JPH0662728B2 - 高分子固体電解質 - Google Patents

高分子固体電解質

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JPH0662728B2
JPH0662728B2 JP61129776A JP12977686A JPH0662728B2 JP H0662728 B2 JPH0662728 B2 JP H0662728B2 JP 61129776 A JP61129776 A JP 61129776A JP 12977686 A JP12977686 A JP 12977686A JP H0662728 B2 JPH0662728 B2 JP H0662728B2
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polymer solid
electrolyte
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弘明 多田
耕三 藤野
秀夫 河原
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高い導電率を有する高分子固体電解質に関し、
特に大面積の透過型エレクトロクロミック素子(以後、
EC素子と略称する)に使用することのできる透明な高分
子固体電解質に関する。
〔従来の技術〕
高分子固体電解質としては、アルカリ金属塩もしくは、
アンモニウム塩及びポリエチレンオキサイド(以後、PE
Oと略称する)を用いたもの(例えば、Fast Ion Tran
sport in Solids,131,1979)、また熱硬化性高分子
固体電解質としては、リチウム塩・3官能ポリエチレン
グリコール(以後、3PEGと略称する)。芳香族ジイソシ
アネート誘導体を用いるものが知られている。(Polyme
r Preprints,Japan,34,No.4,904,185)) 〔発明が解決しようとする問題点〕 アルカリ金属塩・PEO系固体電解質をEC素子に応用する
場合には、通常塗布法によってまず片方の基板上に固体
電解質フィルムを形成させた後対極とのコンタクトをと
るために真空法によってEC膜、電極を積層するか、また
は、電極付基板を加熱しながらプレスするいわゆるHot
melt法を用いる必要がある。しかしながら、前者につ
いては大面積が困難であること、また、後者については
電解質中に取り込まれた泡を除去するのが困難な上に、
耐熱性に乏しいEC素子に用いることができないなどの問
題点があった。また、アルカリ金属塩・3PEG・芳香族ジ
イソシアネート誘導体系では常温での導電率が10−5
cm-1以下と小さいことに加えて、硬化に長時間を要する
こと、ポットライフが短かいなどの生産工程上の問題点
もあった。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題題点を解決するために、本発明者らはMCFSO
(M=Li、Na、K)と、ポリエチレングリコールジア
クリレート(以後、PEDAと略称する)を含む組成物を光
硬化してなる高分子固体電解質を作成した。
本発明の電解質は基本的に(1)式で表わされるPEDA(ア
ルカリ金属塩をエチレンオキサイド部に溶解させたPED
A)の架橋反応(電磁線(光)照射による架橋反応)に
より液体状態から固体状態へと変化する。
本高分子電解質は光照射による硬化時間が約10分と短か
く、又光を遮断して保存すれば硬化反応は完全に抑制す
ることができることから、熱硬化性電解質に比べて取扱
いやすく、かつ保存がきくという利点を有している。と
ころで、非晶質高分子固体電解質のイオン伝導メカニズ
ムは自由体積理論に従い、導電率の温度依存性は(2)式
で表わされる。この式からわかる様に電解質のガラス転
移点が低いほどキャリヤー移動度が大きくなる。(Fast
Ion Transport in Solids,131,1979) σ=T1/2・exp{Ea/(Tg−T)} (2) ここで、σはイオン電導率、Eaは活性化エネルギー、Tg
は電解質のガラス転移点 また、ホストポリマーの誘導率とキャリヤー密度との関
係は、(3)式で表わされる。
ここで、Noは定数、 はアルカリ金属塩の格子エネルギー、tは高分子の導電
率、 しかしながら、一般に高分子の誘電率は小さいことか
ら、高分子固体電解質の誘電率を上げるには、いかにそ
のガラス転移点を低くするかが重要な課題となる。
前記高分子固体電解質のホストポリマーとしてPEDAを単
独で使用した場合には、PEDA中のエチレンオキサイドユ
ニットの数nが大きいほど、光架橋後の架橋点距離が大
きくなるためガラス転移点は低下する。EC素子に応用で
きるだけの導電率を得るにはn≧14であることが好まれ
る。
また、本発明者らはMCFSO(M=Li、Na、K)、PED
Aおよびポリエチレングリコールモノアクリレート(以
後、PEMAと略称する)を含む組成物を光硬化してなる高
分子固体電解質を作成した。本発明によれば、光架橋後
の架橋密度を小さくすることにより、ガラス転移点をよ
り低下させることが可能である。
第1の発明の場合と同様に、PDEA中のエチレンオキサイ
ドの数nが大きいほど、光架橋後の架橋距離が大きくな
るためガラス転移点は低下し、高分子固体電解質の誘電
率を高めることが可能である。このため、EC素子に応用
できるだけの導電率を得るにはn≧14であることが好ま
しい。
また、本発明においてPEMAの割合が大きくなる程導電率
は増大するが、割合が大きすぎると結晶化が起るために
経時的な白濁化、導電率の低下をもたらす。従って、
〔PEMA〕/(〔PEMA〕+〔PEDA〕)=Xモル比を0.2<
X<0.8とすることが好ましい。
MCFSOの添加量をポリエチレングリコールジアクリ
レート(以後、PEAと略称する。)中のエチレンオキサ
イドユニットモル数に対するMCFSOのモル比Yで表
わす。ここで、PEA中のエチレンオキサイドユニットモ
ル数とはPEAのC−C−O部分(式(1)中のPEDAのPart
A)の重量をC−C−Oの式量44で割った値であ
る。MCFSOの添加量と共にキャリヤー密度が増加す
るためにYが小さい範囲では導電率は増大するが、Yが
ある値を起えると、電解質のガラス転移点が大きくなり
過ぎてキャリヤー移動度が小さくなるために誘電率は減
少する。この結果、MCFSOの添加量は0.01≦Y≦0.0
7とすることが望ましい。
本高分子固体電解質の誘電率が、本ウレタンネットワー
ク形成による熱硬化性高分子固体電解質に比べて大きい
原因については明確ではないが、1つは前記熱硬化性電
解質では架橋によるガラス転移点の増加以外に、生成し
たウレタン結合のN−H基間の水素結合によって余分に
ガラス転移点が増大することが考えられる。更に、N−
H基の様な極性の大きな基は、、カチオン移動に対する
トラッパーとして働き、移動度が小さくする可能性もあ
ると考えることができる。
次に本発明の高分子固体電解質の作成方法について述べ
る。
乾燥機中で100℃−20時間以上保存することによって、
十分に乾燥させた所定量のMCFSOをPEA中に添加し、
十分に撹拌し均一溶液とした後に、アルミホイールで包
装し、遮光した状態で保存した。光硬化用の光源には、
高圧水銀灯を用いた。
〔実施例1〕 分子量がそれぞれ758,538,318の3種類のPEDA溶液(C
−C−Oのユニットの数は各々14,9,4)にY=0.03とな
る様にKCFSOを添加し、十分に撹拌を行なうことに
よって均一溶液を得た。高圧水銀灯によって約1時間光
照射を行ない架橋反応を完結させた後に、室温における
試料の誘電率を交流インピーダンス法により測定した結
果を第1図に示す。これは、PEDAの分子量に伴なって、
固体電解質の導電率は著しく増大することを表わしてい
る。EC素子に適用する場合には導電率は10−6Scm-1
上が好まれることからPEDAの分子量は758以上、即ち、P
EDA中のC−C−Oユニットの数nが14以上が好ましい
ことがわかる。
〔実施例2〕 〔PEMA〕/(〔PEMA〕+〔PEMA〕)=Xモル比がそれぞ
れ、0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0なる6種類の試料を作製
し、各試料にY=0.03となる様にKCFSOを添加し、
十分に撹拌することによって均一溶液を得た。なお、こ
こで用いたPEMAは分子量が1424であり、室温で固体であ
ることから、これを用いる場合には、窒素雰囲気下にお
いて、約60℃に加熱融解させた後に、KCFSOを添加
した。光照射により硬化させた後室温における各試料の
導電率を交流インピーダンス法により測定した結果を第
2図に示す。これはXが大きいほど導電率は増大するこ
とを示している。しかしながら、X≧0.8では、結晶化
に伴なう白濁化、導電率の減少が起こる。従って、0.2
≦X≦0.8とすることが特に望ましい。
〔実施例3〕 X=0.6の試料を5個作成し、それぞれY=0,0.01,0.0
3,0.05,0.07となる様KCFSOを添加した。十分撹拌さ
せて均一溶液とし、光照射により硬化させた後に室温に
おける各試料の導電率を交流インピーダンス法により測
定した結果を第3図に示す。これは約1=0.03で導電率
が最大になることを示している。従って、導電率の点か
らは、0.01≦Y≦0.07とすることが特に望ましい。
〔発明の効果〕
本発明の高分子固体電解質に使用されるMCFSOは、P
EAへの溶解度及びイオン解離が大きな多原子からなるア
ニオン種を含んだものであるため、前記MCFSOを溶
解させたPEAに光照射して得られる高分子固体電解質
は、硬化時間が短かく、保存が可能であるという熱硬化
性電解質には無い特長を有する。従って、例えばEC素子
への応用を考えた場合にはEC膜に熱的なイメージを与え
ることなく、コンタクトの良好なEC素子の作成が可能な
ばかりでなく、生産性の向上、生産工程の簡素化が期待
できる。
本願の第1発明によれば、PEDA中のエチレンオキサイド
ユニットの数を大きくして、光架橋後の架橋点距離を大
きくすることができるため、高分子固体電解質の導電率
を高めることができる。
また、第2発明によれば、光架橋後の架橋密度を小さく
することにより、さらに高分子固体電解質の導電率を高
めることが可能である。
なお、PEAのエチレンオキサイドユニットモル数に対す
るMCFSOのモル比Yを0.01≦Y≦0.07とすることに
より、高分子固体電解質の導電率を高めることも効果的
である。
更に、本発明による高分子固体電解質は、例えば、代表
的な高分子固体電解質である直鎖PEOとLiClOとの結晶
性複合体に比べて導電率が約2〜3桁高く、最近報告さ
れた(Polymer Preprints,Japan,34,No.4,904(18
5))熱硬化性高分子電解質よりも更に約1桁導電率が
高いことから、EC素子に応用した場合応答速度が早まる
ことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1で作成した高分子固体電解質のポリ
エチレングリコールジアクリレートの分子量と導電率の
関係を示す図、第2図は実施例2で作成した高分子固体
電解質の高分子材料組成と導電率との関係を示す図、第
3図は実施例3で作成した高分子固体電解質のアルカリ
金属含有率と導電率との関係を示す図面である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MCFSO(M=Li、NaまたはK)と、ポ
    リエチレングリコールジアクリレートを含む組成物を光
    硬化してなる高分子固体電解質。
  2. 【請求項2】該ポリエチレングリコールジアクリレート
    の分子のC−C−Oユニットの数nが14≦nである特許
    請求の範囲第1項記載の高分子固体電解質。
  3. 【請求項3】MCFSO(M=Li、NaまたはK)、ポリ
    エチレングリコールジアクリレートおよびポリエチレン
    グリコールモノアクリレートを含む組成物を光硬化して
    なる高分子固体電解質。
  4. 【請求項4】該ポリエチレングリコールジアクリレート
    の分子のC−C−Oユニットの数nが14≦nである特許
    請求の範囲第3項記載の高分子固体電解質。
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