JPH01230447A - Production of semi-solid electrolyte - Google Patents

Production of semi-solid electrolyte

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JPH01230447A
JPH01230447A JP5555388A JP5555388A JPH01230447A JP H01230447 A JPH01230447 A JP H01230447A JP 5555388 A JP5555388 A JP 5555388A JP 5555388 A JP5555388 A JP 5555388A JP H01230447 A JPH01230447 A JP H01230447A
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alkoxide
silicon
semi
ionic conductivity
solid electrolyte
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JP5555388A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Minami
努 南
Masahiro Tatsumisuna
昌弘 辰己砂
Shinya Machida
信也 町田
Hiroaki Wada
宏明 和田
Yoshiki Fukuyama
良樹 福山
Fumio Odaka
文雄 小高
Ikuo Kurachi
育夫 倉地
Hiroji Watabe
渡部 洋児
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Bridgestone Corp
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Bridgestone Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B7/00Halogens; Halogen acids
    • C01B7/01Chlorine; Hydrogen chloride
    • C01B7/03Preparation from chlorides
    • C01B7/04Preparation of chlorine from hydrogen chloride

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Abstract

PURPOSE:To obtain a stable semi-solid electrolyte having high ionic conductivity and small temperature dependence, by adding a specific ion conductivity inducing material to an alkoxide of silicon and polymerizing by a hydrolyzing reaction. CONSTITUTION:(A) A water-containing metal oxide expressed by the formula (e.g., ZrO2.nH2O) having ion conductivity at least 10<-6>S.cm<-1> at 25 deg.C, (B) an inorganic or organic salt of metal in the component A dissolved in a solvent miscible with alkoxide of silicon, (C) an ion conductive inorganic compound (e.g., molybdophosphoric acid) dissolved in a solvent miscible with alkoxide of silicon, (D) an alkoxide of an element other than silicon and (E) one or more kinds of ion conductivity inducing material selected from solution of inorganic acid or organic acid, are prepared. Then the material is added to alkoxide of silicon and polymerized by a hydrolyzing reaction to afford the aimed semi- solid electrolyte.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半固体状電解質の製造方法に係り、特にゾル・
ゲル法の利用による半固体状態の達成により、高イオン
導電性半固体状物質を製造する方法に関するものである
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a semi-solid electrolyte, and in particular to a method for producing a semi-solid electrolyte.
The present invention relates to a method of producing a highly ionic conductive semi-solid material by achieving a semi-solid state using a gel method.

[従来の技術] 現在、電子デバイスの固体素子化に伴い、固体電解質に
対する関心が高まっている。即ち、液体型電解質はデバ
イス化した際の漏液による本体の損傷、劇物としての危
険性というような問題を抱えており、電解質の固体化が
望まれている。
[Background Art] Currently, with the trend toward solid-state electronic devices, interest in solid electrolytes is increasing. That is, liquid electrolytes have problems such as damage to the main body due to liquid leakage when they are made into devices, and the risk of being dangerous as a deleterious substance, so it is desired to solidify the electrolyte.

固体電解質は、イオンセンサー、燃料電池、キャパシタ
、固体電池、表示材料、調光ガラス等、幅広い分野での
応用か期待されている。なかてもKunzeにより発見
された超イオン導電ガラスは、近年さらにその動向が注
目されている(D、Kunze、   ”Fast  
Ton  Transport  in  5olid
s”。
Solid electrolytes are expected to be used in a wide range of fields, including ion sensors, fuel cells, capacitors, solid batteries, display materials, and light control glass. In particular, the superionic conductive glass discovered by Kunze has attracted even more attention in recent years (D. Kunze, “Fast
Ton transport in 5 solid
s”.

Ed、  W、  van  Gaol、  Nort
h  1lolland  Publ、  八mste
r−dam、 1973.i 405頁)。
Ed, W. van Gaol, Nort.
h 1rolland publ, 8mste
r-dam, 1973. i p. 405).

室温における固体電解質のイオン導電率では、銀イオン
の系て10””〜10−’S−c m−’のものか知ら
れており(RbAg4 Is等)、これはン夜体電解質
のレベルに達しているか、質量か大きく車位質愈あたり
取り出せるエネルギーか小さいこと、分解電圧か低いこ
と、原料コストか高いなどの問題点を有する。このよう
な問題点のないものとして、リチウムか着目されている
が、10−30−3S−’を示す窒化リチウムは、湿度
に対する安定性か著しく悪く、分解電圧も0,44■と
低いという欠点かある。イオン導電性だけからみれば、
プロトン導電体であるヘテロポリ酸の一種、モリブドリ
ン酸(H3Mo□2P04o・29H20)か、固体状
態て室温において0.23−cm  ’という非常に高
い値となることか報告されている(Chem、   L
 e t t、。
Regarding the ionic conductivity of solid electrolytes at room temperature, it is known that silver ion systems range from 10" to 10-'S-c m-' (RbAg4Is, etc.), which is at the level of night-body electrolytes. However, there are problems such as the amount of energy that can be extracted per vehicle is small, the decomposition voltage is low, and the cost of raw materials is high. Lithium is attracting attention as a material that does not have these problems, but lithium nitride, which exhibits 10-30-3S-', has extremely poor stability against humidity and a low decomposition voltage of 0.44μ. There is. From the point of view of ionic conductivity alone,
Molybdophosphoric acid (H3Mo
et t,.

17.1979)。しかしながら、今後は、高いイオン
導電性のみならず、分解電圧、耐久性、温度特性、可撓
性等の諸特性を併せ持つものの開発か要求されつつあり
、例えば、燃料電池等の開発においては、次のような条
件か理想的な固体電解質の条件として挙げられている(
ムーンライト別画研究開発成果報告書「燃料電池発電技
術」固体電解質燃料電池の研究開発°゛高性能電池材料
の研究″° (工業技術院大工試)1987年、第7頁
)。
17.1979). However, in the future, there will be a demand for the development of products that not only have high ionic conductivity but also have various characteristics such as decomposition voltage, durability, temperature characteristics, and flexibility.For example, in the development of fuel cells, etc. These conditions are listed as conditions for an ideal solid electrolyte (
Moonlight Separate Research and Development Results Report "Fuel Cell Power Generation Technology" Research and Development of Solid Electrolyte Fuel Cells "Research on High Performance Battery Materials" (National Institute of Industrial Science and Technology University Examination, 1987, p. 7).

■ イオン導電率か高い(例えばIs−cm−’程度)
■ High ionic conductivity (e.g. about Is-cm-')
.

■ 電子導電性か低い(例えは、1O−8S・cm−’
以下)。
■ Low electronic conductivity (for example, 1O-8S cm-'
below).

■ イオン導電率の温度依存性か小さい(即ち、活性化
エネルギーか小さい)。
■ Temperature dependence of ionic conductivity is small (ie, activation energy is small).

■ 分解電圧が高い(例えは3〜4V)。■ High decomposition voltage (for example, 3 to 4 V).

■ 安定性に優れ、電極、EC膜等との反応かない。■It has excellent stability and does not react with electrodes, EC membranes, etc.

■ 安定な温度領域か広い。■ Wide stable temperature range.

■ 比重か小さい。■ Specific gravity is small.

一方、現状の固体電解質は基本的に可撓性に欠け、加工
性が悪いという欠点を有している。そのためにイオン導
電体と有機物を複合化させる試みか数多くなされている
。例えは、特開昭53−49234ではイオン導電体に
アクリル系ポリマーを配合して乾燥後成形し、固体電解
質に柔軟性を与えている。特開昭57−40230では
固体電解質に高粘性物質を混入させ、可塑性を与えてい
る。さらに特開昭59−181381では含水金属酸化
物と有機物のペーストを作製している。また、アルカリ
金属塩とポリビニルブチラール樹脂とを高沸点・低融点
の溶媒と混合する方法も提案されている。
On the other hand, current solid electrolytes basically lack flexibility and have the disadvantage of poor workability. For this purpose, many attempts have been made to combine ionic conductors and organic substances. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-49234, an acrylic polymer is blended with an ionic conductor and molded after drying to give flexibility to the solid electrolyte. In JP-A-57-40230, a highly viscous substance is mixed into a solid electrolyte to give it plasticity. Further, in JP-A-59-181381, a paste of a hydrous metal oxide and an organic substance is prepared. Furthermore, a method has also been proposed in which an alkali metal salt and polyvinyl butyral resin are mixed with a high boiling point/low melting point solvent.

[発明か解決しようとする課題] しかしながら、上記従来の方法では、前述の■〜■の要
件を満足し得る、優れた加工性を有し、かつ温度特性に
優れ、実用レベルの高いイオン導電率を有するものは得
られていない。このため、これらの特性をすへて満足し
得る、優れた電解質の出現か強く望まれている。
[Problem to be solved by the invention] However, the conventional method described above has excellent workability, excellent temperature characteristics, and high ionic conductivity at a practical level, which satisfies the requirements of (1) to (3) above. No one has been found with this. Therefore, there is a strong desire for an excellent electrolyte that can fully satisfy these properties.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって
、高イオン導電性てあり、しかも温度特性、加工性、そ
の他の特性にも優れた半固体状電解質を提供することを
目的とする。
The present invention was made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semi-solid electrolyte that has high ionic conductivity and is also excellent in temperature characteristics, processability, and other characteristics. .

[課題を解決するための手段] 本発明の半固体状電解質の製造方法は、ケイ素のアルコ
キシドに下記■〜■、即ち ■ 25℃で10−6S −cm−’以上のイオン導電
性を示す、下記一般式で表わされる含水金属酸化物 Mx Oy −n H20 (但しM=Zr、Sn、V、Sb、Th。
[Means for Solving the Problems] The method for producing a semi-solid electrolyte of the present invention includes silicon alkoxide having the following ionic conductivity of 10-6S-cm-' or more at 25°C. Hydrous metal oxide Mx Oy -n H20 represented by the following general formula (where M=Zr, Sn, V, Sb, Th.

Cr、In、Ga、Ce、Nb、Ta、Y。Cr, In, Ga, Ce, Nb, Ta, Y.

Ti) ■ 上記■における金属Mの無機塩あるいは有機塩を、
ケイ素のアルコキシドと相溶性のある溶媒に溶解したも
の ■ イオン導電性無機化合物を、ケイ素のアルコキシド
と相溶性のある溶媒に溶解したもの■ ケイ素以外の元
素のアルコキシド ■ 無機酸又は有機酸溶液 から選はれる少なくとも1種のイオン導電性を生起する
物質を添加した後、該アルコキシドを加水分解反応によ
り重合することを特徴とする。
Ti) ■ The inorganic salt or organic salt of metal M in ■ above,
A solution of an ionically conductive inorganic compound in a solvent that is compatible with a silicon alkoxide.A alkoxide of an element other than silicon.A solution selected from inorganic acids or organic acids. The method is characterized in that after adding at least one substance that causes ionic conductivity, the alkoxide is polymerized by a hydrolysis reaction.

即ち、本発明者らは、各種特性に優れた電解質を見出す
べく、鋭意検討を重ねた結果、イオン導電体を化学的に
は液体状態に近い状態で保持し、かつ物理的には固体状
態に近つけること、即ち、より具体的には、イオン導電
性を発揮する物質と、必要に応し溶媒及び水をケイ素の
アルコキシ1−と混合した後、加水分解させることによ
り、弾性重合体(以後「マトリックス」と称することが
ある。)中にイオン導電体とイオン伝導基である溶媒と
を同時に包埋する方法、によって、従来の諸問題を解決
し得ることを知見した。
In other words, the inventors of the present invention have conducted intensive studies to find an electrolyte with excellent various properties, and as a result, they have found an electrolyte that chemically maintains an ionic conductor in a state close to a liquid state, but physically maintains it in a solid state. More specifically, an elastic polymer (hereinafter referred to as The present inventors have discovered that various conventional problems can be solved by a method of simultaneously embedding an ion conductor and a solvent, which is an ion conduction group, in a matrix (sometimes referred to as a "matrix").

この場合、このマトリックス部分は絶縁性ではあるか、
同様の例としてイオン導電体RbCu41 +、 y5
C113,25の粉末を絶縁性高分子(ゴム)中に混入
させても、その絶縁性高分子に対しイオン導電体がある
量以上あれは、イオン導電率に殆ど影響がないことが立
証されている(日経ニューマテリアルNo、37 (1
987)21頁)。
In this case, is this matrix part insulating?
A similar example is the ionic conductor RbCu41 +, y5
It has been proven that even if C113,25 powder is mixed into an insulating polymer (rubber), there is almost no effect on ionic conductivity if the amount of ionic conductor exceeds a certain amount relative to the insulating polymer. (Nikkei New Material No. 37 (1)
987) p. 21).

なお、アルコキシドのゲル化において、−数的には分子
量の増加に伴い粘性が増大する。この場合、開放もしく
は、閉鎖下の硬化過程においては、容器の形に従い流動
するものから、容器を逆にしても重力方向に落下しない
状態でかつ相当の変形性、弾力性を有するものを経て、
完全に固体化する。本発明は、この硬化過程における流
動状態のものから、完全に固体化するまでの途中の状態
を利用するものである。
In addition, in the gelation of an alkoxide, the viscosity increases numerically as the molecular weight increases. In this case, during the curing process under open or closed conditions, from one that flows according to the shape of the container, to one that does not fall in the direction of gravity even if the container is reversed, and has considerable deformability and elasticity,
Completely solidifies. The present invention utilizes the intermediate state from a fluid state to a completely solidified state during this curing process.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明においては、まず、ケイ素のアルコキシドに、前
記■〜■から選ばれる少なくとも1種のイオン導電性を
生起する物質(以下「イオン導電体源」と称することが
ある。)を添加する。
In the present invention, first, at least one substance that causes ionic conductivity selected from the above (1) to (4) (hereinafter sometimes referred to as "ion conductor source") is added to silicon alkoxide.

アルコキシドは、−数式 %式%) (但し、Aはアルコキシドを形成する元素、Rはアルキ
ル基等の置換基で、側鎖、二重結合を含むもの、ないし
多官能性であっても良い。)で表される化合物であって
、Aがケイ素の場合、通常Rとしては、メチル、エチル
、プロピル、ブチル等のアルキル基が一般的に知られて
いる。このようなケイ素のアルコキシドは、加水分解に
よってアルコールを生成しながらシロキサン結合を形成
していくので、生成するアルコールの沸点、凝固点が、
得られる半固体状電解質の性質を左右することになる。
The alkoxide is -formula%formula%) (However, A is an alkoxide-forming element, and R is a substituent such as an alkyl group, which may contain a side chain or a double bond or be polyfunctional. ), in which A is silicon, R is generally known to be an alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, butyl. These silicon alkoxides form siloxane bonds while producing alcohol through hydrolysis, so the boiling point and freezing point of the alcohol produced are
This will influence the properties of the semi-solid electrolyte obtained.

本発明においては、粘性、疎水性、溶解性、沸点等を考
慮した場合、Rのアルキル基としてはプロピル、ブチル
等の高分子量、高沸点アルコールを生成するものが望ま
しい。また、シリケート成分の分子量の点では千ツマ−
、オリゴマーを直接使用しても差支えないが、重合時間
を早めたい場合、加水分解により生成する液体の量を減
らしたい場合、加水分解速度の異なる他のアルコキシド
と混合する場合などには、予めいくらか重合させたもの
を用いることもてきる。この場合、重合度を増加させる
方法としては、加熱によるか、水あるいは酸又はアルカ
リを触媒として加える方法が一般的である。なお、2種
以上のアルコキシドを混合する際には、共通溶媒を用い
ることもできる。
In the present invention, when considering viscosity, hydrophobicity, solubility, boiling point, etc., the alkyl group for R is preferably one that produces a high molecular weight, high boiling point alcohol such as propyl or butyl. In addition, in terms of the molecular weight of the silicate component,
, there is no problem in using the oligomer directly, but if you want to speed up the polymerization time, reduce the amount of liquid produced by hydrolysis, or mix it with other alkoxides with different hydrolysis rates, you may need to add some amount in advance. Polymerized products can also be used. In this case, the degree of polymerization is generally increased by heating or by adding water, acid, or alkali as a catalyst. In addition, when mixing two or more types of alkoxides, a common solvent can also be used.

次に、このようなケイ素のアルコキシドに添加するイオ
ン導電体源について以下に説明する。
Next, an ion conductor source added to such a silicon alkoxide will be described below.

■ 25℃で10−6S・cm−cm−’以上のイオン
導電性を示す、下記−数式で表わされる含水金属酸化物 MXO,−nH20 (但しM=Zr、Sn、V、Sb、Th。
(2) Hydrous metal oxide MXO,-nH20, which exhibits ionic conductivity of 10-6 S.cm-cm-' or higher at 25°C and is represented by the following formula (where M=Zr, Sn, V, Sb, Th.

Cr、In、Ga、Ce、Nb、Ta、Y。Cr, In, Ga, Ce, Nb, Ta, Y.

Ti) このようなイオン導電性を有する含水金属酸化物として
は、ZrO2・nH2O,5n02 ・nH2o、V2
05・nH2O,5b205 ・nH2o、Th02・
nH2o、I n(OH)3 ・nH2O,Cr (O
H)s  ・nH2O,Ga20s ・nH2o、Ce
O2・nH2O,Nb2O5・nH2O,Ta205・
nH2o、Y203・nH2o、TiO2・nH20な
どか研究されている(但し最高値はTa20a ・3.
92H20の0298=3×10−’S−cm−’であ
る(Solid  5tate1onics、 24 
(1987) 147) )。
Ti) Hydrous metal oxides having such ionic conductivity include ZrO2・nH2O, 5n02・nH2o, V2
05・nH2O, 5b205 ・nH2o, Th02・
nH2o, I n(OH)3 ・nH2O, Cr (O
H)s ・nH2O, Ga20s ・nH2o, Ce
O2・nH2O, Nb2O5・nH2O, Ta205・
Studies have been conducted on nH2o, Y203・nH2o, TiO2・nH20, etc. (However, the highest value is Ta20a・3.
0298 of 92H20=3×10-'S-cm-' (Solid 5tate1onics, 24
(1987) 147) ).

このようなイオン導電性を有する含水金属酸化物を、直
接ケイ素のアルコキシド中に混合して加水分解すれは、
マトリックス中にイオン導電体を均−分散てき、かつイ
オン導電(この場合はプロトン)に必要な水、溶媒かイ
オン導電体と共存することになる。
If such a hydrous metal oxide with ionic conductivity is directly mixed into silicon alkoxide and hydrolyzed,
The ionic conductor is uniformly dispersed in the matrix, and the water, solvent, or ionic conductor necessary for ionic conduction (in this case, protons) coexists.

■ 上記■におりる金属Mの無機塩あるいは有機塩を、
ケイ素のアルコキシドと相溶性のある溶媒に溶解したも
の 上記■の含水金属酸化物を固体として添加するのではな
く、液体として加えた後、加水分解させる方法によれは
、より高度な均一分散を達成できる。即ち、出発原料と
して、その金属の無機塩、有機塩を可溶溶媒に溶解して
おき、ケイ素のアルコキシド中に混合ずれは、その後の
加水分解によるマトリックス生成の過程で、含水金属酸
化物の合成もほぼ同時になされ、より良好な結果が得ら
れることになる。
■ Inorganic salts or organic salts of metal M listed in ■ above,
Dissolved in a solvent that is compatible with silicon alkoxide A more uniform dispersion can be achieved by adding the hydrated metal oxide mentioned above in a liquid form and then hydrolyzing it, rather than adding it as a solid. can. That is, as a starting material, an inorganic salt or an organic salt of the metal is dissolved in a soluble solvent, and any mismixing in the silicon alkoxide is caused by the synthesis of a hydrous metal oxide during the process of matrix formation by subsequent hydrolysis. This can be done almost at the same time, resulting in better results.

■ イオン導電性無機化合物を、ケイ素のアルコキシド
と相溶性のある溶媒に溶解したもの非常に高いプロトン
導電性が報告されているイオン導電性無機化合物として
は、ヘテロポリ酸がある。代表的なものとして、室温で
のプロトン導電率がσ−0.2S−cm−’と最も高い
モリブドリン酸や、タングストリン酸等が挙げられる。
(2) An ion-conductive inorganic compound dissolved in a solvent that is compatible with silicon alkoxide.Heteropolyacids are ion-conductive inorganic compounds that have been reported to have very high proton conductivity. Typical examples include molybdophosphoric acid, which has the highest proton conductivity at room temperature of σ-0.2S-cm-', and tungstophosphoric acid.

これらのイオン導電性無機化合物は、ケイ素のアルコキ
シドと相溶性のある溶媒、例えば、アルコールやポリオ
ール等に良く熔けるので、まずこれらの溶媒に溶解した
後に、ケイ素のアルコキシド中に添加することにより、
均一分散が得られる。
These ionically conductive inorganic compounds dissolve well in solvents that are compatible with silicon alkoxides, such as alcohols and polyols, so by first dissolving them in these solvents and then adding them to silicon alkoxides,
Uniform dispersion is obtained.

ところで、上記イオン導電性無機化合物のうち、高いイ
オン導電率を示すモリブドリン酸は黄色であり、アルコ
ールを添加すると徐々に緑色へと変化する。このため、
透明なプロトン導電体を合成する必要がある場合には、
タングストリン酸のような無色のものを選択すれば良く
、その際には配合比も適宜変えることが望ましい。また
、このヘテロポリ酸のプロトン部分を他のアルカリ金属
イオン、例えはリチウム、ナl−リウム、カリウム等に
置換したものも知られており、特に、モリブドリン酸リ
チウムなとは高イオン導電性で、かつ安定性も良好であ
る。また、陽イオンを適当に選択することにより4電イ
オン種を変えることも可能である。
By the way, among the above-mentioned ion-conductive inorganic compounds, molybdophosphoric acid, which exhibits high ionic conductivity, is yellow in color, and gradually changes to green when alcohol is added. For this reason,
If you need to synthesize a transparent proton conductor,
A colorless one such as tungstophosphoric acid may be selected, and in this case, it is desirable to change the blending ratio as appropriate. It is also known that the proton moiety of this heteropolyacid is replaced with other alkali metal ions, such as lithium, sodium, potassium, etc. In particular, lithium molybdophosphate has high ionic conductivity, Moreover, the stability is also good. Furthermore, it is also possible to change the type of tetraelectric ion by appropriately selecting the cation.

■ ケイ素以外の元素のアルコキシド ケイ素のアルコキシドに、ケイ素以外の元素の別のアル
コキシドを添加することにより、半固体状電解質を合成
することかできる。この場合、アルコキシドとして、リ
ン酸トリエチル(o=p (oEt)3 )のように、
加水分解反応をする段階で酸を生成するものを選択すれ
はフロトン導電体が得られる。なお、このように2種以
上のアルコキシドを混合する際、用いるアルコキシドの
加水分解速度が大きく異なる場合には、遅い方のアルコ
キシドに予め水、触媒(酸など)を加えて還流すること
により、ある程度加水分解をさせた後混合することによ
り、均一性を高めることがてきる。また、結合している
基が異なるために相溶性がない場合、元素の性質か異な
るために相溶性がないなどの場合には、2種以上の溶媒
を適宜用いても差支えない。アルコキシドか固体であり
、溶剤を必要とする際にも同様である。
(2) Alkoxide of an element other than silicon A semi-solid electrolyte can be synthesized by adding another alkoxide of an element other than silicon to an alkoxide of silicon. In this case, the alkoxide is triethyl phosphate (o=p (oEt)3),
If a material that generates acid during the hydrolysis reaction is selected, a floton conductor can be obtained. In addition, when mixing two or more types of alkoxides in this way, if the hydrolysis rates of the alkoxides used are significantly different, water and a catalyst (acid, etc.) may be added to the slower alkoxide in advance and refluxed to some extent. By mixing after hydrolysis, uniformity can be improved. Furthermore, in cases where there is no compatibility due to different bonded groups, or where there is no compatibility due to different elemental properties, two or more types of solvents may be used as appropriate. The same is true when an alkoxide is a solid and requires a solvent.

■ 無機酸又は有機酸溶液 マトリックス中に無機酸や有機酸を保持させてイオン導
電体となす場合には、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、過塩
素酸等の無機酸やプロピオン酸、トルエンスルフォン酸
等の有機酸を使用することができる。これらは、ケイ素
のアルコキシドに対し添加濃度を変化させることにより
、所定のイオン導電率に調整することが可能である。
■ Inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, perchloric acid, propionic acid, toluene sulfone, Organic acids such as acids can be used. These can be adjusted to a predetermined ionic conductivity by changing the concentration added to the silicon alkoxide.

ところで、本発明において、上記■〜■のイオン導電体
源を溶解したり混合したりするために使用される溶媒は
、ケイ素のアルコキシドの分解により生しるアルコール
と同一成分であることが望ましく、加えて、高沸点、低
融点、無色で、適当な粘度と耐候性かあり、無害である
ことかつ必要により適度の極性を有するなどの特性を具
備していることか望ましい。−数的には、メタノール、
エタノール、プロパツール、ブタノール、メチルセルソ
ルブ等のアルコール類、エチレグリコール、プロパンジ
オール、ブタンジオール、グリセリン等の多官能性アル
コール(ポリオール)やポリエーテル、N、N−ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスル
フオキシド、アセトニトリル等のアミド系、ニトリル系
溶媒、メチルエチルケトン、フルフラール、プロピレン
カーボネート、プレビオラクトンやジオキサン、THF
あるいは種々の重合性モノマー例えばメタクリル酸、ア
クリル酸等の有機溶媒から選択することか望ましいか、
これらに限定されるものではない。
By the way, in the present invention, it is desirable that the solvent used to dissolve or mix the ion conductor sources described in (1) to (4) above has the same component as the alcohol produced by the decomposition of silicon alkoxide. In addition, it is desirable that it has a high boiling point, a low melting point, is colorless, has an appropriate viscosity and weather resistance, is harmless, and has appropriate polarity if necessary. -Numerically, methanol,
Alcohols such as ethanol, propatool, butanol, methylcellosolve, polyfunctional alcohols (polyols) such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, glycerin, polyethers, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfate, etc. Amide and nitrile solvents such as fluoride and acetonitrile, methyl ethyl ketone, furfural, propylene carbonate, previolactone and dioxane, THF
Or is it desirable to select from organic solvents such as various polymerizable monomers such as methacrylic acid and acrylic acid?
It is not limited to these.

本発明においては、ケイ素のアルコキシFと上記■〜■
のイオン導電体源との混合系には、更に、必要に応じて
上記溶媒、水、重合剤、液体電解質を添加混合すること
かできるか、これらの混合比は本発明の目的を達成し得
る範囲で任意に決定てきる。ある組成範囲でイオン導電
率か低下しない領域かあるが、それ以外のパラメーター
(チエツク項目)すなわち、透明性、非分離性、安定性
等も混合比を決定するうえで重要な要素となっているた
め、目的に応じて適宜決定する。なお、ハンドリング(
作業性)のためには液体に近い状態で保存、デバイス中
への流し込みが行えることか好ましいことから、原混合
液の粘性は低い方が望ましい。しかしなから、大量の溶
媒を用いると、その後のゲル化を著しく妨げ、時にはゲ
ル化しない場合も生じ、また封止した後の溶媒浸出も起
こりやすい。一方少量の場合には、後にケイ素のアルコ
キシドを添加した時に溶解度の問題で析出かみられ、不
均一分散の原因となる。このようなことから、溶媒の使
用量等についても、混合系の種類に応じて適宜決定する
のか好ましい。
In the present invention, silicon alkoxy F and the above
The above-mentioned solvent, water, polymerization agent, and liquid electrolyte can be further added and mixed as necessary to the mixed system with the ionic conductor source, and the mixing ratio thereof can achieve the purpose of the present invention. It can be determined arbitrarily within the range. There is a certain composition range in which the ionic conductivity does not decrease, but other parameters (check items), such as transparency, non-separability, and stability, are also important factors in determining the mixing ratio. Therefore, the decision shall be made as appropriate depending on the purpose. In addition, handling (
In terms of workability, it is desirable to be able to store the mixture in a near-liquid state and pour it into a device, so it is desirable that the viscosity of the raw mixture is low. However, if a large amount of solvent is used, subsequent gelation is significantly hindered, sometimes gelation does not occur, and solvent leaching after sealing is likely to occur. On the other hand, if it is in a small amount, when silicon alkoxide is added later, precipitation may occur due to solubility problems, causing non-uniform dispersion. For this reason, it is preferable to appropriately determine the amount of solvent to be used depending on the type of the mixed system.

このようにして得られるケイ素のアルコキシドとイオン
導電体源を含む混合系中のケイ素のアルコキシドの加水
分解は、水の添加によるもの、合成作業中に入り込む水
分によるもの、添加する溶媒や他の化合物中の結晶水や
含有水によるものなどが考えられるが、特にこれらに限
定はされない。また、通常、加水分解を促進するために
は、酸やアルカリを加えたり、加温したりするか、本発
明の目的を達成することが可能であれは、これら酸、ア
ルカリの添加や加温の有無、その程度等は特に制限を受
けず、適宜設定することがてきる。
Hydrolysis of the silicon alkoxide in the mixed system containing the silicon alkoxide and the ionic conductor source thus obtained can be caused by the addition of water, by moisture introduced during the synthesis process, by the addition of solvents or other compounds, etc. Possible causes include crystal water and water contained therein, but are not particularly limited to these. In addition, in order to promote hydrolysis, acids or alkalis are usually added or heated, or if it is possible to achieve the purpose of the present invention, such acids or alkalis are added or heated. The presence or absence of this, its degree, etc. are not particularly limited and can be set as appropriate.

本発明において、このようにして加水分解反応により重
合して生成する半固体状物は、イオン導電体、酸化ケイ
素、溶媒、水といった単純な組成表示では表せない、複
雑な相互作用(配位結合、イオン結合、水素結合、分極
による相互作用等)を持った化合物、混合物、反応中間
体なとの集合体であり、水にしても位置によりその存在
形態、役割が異なっている。これらの非平衡状態にある
物質群を安定に保存するためには、密閉された空間中に
封止保存することが重要である。前述の如く、原混合溶
液の粘度は放置、もしくは密閉容器中て保存中に上昇し
、容器を傾斜させても自己流動しなくなる。従って、必
要なイオン導電率を示しかつ安定な半固体状電解質を作
製するためには、半固体状態へ至るいずれかの時点にお
いて封止密閉をすることが肝要である。
In the present invention, the semi-solid material produced by polymerization through the hydrolysis reaction has complex interactions (coordination bonds) such as ionic conductors, silicon oxide, solvents, and water that cannot be expressed simply by composition. It is an aggregate of compounds, mixtures, and reaction intermediates that have interactions such as , ionic bonds, hydrogen bonds, and interactions due to polarization, and even water has different forms of existence and roles depending on its location. In order to stably preserve these groups of substances in a non-equilibrium state, it is important to store them in a sealed space. As mentioned above, the viscosity of the original mixed solution increases during standing or storage in a closed container, and even if the container is tilted, it will no longer self-flow. Therefore, in order to produce a stable semi-solid electrolyte that exhibits the necessary ionic conductivity, it is important to seal and seal the electrolyte at some point in the process of reaching the semi-solid state.

本発明て製造される半固体状電解質の導電イオン種とし
ては、−数的に水素(プロトン)、リチウムやナトリウ
ム等のアルカリ金属のような陽イオン、フッ素や酸素の
ような陰イオンが考えられる。分散させるイオン導電体
としては酸化物、窒化物、ハロゲン化物等も挙げられる
か、マトリックスとなるアルコキシド中に高度な分散を
させるためには、イオン導電体源はアルコキシドに可溶
なもの、アルコキシドと相溶性のある溶媒に可溶な金属
塩、錯体の形態で添加するのがより望ましい。
The conductive ionic species of the semi-solid electrolyte produced by the present invention may be numerically hydrogen (protons), cations such as alkali metals such as lithium and sodium, and anions such as fluorine and oxygen. . Examples of the ionic conductor to be dispersed include oxides, nitrides, halides, etc. In order to achieve a high degree of dispersion in the alkoxide matrix, the ionic conductor source may be one that is soluble in alkoxide or alkoxide. It is more desirable to add it in the form of a metal salt or complex that is soluble in a compatible solvent.

なお、プロトン導電体については、他の系と異なる点が
ある。例えは、モリブドリン酸においては結晶水の量と
プロトン導電率に正の相関がみられることから、水の水
素による水素結合が重要な役割を果たしているらしいと
されている。また、酸化イツトリウムの場合、少量の水
蒸気を取り込んで結晶格子間にプロトンか生成し、この
プロトンによる導電か生じるという報告がある(JAm
、Ceram、Soc、、69.780゜1986)。
Note that the proton conductor differs from other systems in some respects. For example, in molybdophosphoric acid, there is a positive correlation between the amount of crystallization water and proton conductivity, so it is said that hydrogen bonding between water hydrogens seems to play an important role. In addition, in the case of yttrium oxide, there is a report that a small amount of water vapor is taken in to generate protons between the crystal lattices, and electrical conductivity occurs due to these protons (JAm
, Ceram, Soc, 69.780°1986).

これらの多くの報告によれば、固体電解質中には水が含
有されてなくてはならない。
According to many of these reports, water must be contained in the solid electrolyte.

この点については、プロトン導電体が出発原料自体に水
を含む系のもの(ヘテロポリ酸等)、含まない系のもの
(リンアルコキシドやアンチモンの塩等)いずれについ
ても、その後にテトラエチルシリケート等のケイ素のア
ルコキシドを加水分解するために添加もしくは大気より
不可避に混入してくる水分量で十分に補える。
Regarding this point, whether the proton conductor contains water in the starting material itself (such as heteropolyacid) or does not contain water (such as phosphorus alkoxide or antimony salt), silicon such as tetraethyl silicate is then used. The amount of water that is added to hydrolyze the alkoxide or that inevitably comes in from the atmosphere can be sufficient to compensate.

一方、プロトン以外のイオン導電体、例えばLi’、N
a”″等のアルカリ金属についても、実際上水か重要な
働Nをしているのだとする報告もあるが、イオン導電性
を発揮させるために特に水を添加する必要はない。例え
はリチウムイオン導電体では、非水状況下リチウム塩と
してLiBr、LiF、LiCu、Li I、LiAs
F6 (Li F−AsF5)、LiAuCf14、L
iBF4.LiCIO4を用いることがてきるか、この
ような移動イオン種を含む塩を可溶溶媒(例えはプロピ
レンカーホネートなど)中に溶解し、マトリックス中に
分散保持させることも可能である。
On the other hand, ionic conductors other than protons, such as Li', N
There are reports that water actually plays an important role in alkali metals such as a'', but it is not necessary to add water in order to exhibit ionic conductivity. For example, in lithium ion conductors, LiBr, LiF, LiCu, LiI, LiAs are used as lithium salts under non-aqueous conditions.
F6 (Li F-AsF5), LiAuCf14, L
iBF4. LiCIO4 can be used, or a salt containing such a mobile ionic species can be dissolved in a soluble solvent (such as propylene carbonate) and kept dispersed in the matrix.

[作用] 本発明においては、イオン導電性物質を半固体状態のも
のとして提供する。本発明の半固体状電解質は、そのイ
オン導電体の種類にもよるが、イオン導電性を有する部
分と、それを支えかつ溶媒を保持するマトリックス部分
とに分れる。
[Function] In the present invention, the ionically conductive substance is provided in a semi-solid state. The semi-solid electrolyte of the present invention is divided into a portion having ionic conductivity and a matrix portion supporting the ionic conductivity and holding the solvent, depending on the type of the ionic conductor.

マトリックス部分は、ケイ素のアルコキシドか加水分解
により重合した結果生した柔軟なゲル状物であり、それ
自体にはイオン導電性はない。通常、アモルファス状態
てイオン導電体部分を保持する役目及び溶媒(予め含ま
れていた結晶水から後に添加された水や有機溶媒までを
包含する)を保持する役目を有し、イオン導電体同士や
溶媒との接触を実現する場でもある。しかるに、イオン
導電性物質と分子レベルでの混合ないし結合が達成され
る場合には、マトリックス部分がイオン伝導現象に対し
、より積極的な意味での役割を果たすことも考えられる
The matrix portion is a flexible gel-like material produced as a result of polymerization through hydrolysis of silicon alkoxide, and does not itself have ionic conductivity. Normally, it has the role of holding the ionic conductor part in an amorphous state and the role of holding the solvent (including the crystal water contained in advance to the water and organic solvent added later), and the ionic conductor part It is also the place where contact with the solvent is achieved. However, if mixing or bonding with the ion conductive substance at the molecular level is achieved, the matrix portion may play a more active role in the ion conduction phenomenon.

プロトン導電体については、混合したあるいは溶解した
イオン導電体のみならすこのアルコキシドの重合過程に
おいて生成するシラノール基(SiOH)、シロキサン
結合の酸素、未反応のアルコキシ基、モして水(結晶水
、添加した水や不可避に入り込む水など)のOH基、溶
解した水素イオン、また添加した有機溶媒中の分極部分
や官能基等の多種多様の結合(多くは水素結合)の相互
作用がマトリックス部分でなされていると言える。
Regarding proton conductors, mixed or dissolved ionic conductors, silanol groups (SiOH) generated during the polymerization process of this alkoxide, oxygen of siloxane bonds, unreacted alkoxy groups, water (crystal water, added In the matrix, a wide variety of bonds (mostly hydrogen bonds) interact with each other, such as the OH groups of dissolved water or water that inevitably enters, dissolved hydrogen ions, and polarized moieties and functional groups in the added organic solvent. I can say that it is.

本発明により合成される半固体状電解質は、透明物質と
することも可能てあり、液体に近い高イオン導電性、可
撓性、低温特性等種々の特徴から、多くの電子デバイス
、例えば調光ガラス、表示素子、電池など、幅広い分野
において電解質として用いることができると考えられる
The semi-solid electrolyte synthesized according to the present invention can be made into a transparent material, and has various characteristics such as high ionic conductivity close to that of a liquid, flexibility, and low-temperature properties, so it is used in many electronic devices, such as light control. It is thought that it can be used as an electrolyte in a wide range of fields such as glass, display elements, and batteries.

[実施例] 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、本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。
[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples unless it exceeds the gist thereof.

実施例1 モリブドリン酸−エタノールー各種シリケート系モリ−
ブト リン酸 (H3M O12P 040・29H2
0)9.46gを4gのエタノールに溶解し、10分間
攪拌を行った。次に、テトラエチルシリケート(St 
 (OEt)4)3.75gを加えて更に60分間攪拌
した。この時のモル比は、ヘテロポリ酸・エチルシリケ
ート=10moj2%・90mofL%とした。この溶
液に純水を1.0g加え、ガラス容器中に保存したとこ
ろ、2日後に徐々に非流動的となり、緑色透明の半固体
状物となった。
Example 1 Molybdophosphoric acid-ethanol-various silicate-based molybdenum
Butyric acid (H3M O12P 040・29H2
0) 9.46g was dissolved in 4g of ethanol and stirred for 10 minutes. Next, tetraethyl silicate (St
3.75 g of (OEt)4) was added and further stirred for 60 minutes. The molar ratio at this time was heteropolyacid/ethylsilicate=10 moj2%/90 mofL%. When 1.0 g of pure water was added to this solution and stored in a glass container, the solution gradually became non-liquid after 2 days and became a transparent green semi-solid.

この半固体状物に、予め平行に向い合せた二枚の白金電
極を浸漬し、24℃にて交流インピーダンス測定(測定
範囲・fmaX=20kHz。
Two platinum electrodes placed parallel to each other were immersed in this semi-solid material, and AC impedance was measured at 24°C (measurement range: fmaX = 20kHz.

fmln =0. 05HZ)を行ない、第1図に示す
コール・コールプロットを得た。
fmln=0. 05HZ) to obtain the Cole-Cole plot shown in FIG.

この値を基に計算したところ、室温で 4x 10−2S −cm−’という非常に高いイオン
導電率をもつ半固体状電解質が得られたことが判明した
Calculations based on this value revealed that a semi-solid electrolyte having an extremely high ionic conductivity of 4×10 −2 S −cm −′ at room temperature was obtained.

更にこの半固体状物を冷却し、低温特性を検討した結果
を第2図N011に示す。これにより求められた活性化
工ネルキーEは、約24Kcafl−moρ利となり、
温度依存性が比較的小さいことが確認された。
Furthermore, this semi-solid material was cooled and the low-temperature characteristics were examined. The results are shown in FIG. 2 N011. The activation coefficient E obtained from this is approximately 24Kcafl-moρ,
It was confirmed that the temperature dependence was relatively small.

また上記操作で、エタノール−テトラエチルシリケート
の組み合せの代りに、プロピルアルコール−テトラプロ
ビルシリケートの系、ブチルアルコール−テトラブチル
シリケートの系について同様の手順で合成を行ったとこ
ろ、同様に半固体状物が生成し、同等の高いイオン導電
性を示した。
In addition, in the above procedure, instead of the ethanol-tetraethylsilicate combination, propyl alcohol-tetraprobyl silicate system and butyl alcohol-tetrabutyl silicate system were synthesized in the same manner, resulting in a semi-solid product. was produced and showed comparable high ionic conductivity.

実施例2 含水酸化アンチモン−水−テトラエチルシリケート壬 五塩化アンチモン(sbcΩa)5.0g及び三塩化ア
ンチモン(SbCIl、s )3.1gをそれぞれ希塩
酸6.0g中に溶解し、純水を加えてそれぞれの価数を
持った水和酸化物を合成した。それらの一部は生成する
プロトンによって再溶解して透明な溶液となった。これ
を混合して更にテトラエチルシリケート20gを添加し
て攪拌後、放置した。その結果、加水分解により半固体
状化して半透明状のイオン導電体が得られた。このもの
は、その後、徐々に白色化が起こり、異なる価数の金属
の酸化物が水と共に半固体状物中に均一に分散された。
Example 2 Hydrous antimony oxide-water-tetraethylsilicate 5.0 g of antimony pentachloride (sbcΩa) and 3.1 g of antimony trichloride (SbCIl,s) were each dissolved in 6.0 g of dilute hydrochloric acid, and pure water was added to each. A hydrated oxide with a valence of was synthesized. Some of them were redissolved by the generated protons and became a clear solution. These were mixed, 20 g of tetraethyl silicate was further added, and the mixture was stirred and left to stand. As a result, a semi-solid state was obtained by hydrolysis, and a semi-transparent ionic conductor was obtained. This material then gradually turned white, and oxides of metals of different valences were uniformly dispersed in the semi-solid material together with water.

得られた半固体状物について、イオン導電率の測定を実
施例1と同様に行なった結果、室温でのイオン導電率は
4.5X10−’S・cm−’であった。
The ionic conductivity of the obtained semi-solid material was measured in the same manner as in Example 1, and the ionic conductivity at room temperature was 4.5 x 10-'S.cm-'.

実施例3 リン酸トリエチル−エタノール−テトラエチルシリケー
ト系 テトラエチルシリケート10gにエタノール10g及び
6wt%希硝酸2.0gを加え、更に水3.Ogを添加
した後、70℃の恒温槽中にて3時間還流させ、予め加
水分解をさせた。更にリン酸トリエチル(Q=p (O
Et)3)を加え(ケイ素;リン;11(モル比))、
70’C14時間の還流を行った。この溶液は非常にゆ
っくりと白色化し、半固体状態になった。得られた半固
体状物について実施例1と同様にしてイオン導電率を測
定したところ、室温でのイオン導電率は3.2x 10
−’S −am−’であった。
Example 3 Triethyl phosphate-ethanol-tetraethylsilicate system 10 g of ethanol and 2.0 g of 6 wt % dilute nitric acid were added to 10 g of tetraethyl silicate, and 3.0 g of 6 wt % diluted nitric acid was added. After adding Og, the mixture was refluxed for 3 hours in a constant temperature bath at 70°C to perform hydrolysis in advance. Furthermore, triethyl phosphate (Q=p (O
Add Et)3) (silicon; phosphorus; 11 (molar ratio)),
Reflux was performed at 70'C for 14 hours. The solution turned white very slowly and became semi-solid. When the ionic conductivity of the obtained semi-solid material was measured in the same manner as in Example 1, the ionic conductivity at room temperature was 3.2 x 10
-'S -am-'.

実施例4 タングストリン酸(H3W、2P04o・29H20)
を102g取り、エチレングリコール(C2H4(OH
)2 )12.0gに溶解した。
Example 4 Tungstophosphoric acid (H3W, 2P04o/29H20)
Take 102g of ethylene glycol (C2H4(OH)
)2) Dissolved in 12.0g.

ざらにテトラエチルシリケート3.54gを添加し、放
置したところ、透明半固体状物を形成した。得られた半
固体状物について、実施例1と同様にしてイオン導電率
を測定したところ、室温で4.7x10−0−3S−C
’であった。
3.54 g of tetraethyl silicate was added to the colander and upon standing, a transparent semi-solid material was formed. The ionic conductivity of the obtained semi-solid material was measured in the same manner as in Example 1, and it was found to be 4.7x10-0-3 S-C at room temperature.
'Met.

またこの試料のイオン導電率の温度依存性を調べ、第2
図No、2に示した。これより求めた活性化エネルギー
Eは、1.5Kcau−mof!、−’となり、温度依
存性が非常に小さいことが確認された。
We also investigated the temperature dependence of the ionic conductivity of this sample.
It is shown in Figure No. 2. The activation energy E obtained from this is 1.5Kcau-mof! , -', and it was confirmed that the temperature dependence was very small.

実施例5 硝酸−1,3−ブタンジオール−テトラエチルシリケー
ト系 硝酸と純水を2gずつ混合した溶液を、10gの1.3
−ブタンジオール中に加え、良く攪拌した。これにテト
ラエチルシリケートを8.25g添加し、超音波を用い
て分散した。溶液は透明のまま半固体状となった。得ら
れた半固体状物について実施例1と同様にしてイオン導
電率を調へたところ、4゜58X 10−3S −Cm
−’であフた。
Example 5 Nitric acid-1,3-butanediol-tetraethylsilicate A solution of 2 g each of nitric acid and pure water was mixed with 10 g of 1.3
- It was added to butanediol and stirred well. 8.25 g of tetraethyl silicate was added to this and dispersed using ultrasonic waves. The solution remained transparent and semisolid. The ionic conductivity of the obtained semi-solid material was measured in the same manner as in Example 1, and it was found to be 4°58X 10-3S -Cm
-' cleared it.

実施例6 過塩素酸リチウム(LiCfl○4)1.0gをブロビ
レンカーホネート11.3gに溶解し均一溶液とした。
Example 6 1.0 g of lithium perchlorate (LiCfl○4) was dissolved in 11.3 g of brobylene carbonate to form a homogeneous solution.

この溶液にテトラエチルシリケートを10.0g添加し
超音波分散、攪拌を繰り返した。溶液は透明のまま半固
体状となった。得られた半固体状物のイオン導電率は7
.2X10−’S−cm−’となった。
10.0 g of tetraethyl silicate was added to this solution, and ultrasonic dispersion and stirring were repeated. The solution remained transparent and semisolid. The ionic conductivity of the obtained semi-solid material is 7
.. It became 2X10-'S-cm-'.

比較例I P E OL i CF 3S O3系(有機系リチウ
ムイオン導電体) 柔軟な高分子鎖であるポリエチレンオキサイド中のエー
テル基−〇−とLi CF3SO3の相互作用により生
しるリチウムイオン導電性はよく知られていることであ
るので、この導電性について調べた。ここでPEO複合
体は公知の方法(J、 Electrochem、 S
ac、、 133(1986)315及びその中の参考
文献参照)により合成した。得られた複合体の室温での
イオン導電率はa=1−98・Cm””と非常に低く、
温度依存性に関して活性化エネルギーEを求めてみると
、第2図No、3に示す通り、E=10Kcafl−m
o℃−1と非常に大きい値であった。なお、第2図にお
いて、No、3の線はEPOLiCF3 S03系の傾
きを示すために記入したものであって、実際にはその絶
対値は10−9と非常に低い。
Comparative Example I P E OL i CF 3 S O 3 type (organic lithium ion conductor) The lithium ion conductivity caused by the interaction between the ether group -〇- in polyethylene oxide, which is a flexible polymer chain, and Li CF 3 SO 3 is as follows. Since this is well known, we investigated this conductivity. Here, the PEO complex was prepared using a known method (J, Electrochem, S
ac, 133 (1986) 315 and references therein). The ionic conductivity of the obtained composite at room temperature is very low at a = 1-98・Cm''.
When determining the activation energy E regarding temperature dependence, as shown in Figure 2 No. 3, E = 10Kcafl-m
It was a very large value of 0°C-1. In FIG. 2, the line No. 3 is drawn to show the slope of the EPOLiCF3 S03 system, and its absolute value is actually very low at 10-9.

[発明の効果] 上記実施例及び比較例の結果からも明らかな通り、本発
明の半固体状電解質は、イオン導電率が著しく高く、ま
たその温度依存性も非常に小さい。
[Effects of the Invention] As is clear from the results of the above Examples and Comparative Examples, the semi-solid electrolyte of the present invention has extremely high ionic conductivity, and its temperature dependence is also extremely small.

本発明の半固体状電解質において、マトリックスを形成
しているエチルシリケート等のケイ素のアルコキシドの
加水分解物は殆どイオン導電性には関与していないか、
イオン導電体を骨格中に包含することにより、その機能
を充分に発揮せしめている。このマトリックス部分はア
モルファスであり、開放構造による高イオン導電性が期
待てきる。更に、均質、等方性、成形、加工性に優れ、
薄膜化が容易て、また化学組成制御も容易であるという
利点もある。(「化学J 11,332゜1986)。
In the semi-solid electrolyte of the present invention, the hydrolyzate of silicon alkoxide such as ethyl silicate that forms the matrix is hardly involved in ionic conductivity;
By including the ionic conductor in the skeleton, its function is fully demonstrated. This matrix portion is amorphous and is expected to have high ionic conductivity due to its open structure. Furthermore, it has excellent homogeneity, isotropy, moldability, and processability.
It also has the advantage that it can be easily made into a thin film and the chemical composition can be easily controlled. ("Chemistry J 11, 332゜1986).

さらに、その骨格の柔軟性、変形性により、例えば移動
極であるプロトンの自由度を高め、かつプロトン導電性
に不可欠の水素結合を発揮する媒体としての液体をも骨
格内に保持するという特徴をも有している。このため、
従来には達成できなかった大きなイオン導電性を発揮す
ることが可能とされる。加えて、固体電解質本来の特長
である非漏液性をも備え、欠点とされていた可撓性、形
状の自由性、加工性、柔軟性、低温特性も改善される。
Furthermore, the flexibility and deformability of the skeleton increases the degree of freedom for protons, which are mobile electrodes, and also retains within the skeleton the liquid that acts as a medium for hydrogen bonding, which is essential for proton conductivity. It also has For this reason,
It is believed that it is possible to exhibit high ionic conductivity that was previously unattainable. In addition, it also has the non-leak property that is an inherent feature of solid electrolytes, and also improves its flexibility, freedom of shape, processability, softness, and low-temperature properties, which had been considered disadvantageous.

従って、本発明によれば、■ イオン導電率が高い。Therefore, according to the present invention, (1) ionic conductivity is high.

■ 電子導電率が低い。■ Low electronic conductivity.

■ イオン導電率の温度依存性が小さい。■ Low temperature dependence of ionic conductivity.

■ 分解電圧が高い。■ High decomposition voltage.

■ 安定性に優れる。■ Excellent stability.

■ 安定な温度領域が広い。■ Wide stable temperature range.

■ 比重が小さい。■ Small specific gravity.

■ 加工性、取り扱い性に優れる。■ Excellent workability and handling.

等の優れた特徴を備える電解質が提供される。なお、本
発明において、イオン種はプロトンに限られず、電離可
能な導電種イオンを有する塩や溶媒を含有させることに
よっても実現することができ、適用範囲は極めて広い。
An electrolyte is provided that has excellent characteristics such as: In the present invention, the ionic species is not limited to protons, but can also be realized by containing salts or solvents having conductive species ions that can be ionized, and the range of application is extremely wide.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1て求められたコール・コールプロット
図を示すグラフ、第2図は実施例1.3及び比較例1で
求めた試料の温度依存性を示すグラフである。 代 理 人  弁理士 重 野  剛
FIG. 1 is a graph showing the Cole-Cole plot diagram obtained in Example 1, and FIG. 2 is a graph showing the temperature dependence of the sample obtained in Example 1.3 and Comparative Example 1. Representative Patent Attorney Tsuyoshi Shigeno

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ケイ素のアルコキシドに下記[a]〜[e]から
選ばれる少なくとも1種のイオン導電性を生起する物質
を添加した後、該アルコキシドを加水分解反応により重
合することを特徴とする半固体状電解質の製造方法。 [a]25℃で10^−^6S・cm^−^1以上のイ
オン導電性を示す、下記一般式で表わされる含水金属酸
化物 M_xO_y・nH_2O (但しM=Zr、Sn、V、Sb、Th、 Cr、In、Ga、Ce、Nb、Ta、Y、Ti) [b]上記[a]における金属Mの無機塩あるいは有機
塩を、ケイ素のアルコキシドと相溶性のある溶媒に溶解
したもの [c]イオン導電性無機化合物を、ケイ素のアルコキシ
ドと相溶性のある溶媒に溶解したもの [d]ケイ素以外の元素のアルコキシド [e]無機酸又は有機酸溶液
(1) A semi-solid characterized by adding at least one substance that causes ionic conductivity selected from the following [a] to [e] to a silicon alkoxide, and then polymerizing the alkoxide by a hydrolysis reaction. Method for producing electrolyte. [a] Hydrous metal oxide M_xO_y·nH_2O, which exhibits ionic conductivity of 10^-^6S·cm^-^1 or more at 25°C and is represented by the following general formula (where M=Zr, Sn, V, Sb, Th, Cr, In, Ga, Ce, Nb, Ta, Y, Ti) [b] An inorganic or organic salt of metal M in [a] above dissolved in a solvent compatible with silicon alkoxide [ c] An ion-conductive inorganic compound dissolved in a solvent compatible with silicon alkoxide [d] Alkoxide of an element other than silicon [e] Inorganic acid or organic acid solution
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