載の組成物から溶媒を除去する工程を有する固体電解質の製造方法。 The manufacturing method of the solid electrolyte which has the process of removing a solvent from the composition of Claim 13 or 14. 式(3)で示されるハイパーブランチポリマーと、式(4)で示されるエチレンオキサイドとを塩基触媒の存在下で反応させることを特徴とする請求項1に記載のハイパーブランチポリマーの製造方法。

(式中、R及びAは、上記と同じ意味を示し、l’は、上記lと同じ意味を示し、R2”は、上記R及びR2’と同じ意味を示し、X及びX’は、ハロゲン原子を示し、kは、1〜40の整数を示す。)
And Ruha Lee par-branched polymer represented by the formula (3), the method of producing the hyperbranched polymer according to claim 1, characterized in that the reaction of ethylene oxide of the formula (4) in the presence of a base catalyst .

(Wherein R 1 and A 1 have the same meaning as above, l ′ has the same meaning as l, R 2 ″ has the same meaning as R 2 and R 2 ′, and X and X ′ represents a halogen atom, and k represents an integer of 1 to 40.)
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