JPH02198643A - イオン導伝体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電気化学反応を応用した機器に用いる、固
体イオン導伝体に関する。

〔従来の技術〕

電気化学反応を応用した機器とは、たとえば、固体電池
、エレクトロクロミックデイスプレィ　（ＥＣＤ）、大
容量コンデンサー、イオンセンサー、ガスセンサー等を
指す。これらにおいては、従来、イオン導伝体として、
溶液やゲルを用いていた。そのため、液漏れ、溶媒の蒸
発が生じ、耐久性や信頼性に問題があった。この問題を
解決するために、固体のイオン導伝体を用いる、電気化
学反応を応用した機器の開発が進められている。

イオン導伝体には、有機物と無機物がある。

無機物としては、下記のものが例示される。

ｔ、ｉ＋４Ｚｎ　　（ＧｅＣＬ　）ａ　　：リシコン。

Ｎａｇ　　Ｚｒｔ　Ｓ　ｉ２　ＰＯ１２：ナシコン。

Ｎａ−β−ＡＩｔｏｓ。

Ｌｔ、Ｎ。

ＲｂＡｇ４１ｓ 有機物によりイオン置換された無機物としては、下記の
ものが例示される。

７　ＣｕＢ　ｒ−Ｃｍ　ＨｗＮａ　ＣＨ＊　Ｂ　ｒｎ　
（Ｃｍ　Ｈｓ　）　４Ｎ　Ｉ　・ｍＡｇ　１有機錯合体
としては、下記のものが例示されるジベンゾ１８−クラ
ウン−６＋ハロゲン化アルカリ 有機高分子としては、下記のものが例示されるパーフル
オロスルボネートポリマー。

ポリエチレンオキサイド＋アルカリ金属塩〔発明が解決
しようとする課題〕 これらのうち、有機高分子は、導電率が１０８／σと低
いものの、機械的な性質、薄膜などにする場合の成形性
および加工性に優れるため、注目されている。すなわち
、これらは、一般に、溶媒に可溶であるため、溶液をキ
ャスティングすることにより、基板上や電極上に容易に
イオン導伝体を形成することができる。しかし、前述の
ように導電率の点で問題があったため、有機高分子につ
いては、その導電率を向上することが求められていたの
である。

このような事情に鑑み、この発明は、前記有機高分子の
うち、成形性・加工性に特に優れたポリエチレンオキサ
イド（ポリエチレングリコール）系のアルカリ金属塩錯
体を選び、その成形性・加工性を損わないようにして、
その導電率を向上させたイオン導電体を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、ポリエチレンオ
キサイドおよび／またはそのエーテルをマトリックスと
し、これにアルカリ金属塩が配合されてなるイオン導伝
体であって、前記ポリエチレンオキサイドが分子量の大
きなポリエチレンオキサイドと分子量の小さなポリエチ
レンオキサイドとからなり、前記アルカリ金属塩がパー
フルオロハイドロカーボンスルホネートのアルカリ金属
塩からなることを特徴とする。

高分子量ポリエチレンオキサイドは、イオン導伝体に対
し機械的強度を発揮させるために用いられるので、その
分子量は、機械的強度の要求水準に応じて定められるが
、５，０００以上が好ましく、１０，０００以上がより
好ましい。

低分子量ポリエチレンオキサイドは、高分子量ポリエチ
レンオキサイドの導電性の悪い点を改善するために用い
られるので、その分子量は、要するに、高分子量ポリエ
チレンオキサイドの分子量よりは低ければ良いと言え、
そのため、相対的なものである。したがって、高分子量
ポリエチレンオキサイドの分子量が１０，０００以上と
極めて高分子量になると、低分子量ポリエチレンオキサ
イドの分子量は、ｉｏ、ｏｏｏ未満であれば良いと言う
ことにもなる。しかし、一般的には、分子量６００以下
の液状ポリエチレンオキサイドであれば好ましいと言え
、たとえば、テトラエチレングリコール等の極めて低分
子量のものが、より好ましいものとして選ばれる。

〔作　　　用〕

マトリックスとなるポリエチレンオキサイドとして、分
子量の高低異なる２種のポリエチレンオキサイドを併用
することで、機械的強度を確保し、成形性と加工性を良
好に保ちながら、導電率が改善された。すなわち、イオ
ン導伝体の機械的強度を向上させ、成形性と加工性を確
保するためには、ポリエチレンオキサイドは、分子量の
大きなものが良い。しかし、高分子量のポリエチレンオ
キサイドは、導電率が１０−’〜１０−’Ｓ　／ｃｍと
十分ではない。他方、分子量が低いポリエチレンオキサ
イドは、常温で液状かワックス状であるため、使いにく
いが、導電率が大きい。そこで、上記高分子量のポリエ
チレンオキサイドと低分子量のポリエチレンオキサイド
を併用すると、それぞれの長所が相手方の短所を補って
、得られたイオン導伝体は、機械的性質が満足できる範
囲内にあり、成形性・加工性が確保できて、導電率も良
いものとなるのである。

ポリエチレンオキサイドの末端水酸基がエーテル化され
ると、導電率が一層改善される。すなわち、ポリエチレ
ンオキサイドの末端が水酸基になっていると、分子間に
水素結合が形成され、この水素結合が分子のミクロブラ
ウン運動を抑制する。イオンは分子の運動によって移動
するので、水素結合で分子のミクロブラウン運動が抑制
されることは、導電率を悪くする方向に働く。ポリエチ
レンオキサイドの末端がエーテル化されていると、水素
結合の形成が抑制されるのである。

アルカリ金属塩として解離度の大きい塩が使用されると
、やはり、導電率が改善される。すなわち、アルカリ金
属塩として解離度の大きい塩が用いられると、導電率が
大きくなる。そのため、こノ発明では、超強酸の塩であ
る、パーフルオロハイドロカーボンスルホネートのアル
カリ金属塩が選ばれた。

〔実　施　例〕

以下に、この発明のより具体的な実施例を説明する。

一実施例１− 次の重量組成で、キャスティング溶液を調製した。

ポリエチレングリコール（分子ｆｉ１３，０００）・・
・１．０ｗｔ％ テトラエチレングリコール　　・・・１．０ｗｔ％トリ
フルオロメタンスルホネートＬｉ塩・・・０．４ｉ１ｔ
％ 蒸留水　　　　　　　　　　・・・９７．６ｗｔ％上記
溶液をガラス板上にキャスティングし乾燥して、膜厚２
０μｍのリチウム導伝体膜を得た。

この膜に蒸着により金属電極を形成し、減圧乾燥の後、
インピーダンスの測定を行った。その結果は、１ｋｌ（
ｚで６．２Ｘ１０’　Ω・ｃｒｎであった。

一実施例２− 次の重量組成で、キャスティング溶液を調製した。

ポリエチレングリコール（分子量１３，０００）・・・
１．０ｗｔ％ テトラエチレングリコール　　・・弓、０−ｔ％ノナフ
ルオロブタンスルホネートＬｉ塩・・・０．５ｗＬ％ 蒸留水　　　　　　　　　　・・・９７．５ｗｔ％この
溶液をガラス板上にキャスティングし乾燥して、膜厚２
０μｍのリチウム導伝体膜を得た。

この膜に蒸着により金属電極を形成し、減圧乾燥の後、
インピーダンスの測定を行った。その結果は、１ｋＨｚ
で８．６ｘｌＯ’　Ω・ｃｍであった。

一実施例３− 次の重量組成で、キャスティング溶液を調製した。

ポリエチレングリコール（分子１ｉ１３，０００）・・
・１．０ｗｔ％ テトラエチレングリコール　　・・・１．０ｗｔ％トリ
フルオロメタンスルホネートＮａ塩・・・０．４ｗｔ％ 蒸留水　　　　　　　　　　・・・９７．６ｗｔ％上記
溶液をガラス板上にキャスティングし乾燥して、膜厚２
０μｍのナトリウム導伝体膜を得た。この膜に蒸着によ
り金属電極を形成し、減圧乾燥の後、インピーダンスの
測定を行った。その結果は、１ｋＨｚで４．７Ｘ１０’
Ω・印であった。

一実施例４− 次の重量組成で、キャスティング溶液を調製した。

ポリエチレングリコールジメチルエーテル（分子量的１
４，０００） ・・・１．０ｗｔ％ テトラエチレングリコールジメチルエーテル・・・１．
０ｗｔ％ トルフルオロメタンスルホネートＬｉ塩・・・０．５ｗ
ｔ％ 蒸留水　　　　　　　　　　・・・９７．５ｗｔ％この
溶液をガラス板上にキャスティングし乾燥して、膜厚２
０μｍのリチウム導伝体膜を得た。

この膜に蒸着により金属電極を形成し、減圧乾燥の後、
インピーダンスの測定を行った。その結果は、１ｋＨｚ
で１．２Ｘ１０’Ω・ｃｍであった。

〔発明の効果〕

この発明にかかるイオン導伝体は、以上のように構成さ
れているため、機械的強度を有し、成形性・加工性に優
れたポリエチレンオキサイド系でありながら、優れた導
電率をも有する。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ポリエチレンオキサイドおよび／またはそのエーテ
   ルをマトリックスとし、これにアルカリ金属塩が配合さ
   れてなるイオン導伝体であって、前記ポリエチレンオキ
   サイドが分子量の大きなポリエチレンオキサイドと分子
   量の小さなポリエチレンオキサイドとからなり、前記ア
   ルカリ金属塩がパーフルオロハイドロカーボンスルホネ
   ートのアルカリ金属塩からなることを特徴とするイオン
   導伝体。