JP6895678B2 - Supramolecular complex manufacturing method, supramolecular complex and electrolyte - Google Patents

Supramolecular complex manufacturing method, supramolecular complex and electrolyte Download PDF

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本発明は、超分子複合体の製造方法、超分子複合体及び電解質に関し、例えば、ボロキシン化合物を含有する超分子複合体の製造方法、超分子複合体及び電解質に関する。 The present invention relates to a method for producing a supramolecular complex, a supramolecular complex and an electrolyte, and for example, a method for producing a supramolecular complex containing a boroxine compound, a supramolecular complex and an electrolyte.

従来、ボロキシン化合物を含有するポリマー電解質が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のポリマー電解質においては、ポリマー電解質にボロキシン化合物を添加することにより、ボロキシン化合物のボロキシン環に由来するアニオン捕捉効果が得られる。これにより、ポリマー電解質をポリマーリチウム電池の正極用の結合剤として用いる場合に、正極容量及びサイクル特性などの電池特性を向上させることが可能となる。 Conventionally, a polymer electrolyte containing a boroxine compound has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the polymer electrolyte described in Patent Document 1, by adding a boroxine compound to the polymer electrolyte, an anion trapping effect derived from the boroxine ring of the boroxine compound can be obtained. This makes it possible to improve battery characteristics such as positive electrode capacity and cycle characteristics when the polymer electrolyte is used as a binder for the positive electrode of a polymer lithium battery.

特開2004−6237号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-6237

ところで、リチウムイオン二次電池(LiB:Li ion secondary Batteries)では、揮発性及び可燃性などを有する有機電解液から安全性及び機能性に優れた固体電解質への代替が図られている。しかしながら、従来の固体電解質では、イオン伝導性が有機電解質の10%程度と低く、またリチウムイオン輸率もイオン全体の30%程度であり、高速での充放電に十分に適応できる電気化学特性を備えていない実情がある。 By the way, in lithium ion secondary batteries (LiB: Li ion secondary batteries), an organic electrolyte having volatile and flammable properties is being replaced with a solid electrolyte having excellent safety and functionality. However, with conventional solid electrolytes, the ionic conductivity is as low as about 10% of that of organic electrolytes, and the lithium ion transport number is about 30% of the total ions, so that the electrochemical characteristics can be sufficiently adapted to high-speed charging and discharging. There is a fact that I do not have.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、電気化学特性に優れた電解質が得られる超分子複合体の製造方法、超分子複合体及び電解質を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a supramolecular complex, a supramolecular complex, and an electrolyte, which can obtain an electrolyte having excellent electrochemical properties.

本発明の超分子複合体の製造方法は、ポリアルキレンオキシドジアミンの存在下、下記一般式(1)で表されるジボロン酸を脱水縮合して超分子複合体を得る工程を含むことを特徴とする。

Figure 0006895678
(上記式(1)中、Rは、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。) The method for producing a supramolecular complex of the present invention is characterized by comprising a step of dehydrating and condensing diboronic acid represented by the following general formula (1) in the presence of polyalkylene oxide diamine to obtain a supramolecular complex. To do.
Figure 0006895678
(In the above formula (1), R 1 represents a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group.)

この方法によれば、ジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物のボロキシン環が求電子性を有するので、アニオン配位能が向上してアニオンを捕捉しやすくなってイオン伝導性及びリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンジアミンがボロキシン化合物間に介在するので、ボロキシン環にアミノ基が配位してボロキシン間の加水分解に対する安定性が向上する。したがって、電気化学特性に優れた電解質が得られる超分子複合体の製造方法を実現できる。 According to this method, since the boroxine ring of the boroxine compound formed by dehydration condensation of diboronic acid has electrophilicity, the anion coordination ability is improved and the anion is easily captured, and the ionic conductivity and the lithium ion transport number are improved. Is improved. In addition, since the polyalkylenediamine intervenes between the boroxine compounds, an amino group is coordinated with the boroxine ring to improve the stability against hydrolysis between the boroxines. Therefore, it is possible to realize a method for producing a supramolecular complex in which an electrolyte having excellent electrochemical properties can be obtained.

本発明の超分子複合体の製造方法においては、前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、下記一般式(2)で表されることが好ましい。この方法により、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上するので、イオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質を得ることが可能となる。

Figure 0006895678
(上記式(2)中、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1以上10以下の炭化水素基を表す。x、及びzは、1以上100以下の整数である。yは、0以上70以下の整数である。x+zは、2以上100以下の整数である。) In the method for producing a supramolecular complex of the present invention, the polyalkylene oxide diamine is preferably represented by the following general formula (2). By this method, the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine is improved, so that it is possible to obtain an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number.
Figure 0006895678
(In the above formula (2), R 2 , R 3 , and R 4 independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms. X and z are 1 or more and 100. The following integers. Y is an integer of 0 or more and 70 or less. X + z is an integer of 2 or more and 100 or less.)

本発明の超分子複合体の製造方法においては、前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、エチレンオキシド重合体、プロピレンオキシド重合体及びエチレンオキシドプロピレンオキシド共重合体からなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。この方法により、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上するので、イオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質を得ることが可能となる。 In the method for producing a supramolecular complex of the present invention, it is preferable that the polyalkylene oxide diamine is at least one selected from the group consisting of an ethylene oxide polymer, a propylene oxide polymer and an ethylene oxide propylene oxide copolymer. .. By this method, the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine is improved, so that it is possible to obtain an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number.

本発明の超分子複合体の製造方法においては、前記ジボロン酸が、フェニレンジボロン酸及びフェニレンジボロン酸誘導体からなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。この方法により、ジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物のボロキシン環の求電子性がより向上するので、より一層イオン伝導性及びリチウムイオン輸率に優れた電解質を得ることができる。 In the method for producing a supramolecular complex of the present invention, it is preferable that the diboronic acid is at least one selected from the group consisting of phenylenediboronic acid and phenylenediboronic acid derivatives. By this method, the electrophilicity of the boroxin ring of the boroxine compound formed by dehydration condensation of diboronic acid is further improved, so that an electrolyte having further excellent ionic conductivity and lithium ion transport number can be obtained.

本発明の超分子複合体は、下記一般式(3)で表される繰り返し構成単位を含むボロキシン化合物間に、ポリアルキレンオキシドジアミンが介在してなることを特徴とする。

Figure 0006895678
(上記式(3)中、R、R、Rは、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。) The supramolecular complex of the present invention is characterized in that a polyalkylene oxide diamine is interposed between boroxine compounds containing a repeating structural unit represented by the following general formula (3).
Figure 0006895678
(In the above formula (3), R 5 , R 6 , and R 7 represent a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group.)

この構成によれば、上記一般式(3)で表されるボロキシン化合物のボロキシン環が求電子性を有するので、アニオン配位能が向上してアニオンを捕捉しやすくなってリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンジアミンがボロキシン化合物間に介在するので、ボロキシン環にアミノ基が配位してボロキシン間の加水分解に対する安定性が向上する。したがって、電気化学特性に優れた電解質が得られる超分子複合体を実現できる。 According to this configuration, since the boroxine ring of the booxine compound represented by the above general formula (3) has electrophilicity, the anion coordination ability is improved, the anion is easily captured, and the lithium ion transport number is improved. To do. In addition, since the polyalkylenediamine intervenes between the boroxine compounds, an amino group is coordinated with the boroxine ring to improve the stability against hydrolysis between the boroxines. Therefore, it is possible to realize a supramolecular complex in which an electrolyte having excellent electrochemical properties can be obtained.

本発明の超分子複合体においては、前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、下記一般式(2)で表されることが好ましい。この構成により、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上するので、イオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質を得ることが可能となる。

Figure 0006895678
(上記式(2)中、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1以上10以下の炭化水素基を表す。x、及びzは、1以上100以下の整数である。yは、0以上70以下の整数である。x+zは、2以上100以下の整数である。) In the supramolecular complex of the present invention, the polyalkylene oxide diamine is preferably represented by the following general formula (2). With this configuration, the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine is improved, so that it is possible to obtain an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number.
Figure 0006895678
(In the above formula (2), R 2 , R 3 , and R 4 independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms. X and z are 1 or more and 100. The following integers. Y is an integer of 0 or more and 70 or less. X + z is an integer of 2 or more and 100 or less.)

本発明の超分子複合体においては、前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、エチレンオキシド重合体、プロピレンオキシド重合体及びエチレンオキシドプロピレンオキシド共重合体からなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。この方法により、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上するので、イオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質を得ることが可能となる。 In the supramolecular composite of the present invention, the polyalkylene oxide diamine is preferably at least one selected from the group consisting of ethylene oxide polymers, propylene oxide polymers and ethylene oxide propylene oxide copolymers. By this method, the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine is improved, so that it is possible to obtain an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number.

本発明の電解質は、上記超分子複合体を含むことを特徴とする。 The electrolyte of the present invention is characterized by containing the supramolecular complex.

この構成によれば、ジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物のボロキシン環が求電子性を有するので、アニオン配位能が向上してアニオンを捕捉しやすくなってリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンジアミンがボロキシン化合物間に介在するので、ボロキシン環にアミノ基が配位してボロキシン間の加水分解に対する安定性が向上する。したがって、電気化学特性に優れた電解質を実現できる。 According to this configuration, since the boroxine ring of the boroxine compound formed by dehydration condensation of diboronic acid has electrophilicity, the anion coordination ability is improved, the anion is easily captured, and the lithium ion transport number is improved. In addition, since the polyalkylenediamine intervenes between the boroxine compounds, an amino group is coordinated with the boroxine ring to improve the stability against hydrolysis between the boroxines. Therefore, an electrolyte having excellent electrochemical characteristics can be realized.

本発明によれば、電気化学特性に優れた電解質が得られる超分子複合体の製造方法、超分子複合体及び電解質を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a method for producing a supramolecular complex, a supramolecular complex, and an electrolyte, which can obtain an electrolyte having excellent electrochemical properties.

図1は、本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法におけるジボロン酸の脱水縮合の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of dehydration condensation of diboronic acid in the method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment. 図2は、本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法におけるジボロン酸の脱水縮合の反応式を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a reaction formula of dehydration condensation of diboronic acid in the method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment. 図3は、本実施の形態に係る超分子複合体の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of the supramolecular complex according to the present embodiment. 図4は、本実施の形態に係る超分子複合体を用いた電解質の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an electrolyte using the supramolecular complex according to the present embodiment. 図5は、本実施の形態に係る超分子複合体を用いた電解質の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an electrolyte using the supramolecular complex according to the present embodiment. 図6は、実施例1で得られた超分子複合体の11B−NMRの測定結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the measurement results of 11 B-NMR of the supramolecular complex obtained in Example 1. 図7は、実施例1で得られた超分子複合体の赤外吸収スペクトルの測定結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of the infrared absorption spectrum of the supramolecular complex obtained in Example 1. 図8Aは、実施例1で用いた原料の1,4−フェニレンジボロン酸の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 8A is a scanning electron micrograph of the raw material 1,4-phenylenediboronic acid used in Example 1. 図8Bは、実施例1に係る1,4−フェニレンジボロン酸の脱水縮合体の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 8B is a scanning electron micrograph of the dehydrated condensate of 1,4-phenylenediboronic acid according to Example 1. 図8Cは、実施例1で得られた超分子複合体の走査型電子顕微鏡写真である。FIG. 8C is a scanning electron micrograph of the supramolecular complex obtained in Example 1. 図9は、実施例1に係るLSV評価の結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the result of the LSV evaluation according to the first embodiment. 図10は、実施例1に係るCV評価の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of the CV evaluation according to the first embodiment. 図11は、実施例2に係るCV評価の結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the results of the CV evaluation according to the second embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified as appropriate.

(超分子複合体の製造方法)
本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法は、ポリアルキレンオキシドジアミンの存在下、下記一般式(1)で表されるジボロン酸を脱水縮合して超分子複合体を得る工程を含む。

Figure 0006895678
(上記式(1)中、Rは、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。) (Method of producing supramolecular complex)
The method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment includes a step of dehydrating and condensing diboronic acid represented by the following general formula (1) in the presence of polyalkylene oxide diamine to obtain a supramolecular complex.
Figure 0006895678
(In the above formula (1), R 1 represents a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group.)

図1は、本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法におけるジボロン酸の脱水縮合の説明図である。なお、図1においては、上記一般式(1)で表されるジボロン酸11として1,4−フェニレンジボロン酸を用いる例について示している。図1に示すように、ジボロン酸11は、脱水縮合により多量化して複数のボロキシン環12Aを有するボロキシン化合物(ボロキシン脱水縮合体)12となる。このボロキシン環12Aは、ホウ素原子上の空のp軌道と酸素上の非共有電子対とがπ結合を形成するので、ベンゼンと等電子的な平面六員環となる。これにより、ボロキシン化合物12は、複数のジボロン酸11が脱水縮合により多量化した平面状に延在する構造を有する。 FIG. 1 is an explanatory diagram of dehydration condensation of diboronic acid in the method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment. Note that FIG. 1 shows an example in which 1,4-phenylenediboronic acid is used as the diboronic acid 11 represented by the general formula (1). As shown in FIG. 1, the diboronic acid 11 is increased in quantity by dehydration condensation to become a boroxine compound (boroxine dehydration condensate) 12 having a plurality of boroxine rings 12A. This booxine ring 12A becomes a plane six-membered ring isoelectronic with benzene because an empty p-orbital on a boron atom and an unshared electron pair on oxygen form a π bond. As a result, the boroxine compound 12 has a structure in which a plurality of diboronic acids 11 are quantified by dehydration condensation and extend in a plane.

図2は、本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法におけるジボロン酸の脱水縮合の反応式を示す図である。なお、図2においては、図1と同様に、上記一般式(1)で表されるジボロン酸11として1,4−フェニレンジボロン酸を用いる例について示している。また、図2において、ポリアルキレンオキシドジアミン13のnは、所定の整数を表す。図2に示すように、本実施の形態に係る超分子複合体の製造方法では、ジボロン酸11とポリアルキレンオキシドジアミン13とを予め混合した後、ジボロン酸11を脱水縮合する。この脱水縮合により、ジボロン酸11は、複数のジボロン酸11が脱水縮合して平面状のボロキシン化合物121,122がそれぞれ生成すると共に、ボロキシン化合物121,122間にポリアルキレンオキシドジアミン13が介在した状態となる。これにより、一対のボロキシン化合物121,122間にアルキレンオキシドジアミン13が介在した超分子複合体14が得られる。 FIG. 2 is a diagram showing a reaction formula of dehydration condensation of diboronic acid in the method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment. Note that FIG. 2 shows an example in which 1,4-phenylenediboronic acid is used as the diboronic acid 11 represented by the general formula (1), as in FIG. Further, in FIG. 2, n of the polyalkylene oxide diamine 13 represents a predetermined integer. As shown in FIG. 2, in the method for producing a supramolecular complex according to the present embodiment, diboronic acid 11 and polyalkylene oxide diamine 13 are mixed in advance, and then diboronic acid 11 is dehydrated and condensed. By this dehydration condensation, a plurality of diboronic acids 11 are dehydrated and condensed to form planar boroxine compounds 121 and 122, respectively, and the polyalkylene oxide diamine 13 is interposed between the boroxine compounds 121 and 122. It becomes. As a result, a supramolecular complex 14 in which the alkylene oxide diamine 13 is interposed between the pair of boroxine compounds 121 and 122 is obtained.

図3は、本実施の形態に係る超分子複合体14の概念図である。図3に示すように、超分子複合体14は、複数のジボロン酸が脱水縮合してなる平板状の複数(本実施の形態では5つ)のボロキシン化合物12を含有し、複数のボロキシン化合物12間にポリアルキレンオキシドジアミン13が介在している。図3に示す例では、ポリアルキレンオキシドジアミン131がボロキシン化合物121,122間に介在し、ポリアルキレンオキシドジアミン132がボロキシン化合物123,124間に介在し、ポリアルキレンオキシドジアミン133がボロキシン化合物121,125間に介在し、ポリアルキレンオキシドジアミン134がボロキシン化合物124,125間に介在している。この超分子複合体14の詳細な構造は必ずしも明らかではないが、ポリアルキレンオキシドジアミン13の2つのアミノ基の窒素原子が、ボロキシン化合物12のボロキシン環12Aのホウ素原子上にそれぞれ配位結合していると考えられる。この結果、ボロキシン化合物12間にポリアルキレンオキシドジアミン13によって架橋が形成された超分子複合体14が得られる。 FIG. 3 is a conceptual diagram of the supramolecular complex 14 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the supramolecular complex 14 contains a plurality of flat plate-shaped boroxine compounds 12 (five in the present embodiment) formed by dehydration condensation of a plurality of diboronic acids, and the plurality of boroxine compounds 12 The polyalkylene oxide diamine 13 is interposed between them. In the example shown in FIG. 3, the polyalkylene oxide diamine 131 is interposed between the boroxine compounds 121 and 122, the polyalkylene oxide diamine 132 is interposed between the boroxine compounds 123 and 124, and the polyalkylene oxide diamine 133 is interposed between the boroxine compounds 121 and 125. Intervening, polyalkylene oxide diamine 134 is intervening between boroxine compounds 124 and 125. Although the detailed structure of the supramolecular complex 14 is not always clear, the nitrogen atoms of the two amino groups of the polyalkylene oxide diamine 13 are coordinated on the boron atom of the booxine ring 12A of the booxine compound 12, respectively. It is thought that there is. As a result, a supramolecular complex 14 in which a crosslink is formed between the boroxine compounds 12 by the polyalkylene oxide diamine 13 is obtained.

図4は、本実施の形態に係る超分子複合体14を用いた電解質の説明図である。なお、図4においては、超分子複合体14のボロキシン化合物のボロキシン環12Aの周辺を拡大して示している。図4に示すように、本実施の形態では、求電子性を有するボロキシン環12Aは、電解質20中に存在するアニオン21を配位させて捕捉するアニオン配位能を有する。これにより、電解質20中のアニオン21の移動が抑制されるので、アニオン21のカウンターイオンとなるカチオンとしてのリチウムイオン22の移動が容易となり、電解質20中のイオン伝導性及びリチウムイオン輸率が向上する。 FIG. 4 is an explanatory diagram of an electrolyte using the supramolecular complex 14 according to the present embodiment. In FIG. 4, the periphery of the boroxine ring 12A of the boroxine compound of the supramolecular complex 14 is shown enlarged. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the electrophilic booxine ring 12A has an anion coordinating ability to coordinate and capture the anion 21 present in the electrolyte 20. As a result, the movement of the anion 21 in the electrolyte 20 is suppressed, so that the movement of the lithium ion 22 as a cation that becomes the counter ion of the anion 21 becomes easy, and the ionic conductivity and the lithium ion transport number in the electrolyte 20 are improved. To do.

図5は、本実施の形態に係る超分子複合体14を用いた電解質の説明図である。なお、図5においては、超分子複合体14のポリアルキレンオキシドジアミン13の中央部を拡大して示している。図5に示すように、ポリアルキレンオキシドジアミン13の中央部では、ポリアルキレンオキシドジアミン13の直鎖状のアルキレンオキシドの分子構造が維持されているので、ポリアルキレンオキシドジアミン13の分子鎖間に介在するアニオン21及びリチウムイオン22が速やかな移動が可能になり、電解質20のイオン伝導性及びリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンオキシドジアミン13の分子鎖の運動性を維持してフィルム化することも可能となる。 FIG. 5 is an explanatory diagram of an electrolyte using the supramolecular complex 14 according to the present embodiment. In FIG. 5, the central portion of the polyalkylene oxide diamine 13 of the supramolecular complex 14 is shown in an enlarged manner. As shown in FIG. 5, since the molecular structure of the linear alkylene oxide of the polyalkylene oxide diamine 13 is maintained in the central portion of the polyalkylene oxide diamine 13, it is interposed between the molecular chains of the polyalkylene oxide diamine 13. The anion 21 and the lithium ion 22 can move rapidly, and the ionic conductivity and the lithium ion transport number of the electrolyte 20 are improved. Further, it is also possible to maintain the motility of the molecular chain of the polyalkylene oxide diamine 13 to form a film.

ジボロン酸としては、上記一般式(1)で表されるものが用いられる。上記一般式(1)のRにおける2価の脂肪族基及び2価の芳香族基は、置換基を有していてもよく、無置換であってもよい。ここでの置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルケニル基、アルキニル基、シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、オキシカルボニル基、カルボキシ基、ヒドロキシ基、ニトロ基及びシアノ基などが挙げられる。これらの置換基は、上述した置換基を更に有していてもよい。 As the diboronic acid, the one represented by the above general formula (1) is used. The divalent aliphatic group and the divalent aromatic group in R 1 of the general formula (1) may have a substituent or may be unsubstituted. Examples of the substituent here include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an alkenyl group, an alkynyl group, a silyl group, a halogen atom, an acyl group, an acyloxy group and an oxycarbonyl group. , Carboxy group, hydroxy group, nitro group, cyano group and the like. These substituents may further have the above-mentioned substituents.

上記一般式(1)のRにおける2価の脂肪族基としては、アルキレン基及びアルキリデン基などが挙げられる。2価の脂肪族基の炭素数としては、1以上10以下が好ましく、3以上7以下がより好ましい。2価の脂肪族基は、直鎖状のものでもよく、分岐鎖状のものでもよい。2価の脂肪族基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピリデン基、プロピレン基、トリメチレン基、イソプロピリデン基、テトラメチレン基、ブチリデン基、イソブチリデン基、sec−ブチリデン基及びイソブチレン基などが挙げられる。 Examples of the divalent aliphatic group in R 1 of the general formula (1) include an alkylene group and an alkylidene group. The number of carbon atoms of the divalent aliphatic group is preferably 1 or more and 10 or less, and more preferably 3 or more and 7 or less. The divalent aliphatic group may be a linear group or a branched chain group. Examples of the divalent aliphatic group include a methylene group, an ethylene group, a propylidene group, a propylene group, a trimethylene group, an isopropylidene group, a tetramethylene group, a butylidene group, an isobutylidene group, a sec-butylidene group and an isobutylene group. Be done.

上記一般式(1)のRにおける2価の脂環族基としては、シクロアルキレン基及びシクロアルキリデン基などが挙げられる。2価の脂環族基の炭素数としては、5以上15以下が好ましく、4以上7以下がより好ましい。2価の脂環族基としては、例えば、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基及びシクロヘキサンジイル基などが挙げられる。 Examples of the divalent alicyclic group in R 1 of the general formula (1) include a cycloalkylene group and a cycloalkylidene group. The number of carbon atoms of the divalent alicyclic group is preferably 5 or more and 15 or less, and more preferably 4 or more and 7 or less. Examples of the divalent alicyclic group include a cyclobutanediyl group, a cyclopentanediyl group and a cyclohexanediyl group.

上記一般式(1)のRにおける2価の芳香族基としては、例えば、アリーレン基が挙げられる。アリーレン基の炭素数としては、6以上60以下が好ましく、6以上30以下がより好ましい。アリーレン基には、ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基が含まれる。アリーレン基としては、例えば、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基及び1,2−フェニレン基などのフェニレン基、1,4−ナフタレンジイル基、1,5−ナフタレンジイル基、2,6−ナフタレンジイル基、2,7−ナフタレンジイルなどのナフタレンジイル基、1,4−アントラセンジイル基、1,5−アントラセンジイル基、2,6−アントラセンジイル基、9,10−アントラセンジイル基などのアントラセンジイル基、2,7−フェナントレンジイル基などのフェナントレンジイル基、1,7−ナフタセンジイル基、2,8−ナフタセンジイル基、5,12−ナフタセンジイル基などのナフタセンジイル基、2,7−フルオレンジイル基、3,6−フルオレンジイル基などのフルオレンジイル基、1,6−ピレンジイル基、1,8−ピレンジイル基、2,7−ピレンジイル基、4,9−ピレンジイル基などのピレンジイル基、3,8−ペリレンジイル基、3,9−ペリレンジイル基、3,10−ペリレンジイル基などのペリレンジイル基などが挙げられる。 Examples of the divalent aromatic group in R 1 of the general formula (1) include an arylene group. The number of carbon atoms of the arylene group is preferably 6 or more and 60 or less, and more preferably 6 or more and 30 or less. The arylene group includes a group having a benzene ring and a group having a condensed ring. Examples of the arylene group include a phenylene group such as a 1,4-phenylene group, a 1,3-phenylene group and a 1,2-phenylene group, a 1,4-naphthalenedyl group, a 1,5-naphthalenedyl group, and a 2, 6-Naphthalenediyl group, Naphthalenediyl group such as 2,7-Naphthalenediyl group, 1,4-Anthracendyl group, 1,5-Anthracendyl group, 2,6-Anthracendyl group, 9,10-Anthracendyl group, etc. Anthracendyl group, phenanthrendiyl group such as 2,7-phenanthrendiyl group, 1,7-naphthacendyl group, 2,8-naphthacendyl group, naphthacendyl group such as 5,12-naphthacendyl group, 2,7-full orangeyl group. Group, full-orange-yl group such as 3,6-full-orange-yl group, 1,6-pyreneyl group, 1,8-pyreneyl group, 2,7-pyrerangeil group, 4,9-pyrerangeil group and other pyrienyl groups, 3 , 8-Perylene diyl group, 3,9-perylene diyl group, 3,10-perylene diyl group and the like.

これらの中でも、上記一般式(1)のRとしては、イオン伝導率及びリチウムイオン輸率が向上して電気化学特性に優れた電解質が得られる観点から、炭素数6以上30以下の2価のアリーレン基が好ましく、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、フェナントレンジイル基、ナフタセンジイル基、フルオレンジイル基、ピレンジイル基及びペリレンジイル基がより好ましく、フェニレン基が更に好ましく、1,4−フェニレン基がより更に好ましい。 Among these, R 1 of the above general formula (1) is a divalent group having 6 or more and 30 or less carbon atoms from the viewpoint of improving ionic conductivity and lithium ion transport rate and obtaining an electrolyte having excellent electrochemical characteristics. The arylene group is preferable, a phenylene group, a naphthalenediyl group, an anthracendiyl group, a phenanthrenidyl group, a naphthalsendiyl group, a full orangeyl group, a pyrenyl group and a perylenediyl group are more preferable, a phenylene group is further preferable, and a 1,4-phenylene group is preferable. Is even more preferable.

上記一般式(1)で表されるジボロン酸としては、イオン伝導率及びリチウムイオン輸率が向上して電気化学特性に優れた電解質が得られる観点から、フェニレンジボロン酸、ナフタレンジボロン酸、アントラセンジボロン酸、フェナントレンジボロン酸、ナフタセンジボロン酸、フルオレンジボロン酸、ピレンジボロン酸及びペリレンジボロン酸、並びに、これらの誘導体からなる群から選択された少なくとも1種が好ましく、フェニレンジボロン酸、ナフタレンジボロン酸及びアントラセンジボロン酸、並びに、これらの誘導体からなる群から選択された少なくとも1種がより好ましく、フェニレンジボロン酸及びフェニレンジボロン酸誘導体からなる群から選択された少なくとも1種が更に好ましく、1,4−フェニレンジボロン酸及び1,4−フェニレンジボロン酸誘導体からなる群から選択された少なくとも1種が特に好ましい。 As the diboronic acid represented by the above general formula (1), phenylenediboronic acid, naphthalenediboronic acid, and the like, from the viewpoint of improving the ionic conductivity and the lithium ion transport rate and obtaining an electrolyte having excellent electrochemical characteristics. At least one selected from the group consisting of anthracendiboronic acid, phenanthrenediboronic acid, naphthacendiboronic acid, fluorangeboronic acid, pyrenediboronic acid and peryleneboronic acid, and derivatives thereof is preferable, and phenylenediboronic acid is preferable. , Naphthalenediboronic acid and anthracendiboronic acid, and at least one selected from the group consisting of these derivatives is more preferable, and at least one selected from the group consisting of phenylenediboronic acid and phenylenediboronic acid derivatives. Is more preferable, and at least one selected from the group consisting of 1,4-phenylenediboronic acid and 1,4-phenylenediboronic acid derivatives is particularly preferable.

ポリアルキレンオキシドジアミンとしては、例えば、両末端にアミノ基を有するアルキレンオキシド重合体及びアルキレンオキシド共重合体が挙げられる。アルキレンオキシド共重合体としては、エチレンオキシド共重合体、プロピレンオキシド共重合体、ブチレンオキシド共重合体などが挙げられる。アルキレンオキシド共重合体としては、ランダム共重合体、ジブロック共重合体、トリブロック共重合体及びテトラブロック共重合体などのブロック共重合体などが挙げられる。これらの中でも、アルキレンオキシド共重合体としては、分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、アルキレンオキシドのジブロック共重合体又はトリブロック共重合体が好ましく、トリブロック共重合体が好ましい。共重合体に用いられるアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド及びブチレンオキシドなどが挙げられる。 Examples of the polyalkylene oxide diamine include an alkylene oxide polymer having an amino group at both ends and an alkylene oxide copolymer. Examples of the alkylene oxide copolymer include an ethylene oxide copolymer, a propylene oxide copolymer, and a butylene oxide copolymer. Examples of the alkylene oxide copolymer include block copolymers such as random copolymers, diblock copolymers, triblock copolymers and tetrablock copolymers. Among these, as the alkylene oxide copolymer, a diblock copolymer or triblock of an alkylene oxide can be obtained from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain and obtaining an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport rate. Copolymers are preferred, and triblock copolymers are preferred. Examples of the alkylene oxide used for the copolymer include ethylene oxide, propylene oxide and butylene oxide.

これらの中でも、ポリアルキレンオキシドジアミンとしては、分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、エチレンオキシド重合体、プロピレンオキシド重合体及びエチレンオキシドプロピレンオキシド共重合体からなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。 Among these, as polyalkylene oxide diamine, ethylene oxide polymer, propylene oxide polymer and ethylene oxide propylene oxide can be obtained from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain and obtaining an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number. It is preferably at least one selected from the group consisting of copolymers.

また、ポリオキシアルキレンジアミンとしては、分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、下記一般式(2)で表されるものが好ましい。

Figure 0006895678
(上記式(2)中、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1以上10以下の炭化水素基を表す。x、及びzは、1以上100以下の整数である。yは、0以上70以下の整数である。x+zは、2以上100以下の整数である。) Further, as the polyoxyalkylene diamine, those represented by the following general formula (2) are preferable from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain and obtaining an electrolyte having excellent ionic conductivity and lithium ion transport number.
Figure 0006895678
(In the above formula (2), R 2 , R 3 , and R 4 independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms. X and z are 1 or more and 100. The following integers. Y is an integer of 0 or more and 70 or less. X + z is an integer of 2 or more and 100 or less.)

上記一般式(2)のR、R、及びRにおける炭素数1以上10以下の炭化水素基としては、置換基を有するものであってもよく、無置換のものであってもよい。ここでの置換基としては、上述した上記式(1)のRの説明で例示した置換基と同様のものを用いることができる。また、上記式(2)のR、R、及びRにおける炭素数1以上10以下の炭化水素基は、エーテル結合を有するものであってもよい。R、R、及びRにおける炭化水素基の炭素数としては、1以上5以下がより好ましく、1以上3以下が更に好ましい。 The hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms in R 2 , R 3 and R 4 of the above general formula (2) may have a substituent or may be a non-substituted hydrocarbon group. .. The substituent here may be the same as the substituents exemplified in the description of R 1 in the formula (1) described above. Further, the hydrocarbon groups having 1 or more and 10 or less carbon atoms in R 2 , R 3 and R 4 of the above formula (2) may have an ether bond. The number of carbon atoms of the hydrocarbon groups in R 2 , R 3 , and R 4 is more preferably 1 or more and 5 or less, and further preferably 1 or more and 3 or less.

上記一般式(2)のR、R、及びRにおける炭素数1以上10以下の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基及びデシル基、メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、メトキシブチル基、メトキシペンチル基、メトキシヘキシル基、メトキシヘプチル基、メトキシオクチル基、メトキシノニル基、メトキシデシル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基、エトキシプロピル基、エトキシブチル基、エトキシペンチル基、エトキシヘキシル基、エトキシヘプチル基、エトキシオクチル基、エトキシノニル基、エトキシデシル基などが挙げられる。これらの中でも、R、R、及びRとしては、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基及びペンチル基が好ましく、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基がより好ましく、水素原子、メチル基及びエチル基が更に好ましい。 Examples of the hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms in R 2 , R 3 and R 4 of the above general formula (2) include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group and sec-butyl. Group, isobutyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group and decyl group, methoxymethyl group, methoxyethyl group, methoxypropyl group, methoxybutyl group, methoxypentyl group, methoxyhexyl Group, methoxyheptyl group, methoxyoctyl group, methoxynonyl group, methoxydecyl group, ethoxymethyl group, ethoxyethyl group, ethoxypropyl group, ethoxybutyl group, ethoxypentyl group, ethoxyhexyl group, ethoxyheptyl group, ethoxyoctyl group, Examples thereof include an ethoxynonyl group and an ethoxydecyl group. Among these, R 2, R 3, and as R 4, from the viewpoint of improved flexibility of the molecular chain of polyalkylene amine ion conductivity and lithium ion transport number by excellent electrolyte can be obtained, a hydrogen atom, Methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, sec-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group and pentyl group are preferable, and hydrogen atom, methyl group, ethyl group, propyl group and isopropyl group are more preferable. , Hydrogen atom, methyl group and ethyl group are more preferable.

上記一般式(2)におけるx、及びzとしては、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、1以上70以下の整数が好ましく、2以上50以下がより好ましく、3以上10以下が更に好ましい。上記一般式(2)におけるyとしては、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、25以上60以下の整数が好ましく、30以上50以下の整数が更に好ましい。上記一般式(2)におけるx+zとしては、ポリアルキレンジアミンの分子鎖の柔軟性が向上してイオン伝導性及びリチウムイオン輸率により優れた電解質が得られる観点から、2以上10以下の整数が好ましく、2以上70以下の整数がより好ましく、3以上50以下の整数が更に好ましく、4以上10以下が更に好ましい。 The x and z in the general formula (2) are 1 or more and 70 or less from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine and obtaining an excellent electrolyte with ionic conductivity and lithium ion transport number. An integer is preferable, 2 or more and 50 or less is more preferable, and 3 or more and 10 or less is further preferable. As y in the above general formula (2), an integer of 25 or more and 60 or less is preferable from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine and obtaining an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number. , An integer of 30 or more and 50 or less is more preferable. As x + z in the above general formula (2), an integer of 2 or more and 10 or less is preferable from the viewpoint of improving the flexibility of the molecular chain of the polyalkylene diamine and obtaining an electrolyte excellent in ionic conductivity and lithium ion transport number. An integer of 2 or more and 70 or less is more preferable, an integer of 3 or more and 50 or less is further preferable, and an integer of 4 or more and 10 or less is further preferable.

ポリアルキレンオキシドジアミンの重量平均分子量としては、イオン伝導率及びリチウムイオン輸率が向上して電気化学特性に優れた電解質が得られる観点から、500g/mol以上5000g/mol以下が好ましく、1000g/mol以上4000g/mol以下がより好ましく、1500g/mol以上3000g/mol以下が更に好ましい。 The weight average molecular weight of the polyalkylene oxide diamine is preferably 500 g / mol or more and 5000 g / mol or less, preferably 1000 g / mol, from the viewpoint of improving the ionic conductivity and the lithium ion transport rate and obtaining an electrolyte having excellent electrochemical characteristics. More than 4000 g / mol is more preferable, and 1500 g / mol or more and 3000 g / mol or less is further preferable.

上記一般式(2)で表されるポリアルキレンオキシドジアミンとしては、例えば、ジェファーミン(登録商標)(型番「ED−2003」、「D−2000」、「D−4000」、Huntsman社製)などの市販品を用いてもよい。 Examples of the polyalkylene oxide diamine represented by the general formula (2) include Jeffamine (registered trademark) (model numbers "ED-2003", "D-2000", "D-4000", manufactured by Huntsman) and the like. Commercially available products may be used.

本実施の形態では、上記一般式(1)で表されるボロン酸とポリアルキレンオキシドジアミンとを反応溶媒中で混合して脱水縮合する。反応溶媒としては、ポリオキシアルキレンジアミンの存在下、ジボロン酸を脱水縮合できるものであれば特に制限はない。反応溶媒としては、1,4−ジオキサン、メシチレン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3―ジオキサンなどが挙げられる。これらの中でも、1,4−ジオキサン及びメシチレンの混合溶媒が好ましい。1,4−ジオキサンとメシチレンとの混合溶媒における混合比としては、例えば、1,4−ジオキサン:メシチレンの混合比が、25:75〜75:25が好ましく、35:65〜65:35がより好ましく、40:60〜60:40が更に好ましく、50:50が特に好ましい。 In the present embodiment, boronic acid represented by the general formula (1) and polyalkylene oxide diamine are mixed in a reaction solvent and dehydrated and condensed. The reaction solvent is not particularly limited as long as it can dehydrate and condense diboronic acid in the presence of polyoxyalkylene diamine. Examples of the reaction solvent include 1,4-dioxane, mesitylene, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxane and the like. Among these, a mixed solvent of 1,4-dioxane and mesitylene is preferable. As the mixing ratio of 1,4-dioxane and mesitylene in the mixed solvent, for example, the mixing ratio of 1,4-dioxane: mesitylene is preferably 25:75 to 75:25, more preferably 35:65 to 65:35. Preferably, 40:60 to 60:40 is more preferable, and 50:50 is particularly preferable.

脱水縮合時のジボロン酸及びポリオキシアルキレンジアミンの配合量としては、イオン伝導率及びリチウムイオン輸率が向上して電気化学特性に優れた電解質が得られる観点から、ジボロン酸:ポリオキシアルキレンジアミンの質量比で、2:1〜4:1が好ましく、2.5:1.5〜3.5:1がより好ましく、3:1が更に好ましい。 Regarding the blending amount of diboronic acid and polyoxyalkylenediamine during dehydration condensation, from the viewpoint of improving ionic conductivity and lithium ion transport number and obtaining an electrolyte having excellent electrochemical characteristics, diboronic acid: polyoxyalkylenediamine The mass ratio is preferably 2: 1 to 4: 1, more preferably 2.5: 1.5 to 3.5: 1, and even more preferably 3: 1.

脱水縮合時の反応温度としては、ジボロン酸を脱水縮合してボロキシン化合物が得られる範囲であれば特に制限はない。反応温度としては、例えば、70℃以上150℃以下が好ましく、80℃以上140℃以下がより好ましく、90℃以上130℃以下が更に好ましい。脱水縮合の反応時間としては、例えば、10分以上3時間以下である。 The reaction temperature at the time of dehydration condensation is not particularly limited as long as the boroxine compound can be obtained by dehydration condensation of diboronic acid. The reaction temperature is, for example, preferably 70 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or higher and 140 ° C. or lower, and further preferably 90 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. The reaction time for dehydration condensation is, for example, 10 minutes or more and 3 hours or less.

以上説明したように、上記実施の形態によれば、ジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物のボロキシン環が求電子性を有するので、アニオン配位能が向上してアニオンを捕捉しやすくなってイオン伝導性及びリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンジアミンがボロキシン化合物間に介在するので、ボロキシン環にアミノ基が配位してボロキシン間の加水分解に対する安定性が向上する。さらに、図2及び図3に示したように、複数のジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物(ボロキシン重合体)間に、ポリアルキレンオキシドジアミンが介在することにより、平面上に延在する複数のボロキシン化合物のボロキシン環間に架橋が形成されるので、ポリアルキレンオキシドの優れた分子運動性を維持したままフィルム化することも可能となる。したがって、電気化学特性に優れた電解質が得られる超分子複合体の製造方法を実現できる。 As described above, according to the above embodiment, since the boroxine ring of the boroxine compound formed by dehydration condensation of diboronic acid has electrophilicity, the anion coordination ability is improved and it becomes easier to capture anions. Ion conductivity and lithium ion transport number are improved. In addition, since the polyalkylenediamine intervenes between the boroxine compounds, an amino group is coordinated with the boroxine ring to improve the stability against hydrolysis between the boroxines. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of boroxine compounds (boroxine polymers) formed by dehydration condensation of a plurality of diboronic acids extend on a plane due to the presence of polyalkylene oxide diamine. Since a crosslink is formed between the boroxine rings of the boroxine compound of the above, it is possible to form a film while maintaining the excellent molecular motility of the polyalkylene oxide. Therefore, it is possible to realize a method for producing a supramolecular complex in which an electrolyte having excellent electrochemical properties can be obtained.

(超分子複合体)
本実施の形態に係る超分子複合体は、上記実施の形態に係る超分子複合体の製造方法によって得られるものである。超分子複合体は、下記一般式(3)で表される繰り返し構成単位を含むボロキシン化合物間に、ポリアルキレンオキシドジアミンが介在してなるものである。この超分子複合体では、ポリアルキレンオキシドジアミンは、2つのアミノ基がボロキシン化合物のボロキシン環に配位結合していると考えられる。

Figure 0006895678
(上記式(3)中、R、R、Rは、それぞれ独立して、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。) (Supramolecular complex)
The supramolecular complex according to the present embodiment is obtained by the method for producing a supramolecular complex according to the above embodiment. The supramolecular complex is formed by interposing a polyalkylene oxide diamine between boroxine compounds containing a repeating structural unit represented by the following general formula (3). In this supramolecular complex, the polyalkylene oxide diamine is considered to have two amino groups coordinated to the boroxine ring of the boroxine compound.
Figure 0006895678
(In the above formula (3), R 5 , R 6 and R 7 each independently represent a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group).

上記一般式(3)のR、R、Rとしては、それぞれ上述した上記一般式(1)におけるRと同様のものが用いられる。また、R、R、Rとしては、それぞれ同一であってもよく、相互に異なるものであってもよい。また、ポリアルキレンオキシドジアミンとしては、上述した超分子複合体の製造方法の説明で記載したものと同様のものを用いることができる。 As R 5 , R 6 and R 7 of the general formula (3), the same ones as R 1 in the general formula (1) described above are used. Further, R 5 , R 6 and R 7 may be the same or different from each other. Further, as the polyalkylene oxide diamine, the same one as described in the above-mentioned description of the method for producing a supramolecular complex can be used.

(電解質)
本実施の形態に係る電解質は、上記実施の形態に係る超分子複合体を含有するゲル状の固体電解質である。この電解質は、上記実施の形態に係る超分子複合体をエチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びジメチルカーボネート(DMC)などのカーボネート、並びに、ヘキサフルオロリン酸リチウムなどを混合した有機電解液に含浸させることにより得られる。有機電解液の濃度としては、例えば、電解質に対して0.5mol/L以上1.5mol/L以下が好ましい。この電解質によれば、ジボロン酸が脱水縮合してなるボロキシン化合物のボロキシン環が求電子性を有するので、アニオン配位能が向上してアニオンを捕捉しやすくなってリチウムイオン輸率が向上する。また、ポリアルキレンジアミンがボロキシン化合物間に介在するので、ボロキシン環にアミノ基が配位してボロキシン間の加水分解に対する安定性が向上する。したがって、電気化学特性に優れた電解質を実現できる。
(Electrolytes)
The electrolyte according to the present embodiment is a gel-like solid electrolyte containing the supramolecular complex according to the above embodiment. This electrolyte is an organic electrolyte in which the supramolecular complex according to the above embodiment is mixed with a carbonate such as ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC), lithium hexafluorophosphate and the like. Obtained by impregnating the liquid. The concentration of the organic electrolyte is preferably 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less with respect to the electrolyte, for example. According to this electrolyte, since the boroxine ring of the boroxine compound formed by dehydration condensation of diboronic acid has electrophilicity, the anion coordination ability is improved, the anion is easily captured, and the lithium ion transport number is improved. In addition, since the polyalkylenediamine is interposed between the boroxine compounds, an amino group is coordinated with the boroxine ring to improve the stability against hydrolysis between the boroxines. Therefore, an electrolyte having excellent electrochemical characteristics can be realized.

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいてより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, a more detailed description will be given based on an example carried out for clarifying the effect of the present invention. The present invention is not limited to the following examples and comparative examples.

(実施例1)
200mLのフラスコに物質量比で3:1となるように1,4−フェニレンジボロン酸1.5g(9.0×10−3mol)とポリアルキレンオキシドジアミン(重量平均分子量(Mw)=2000g/mol、x+z=6及びy=39、商品名:ジェファーミン(登録商標)、型番「ED−2003」、Huntsman社製)6.0g(3.0×10−3mol)とを投入した後、1,4−ジオキサン18mL及びメシチレン18mLを加えて、120℃にて1時間撹拌して脱水縮合反応を実施した結果、透明なゲル状の組成物が得られた。次に、得られた組成物を乾燥して得られた白色固体を粉砕し、アセトン500mlにより洗浄した後、濾過及び60℃にて24時間減圧乾燥をすることにより、図2に示した超分子複合体の白色粉末4.6gを得た。
(Example 1)
1.5 g (9.0 × 10 -3 mol) of 1,4-phenylenediboronic acid and polyalkylene oxide diamine (weight average molecular weight (Mw) = 2000 g) in a 200 mL flask so that the substance amount ratio is 3: 1. After adding 6.0 g (3.0 × 10 -3 mol) of / mol, x + z = 6 and y = 39, trade name: Jeffamine (registered trademark), model number “ED-2003”, manufactured by Huntsman). , 1,4-dioxane (18 mL) and mecitylene (18 mL) were added, and the mixture was stirred at 120 ° C. for 1 hour to carry out a dehydration condensation reaction. Next, the obtained composition was dried, the obtained white solid was pulverized, washed with 500 ml of acetone, filtered and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 24 hours, whereby the supramolecular shown in FIG. 2 was obtained. 4.6 g of a white powder of the complex was obtained.

図6は、実施例1で得られた超分子複合体の11B−NMRの測定結果を示す図である。なお、図6に示す11B−NMRの測定結果は、超分子複合体を溶媒(重メタノール(CDOD、酸フッ化ホウ素(BF)/ジエチルエーテル錯体)に溶解させた後、500MHzの核磁気共鳴装置(JEOL社製)によって測定したものである。図6に示すように、得られた超分子複合体では、原料の1,4−フェニレンジボロン酸に基づく29ppmのシグナルが消失し、26ppm及び14ppmの新たなシグナルが生成した。 FIG. 6 is a diagram showing the measurement results of 11 B-NMR of the supramolecular complex obtained in Example 1. The 11 B-NMR measurement results shown in FIG. 6 show that the supermolecular complex was dissolved in a solvent (deuterated methanol (CD 3 OD, boron trifluoride (BF 3 ) / diethyl ether complex) and then at 500 MHz. It was measured by a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by JEOL Ltd.). As shown in FIG. 6, in the obtained supermolecular complex, the signal of 29 ppm based on the raw material 1,4-phenylenediboronic acid disappeared. , 26 ppm and 14 ppm new signals were generated.

図7は、実施例1で得られた超分子複合体の赤外吸収スペクトルの測定結果を示す図である。なお、図7に示す赤外吸収スペクトルは、全反射測定法(ATR:Attenuated Total Reflection)によって測定した結果である。図7に示すように、超分子複合体は、波数1347cm−1の領域にB−O結合に基づく新たなシグナルが生成した。この結果から、超分子複合体は、ボロキシン環を有していることが確認された。 FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of the infrared absorption spectrum of the supramolecular complex obtained in Example 1. The infrared absorption spectrum shown in FIG. 7 is the result of measurement by a total reflection measurement method (ATR: Attenuated Total Reflection). As shown in FIG. 7, the supramolecular complex generated a new signal based on the BO bond in the region of wave number 1347 cm -1. From this result, it was confirmed that the supramolecular complex has a boroxine ring.

図8Aは、実施例1で用いた原料の1,4−フェニレンジボロン酸の走査型電子顕微鏡写真であり、図8Bは、実施例1に係る1,4−フェニレンジボロン酸の脱水縮合体の走査型電子顕微鏡写真であり、図8Cは、実施例1で得られた超分子複合体の走査型電子顕微鏡写真である。図8A〜図8Cに示すように、実施例1で得られた超分子複合体は、結晶構造を有する1,4−フェニレンジボロン酸、凝集構造を有している1,4−フェニレンジボロン酸の脱水縮合体(図1参照)とは異なり、結晶構造を有しないアモルファス構造を有していた。この結果から、実施例1で得られた超分子複合体は、3次元的な超分子構造を有することが分かる。 FIG. 8A is a scanning electron micrograph of the raw material 1,4-phenylenediboronic acid used in Example 1, and FIG. 8B is a dehydration condensate of 1,4-phenylenediboronic acid according to Example 1. FIG. 8C is a scanning electron micrograph of the supermolecular complex obtained in Example 1. As shown in FIGS. 8A to 8C, the supramolecular composites obtained in Example 1 are 1,4-phenylenediboronic acid having a crystal structure and 1,4-phenylenediboronic acid having an aggregated structure. Unlike the dehydrated condensate of acid (see FIG. 1), it had an amorphous structure without a crystal structure. From this result, it can be seen that the supramolecular complex obtained in Example 1 has a three-dimensional supramolecular structure.

次に、実施例1で得られた超分子複合体を圧縮成型してペレットとし、得られたペレットをエチレンカーボネート1mL、エチルメチルカーボネート1mL、ジメチルカーボネート1mL及びヘキサフルオロリン酸リチウム19.7mgからなる有機電解液を含浸させて電解質を作製した。作製した電解質をリニアスイープボルタンメトリー(LSV)及びサイクリックボルタンメトリー(CV)により、作製した電解質の電気化学的性能を評価した。 Next, the supramolecular complex obtained in Example 1 was compression-molded into pellets, and the obtained pellets consisted of 1 mL of ethylene carbonate, 1 mL of ethyl methyl carbonate, 1 mL of dimethyl carbonate and 19.7 mg of lithium hexafluorophosphate. An electrolyte was prepared by impregnating with an organic electrolytic solution. The prepared electrolyte was evaluated for electrochemical performance of the prepared electrolyte by linear sweep voltammetry (LSV) and cyclic voltammetry (CV).

(LSV評価)
LSV評価は、マルチポテンショスタット/ガルバノスタット(もしくは電気化学測定装置)(型番「VSP−300」、Biologic社製)を用いて実施した。白金を作用極とし、リチウム金属を参照極及び対極とし、作製した電解質を作用極と参照極及び対極との間に配置した。次に、60℃にて、10mV/秒の掃引速度で3Vより6Vまで作用極の電位を掃引して酸化還元電位を測定した。図9は、実施例1のLSV評価の結果を示す図である。図9に示すように、実施例1で得られた電解質は、電流密度0.1mA/cmを基準とした際の酸化開始電位が4.4Vであり、優れた電気化学的安定性を有していた。
(LSV evaluation)
The LSV evaluation was carried out using a multipotentiometer / galvanostat (or electrochemical measuring device) (model number "VSP-300", manufactured by Biologic). Platinum was used as the working electrode, lithium metal was used as the reference electrode and the counter electrode, and the produced electrolyte was placed between the working electrode and the reference electrode and the counter electrode. Next, the redox potential was measured by sweeping the potential of the working electrode from 3 V to 6 V at a sweep rate of 10 mV / sec at 60 ° C. FIG. 9 is a diagram showing the result of the LSV evaluation of Example 1. As shown in FIG. 9, the electrolyte obtained in Example 1 has an oxidation initiation potential of 4.4 V with respect to a current density of 0.1 mA / cm 2, and has excellent electrochemical stability. Was.

(CV評価)
CV評価は、マルチポテンショスタット/ガルバノスタット(もしくは電気化学測定装置)(型番「VSP−300」、Biologic社製)を用いて実施した。ニッケルを作用極とし、リチウム金属を参照極及び対極とし、作製した電解質を作用極と参照極及び対極との間に配置した。次に、60℃にて1mV/秒の掃引速度で1Vと−0.25Vとの間で作用極の電位を繰り返し10サイクル掃引して電解質の充放電特性を測定した。図10は、実施例1のCV評価の結果を示す図である。図10に示すように、実施例1で得られた電解質は、3サイクル目(図10の破線C3参照)、5サイクル目(図10の一点鎖線C5参照)、7サイクル目(図10の点線C7参照)及び10サイクル目(図10の点線C10参照)の何れにおいてもリチウムイオンの安定な酸化還元が確認された。
(CV evaluation)
The CV evaluation was carried out using a multipotentiometer / galvanostat (or electrochemical measuring device) (model number "VSP-300", manufactured by Biologic). Nickel was used as the working electrode, lithium metal was used as the reference electrode and the counter electrode, and the produced electrolyte was placed between the working electrode and the reference electrode and the counter electrode. Next, the charge / discharge characteristics of the electrolyte were measured by repeatedly sweeping the potential of the working electrode between 1 V and −0.25 V at a sweep rate of 1 mV / sec at 60 ° C. for 10 cycles. FIG. 10 is a diagram showing the results of the CV evaluation of Example 1. As shown in FIG. 10, the electrolyte obtained in Example 1 is the third cycle (see broken line C3 in FIG. 10), the fifth cycle (see the alternate long and short dash line C5 in FIG. 10), and the seventh cycle (dotted line in FIG. 10). Stable oxidation-reduction of lithium ions was confirmed at both the C7) and the 10th cycle (see the dotted line C10 in FIG. 10).

(実施例2)
実施例1と同様にして作製した超分子複合体に対して、有機電解液を含浸させずに、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(関東化学社製)を添加したこと以外は実施例1と同様に電解質を作製した。作製した電解質のイオン伝導率を測定して、作製した電解質の電気化学性能を評価した。
(Example 2)
Example 1 except that lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added to the supramolecular complex prepared in the same manner as in Example 1 without impregnation with the organic electrolytic solution. An electrolyte was prepared in the same manner as in the above. The ionic conductivity of the prepared electrolyte was measured to evaluate the electrochemical performance of the prepared electrolyte.

(イオン伝導率の測定)
イオン伝導率は、周波数応答装置(もしくはインピーダンスアナライザー)(型番「SI1260」、Sorlatron Analytical社製)と恒温維持装置(型番「SU−262」、エスペック社製)を用いて、周波数範囲が1MHzから100mHz、印加電圧が300mVの条件で測定した。その結果、実施例2で作製した電解質は、25℃でのイオン伝導率が、9.31×10−6Scm−1であり、有機電解液を含浸しない固体電解質としても優れた電気化学的特性を有することが分かった。
(Measurement of ionic conductivity)
Ion conductivity has a frequency range of 1 MHz to 100 MHz using a frequency response device (or impedance analyzer) (model number "SI1260", manufactured by Sollatron Analytical) and a constant temperature maintenance device (model number "SU-262", manufactured by ESPEC). , The measurement was performed under the condition that the applied voltage was 300 mV. As a result, the electrolyte produced in Example 2 has an ionic conductivity of 9.31 × 10-6 Scm -1 at 25 ° C., and has excellent electrochemical characteristics as a solid electrolyte not impregnated with an organic electrolyte. Was found to have.

(CV評価)
CV評価は、マルチポテンショスタット/ガルバノスタット(もしくは電気化学測定装置)(型番「VSP−300」、Biologic社製)を用いて実施した。ニッケルを作用極とし、リチウム金属を参照極及び対極とし、作製した電解質を作用極と参照極及び対極との間に配置した。次に、60℃にて1mV/秒の掃引速度で1Vと−0.25Vとの間で作用極の電位を繰り返し20サイクル掃引して電解質の充放電特性を測定した。図11は、実施例2のCV評価の結果を示す図である。図11に示すように、実施例2で得られた電解質は、20サイクル目(図11の実線C20参照)においてもリチウムイオンの安定な酸化還元が確認された。
(CV evaluation)
The CV evaluation was carried out using a multipotentiometer / galvanostat (or electrochemical measuring device) (model number "VSP-300", manufactured by Biologic). Nickel was used as the working electrode, lithium metal was used as the reference electrode and the counter electrode, and the produced electrolyte was placed between the working electrode and the reference electrode and the counter electrode. Next, the charge / discharge characteristics of the electrolyte were measured by repeatedly sweeping the potential of the working electrode between 1 V and −0.25 V at a sweep rate of 1 mV / sec at 60 ° C. for 20 cycles. FIG. 11 is a diagram showing the results of the CV evaluation of Example 2. As shown in FIG. 11, in the electrolyte obtained in Example 2, stable redox of lithium ions was confirmed even at the 20th cycle (see the solid line C20 in FIG. 11).

このように、上記実施例に係る超分子複合体によれば、優れた電気化学的安定性及びリチウムイオンの安定な酸化還元が可能な電解質が得られるので、電気化学特性に優れた電解質が得られることが分かった。また、上記実施例に係る超分子複合体によれば、有機電解液を含浸させたゲル状の固体電解質だけでなく、有機電解液を含浸させない固体電解質のいずれにおいても優れた電気化学特性が得られることが分かった。 As described above, according to the supramolecular composite according to the above-mentioned example, an electrolyte capable of excellent electrochemical stability and stable redox of lithium ions can be obtained, so that an electrolyte having excellent electrochemical characteristics can be obtained. It turned out to be. Further, according to the supermolecular composite according to the above-mentioned example, excellent electrochemical properties can be obtained not only in the gel-like solid electrolyte impregnated with the organic electrolytic solution but also in the solid electrolyte not impregnated with the organic electrolytic solution. It turned out to be.

11 ジボロン酸
12,121,122,123,124,125 ボロキシン化合物
12A ボロキシン環
13,131,132,133,134 ポリアルキレンオキシドジアミン
20 電解質
21 アニオン
22 リチウムイオン
11 Diboronic acid 12,121,122,123,124,125 Boroxine compound 12A Boroxine ring 13,131,132,133,134 Polyalkylene oxide diamine 20 Electrolyte 21 Anion 22 Lithium ion

Claims (8)

ポリアルキレンオキシドジアミンの存在下、下記一般式(1)で表されるジボロン酸を脱水縮合して超分子複合体を得る工程を含むことを特徴とする、超分子複合体の製造方法。
Figure 0006895678
(上記式(1)中、Rは、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。)
A method for producing a supramolecular complex, which comprises a step of dehydrating and condensing diboronic acid represented by the following general formula (1) in the presence of polyalkylene oxide diamine to obtain a supramolecular complex.
Figure 0006895678
(In the above formula (1), R 1 represents a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group.)
前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、両末端にアミノ基を有する、エチレンオキシド重合体、プロピレンオキシド重合体及びエチレンオキシドプロピレンオキシド共重合体からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項1に記載の超分子複合体の製造方法。 The super alkylene oxide diamine according to claim 1, wherein the polyalkylene oxide diamine is at least one selected from the group consisting of an ethylene oxide polymer, a propylene oxide polymer and an ethylene oxide propylene oxide copolymer having amino groups at both ends. Method for producing a molecular complex. 前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、下記一般式(2)で表される、請求項1又は請求項2に記載の超分子複合体の製造方法。
Figure 0006895678
(上記式(2)中、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1以上10以下の炭化水素基を表す。x、及びzは、1以上100以下の整数である。yは、0以上70以下の整数である。x+zは、2以上100以下の整数である。)
The method for producing a supramolecular complex according to claim 1 or 2, wherein the polyalkylene oxide diamine is represented by the following general formula (2).
Figure 0006895678
(In the above formula (2), R 2 , R 3 , and R 4 independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms. X and z are 1 or more and 100. The following integers. Y is an integer of 0 or more and 70 or less. X + z is an integer of 2 or more and 100 or less.)
前記ジボロン酸が、フェニレンジボロン酸及びフェニレンジボロン酸誘導体からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超分子複合体の製造方法。 The method for producing a supramolecular complex according to any one of claims 1 to 3, wherein the diboronic acid is at least one selected from the group consisting of phenylenediboronic acid and phenylenediboronic acid derivatives. .. 下記一般式(3)で表される繰り返し構成単位を含むボロキシン化合物間に、ポリアルキレンオキシドジアミンが介在してなることを特徴とする、超分子複合体。
Figure 0006895678
(上記式(3)中、R、R、Rは、2価の脂肪族基、2価の脂環族基、又は2価の芳香族基を表す。)
A supramolecular complex characterized in that a polyalkylene oxide diamine is interposed between boroxine compounds containing a repeating structural unit represented by the following general formula (3).
Figure 0006895678
(In the above formula (3), R 5 , R 6 , and R 7 represent a divalent aliphatic group, a divalent alicyclic group, or a divalent aromatic group.)
前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、両末端にアミノ基を有する、エチレンオキシド重合体、プロピレンオキシド重合体及びエチレンオキシドプロピレンオキシド共重合体からなる群から選択された少なくとも1種である、請求項5に記載の超分子複合体。 The super alkylene oxide diamine according to claim 5, wherein the polyalkylene oxide diamine is at least one selected from the group consisting of an ethylene oxide polymer, a propylene oxide polymer and an ethylene oxide propylene oxide copolymer having amino groups at both ends. Molecular complex. 前記ポリアルキレンオキシドジアミンが、下記一般式(4)で表される、請求項5又は請求項6に記載の超分子複合体。
Figure 0006895678
上記式(4)中 、R 、及びR 10 は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1以上10以下の炭化水素基を表す。a、及びcは、1以上100以下の整数である。bは、0以上70以下の整数である。a+cは、2以上100以下の整数である。)
The supramolecular complex according to claim 5 or 6, wherein the polyalkylene oxide diamine is represented by the following general formula (4).
Figure 0006895678
(In the above formula (4) , R 8 , R 9 , and R 10 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 or more and 10 or less carbon atoms , and a and c are 1 or more and 100. The following integers. B is an integer of 0 or more and 70 or less. A + c is an integer of 2 or more and 100 or less.)
請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の超分子複合体を含むことを特徴とする、電解質。 An electrolyte comprising the supramolecular complex according to any one of claims 5 to 7.
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