JPH07331019A - Polymeric solid electrolyte - Google Patents

Polymeric solid electrolyte

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JPH07331019A
JPH07331019A JP6126150A JP12615094A JPH07331019A JP H07331019 A JPH07331019 A JP H07331019A JP 6126150 A JP6126150 A JP 6126150A JP 12615094 A JP12615094 A JP 12615094A JP H07331019 A JPH07331019 A JP H07331019A
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JP
Japan
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polymer
electrolyte
weight
structural unit
solid electrolyte
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JP6126150A
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Inventor
Hiroshi Soejima
博 副島
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H01M6/181Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with polymeric electrolytes

Abstract

PURPOSE:To obtain a polymeric solid electrolyte, comprising a specific polymer and an electrolyte, having a high oxidative decomposition potential, excellent ionic conductivity, solvent and shape retaining properties, moldability and mechanical strength and suitable as a material, etc., for electrochemical devices. CONSTITUTION:This polymeric solid electrolyte is obtained by blending (A) 100 pts.wt. polymer having >=20wt.% structural unit of formula I, preferably a copolymer having preferably 5-70wt.% structural unit of formula II or preferably 2-60wt.% structural unit of formula III in the molecule with (B) preferably 300-400 pts.wt. electrolyte such as LiClO4. Furthermore, the polymer molecules are preferably mutually cross-linked with an oligomer having the structural unit of formula I in the molecule as the state of the polymer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高分子固体電解質に関
し、詳しくはイオン伝導性に優れ薄型電池等の各種電気
化学デバイス用材料として好適な高分子固体電解質に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer solid electrolyte, and more particularly to a polymer solid electrolyte having excellent ionic conductivity and suitable as a material for various electrochemical devices such as thin batteries.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質として、高分子固体電解質が
室温においても極めて高いイオン伝導度を示すことが知
られており、室温動作の電池をはじめとして、各種電気
化学デバイス用の材料として有望視されている。
2. Description of the Related Art As solid electrolytes, polymer solid electrolytes are known to exhibit extremely high ionic conductivity even at room temperature, and are regarded as promising materials for various electrochemical devices such as batteries operating at room temperature. ing.

【0003】従来、高分子固体電解質のベースポリマー
は、陽イオンに対して配位能を有する、例えば酸素、窒
素、硫黄等の非共有電子対による疑似溶媒和と分子鎖運
動よりなる高分子鎖の持つイオン伝導能を効率よく行わ
せることを観点にして研究がなされていた。このような
観点からベースポリマーとしては、Tgが低く常温でア
モルファス性の高いポリマー、例えば鎖状ポリエーテル
およびその架橋体、ポリマー/電解液の配合比が8/2
(重量比)のポリアクリロニトリル(PAN)ゲル、ス
チレン−ブタジエンゴム/ニトリル−ブタジエンゴム
(SBR/NBR)ラテックスのポリマー粒子等が好ん
で選択使用されていた。高分子固体電解質は、例えば上
記ポリマーに電解質を混合してシート、フィルム等の任
意の形状、大きさに成形するか、または上記ポリマーの
成形体に電解質を含浸させて作製されていた。
Conventionally, a base polymer of a polymer solid electrolyte is a polymer chain having a coordination ability with respect to a cation, which is composed of pseudosolvation by a non-shared electron pair such as oxygen, nitrogen, sulfur and molecular chain motion. Research has been conducted from the viewpoint of efficiently carrying out the ion conductivity of the. From this point of view, as the base polymer, a polymer having a low Tg and a high amorphous property at room temperature, for example, a chain polyether and a crosslinked product thereof, and the compounding ratio of the polymer / electrolyte solution is 8/2
(Weight ratio) polyacrylonitrile (PAN) gel, polymer particles of styrene-butadiene rubber / nitrile-butadiene rubber (SBR / NBR) latex, etc. were preferably selected and used. The polymer solid electrolyte has been produced, for example, by mixing the above-mentioned polymer with the electrolyte and molding it into an arbitrary shape or size such as a sheet or a film, or by impregnating the molded product of the above-mentioned polymer with the electrolyte.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高分子固体電解質は、上記のようなベースポリマーを主
組成物としているので、そのイオン伝導度は10-4S/
cm以下であった。また、上記PANゲルは、発癌性物質
でありその使用に問題があり、また、相分離する傾向が
あり、さらに、PANゲルから作製される高分子固体電
解質は、機械的強度が弱く、電池作製上問題があった。
また、上記SBR/NBRラテックスを用いて、例えば
シート状固体電解質を成形する場合、薄型電池作製にお
いて通常100μm未満のシート厚さが要求されるのに
対し、100μm以上の厚さとなる問題があった。本発
明の目的は、上記の如き問題を解消し、高イオン伝導度
を有し特に薄型電池の作製に好適な高分子固体電解質を
提供することである。
However, since the conventional polymer solid electrolyte has the above-mentioned base polymer as the main composition, its ionic conductivity is 10 -4 S / S.
It was below cm. In addition, the PAN gel is a carcinogen and has a problem in its use, and also tends to undergo phase separation. Furthermore, the polymer solid electrolyte prepared from the PAN gel has low mechanical strength, and battery production is difficult. There was a problem above.
In addition, when a sheet-shaped solid electrolyte is molded using the SBR / NBR latex, for example, a sheet thickness of less than 100 μm is usually required in the production of a thin battery, but there is a problem that the thickness is 100 μm or more. . An object of the present invention is to solve the above problems and provide a polymer solid electrolyte having a high ionic conductivity, which is particularly suitable for producing a thin battery.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段および作用】本発明者は、
上記問題を解決するため、ベースポリマーが保持する溶
媒量を高め、その溶媒中をLiイオンが移動するように
させることによって、高分子固体電解質のイオン伝導度
を向上させることに着目して研究を重ねた。この結果、
溶媒保持能は、ポリマー分子中の極性基の極性強さに影
響されること、例えば鎖状ポリエーテルなどの−O−基
では、極性が低すぎて溶媒保持が十分になされず、一
方、鎖状ポリオールの−OH基では、溶媒保持能を奏す
るが極性が強すぎるので、熱水等の限られた液体にしか
溶解しないため、加工性に劣るという知見を得た。
Means and Actions for Solving the Problems
In order to solve the above problem, the amount of solvent held by the base polymer is increased, and Li ions are allowed to move in the solvent, thereby focusing on improving the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte. Overlaid. As a result,
The solvent retention ability is affected by the polar strength of the polar group in the polymer molecule. For example, in the case of —O— group such as chain polyether, the polarity is too low and the solvent retention is insufficient, while the chain It has been found that the -OH group of the solid polyol has a solvent-holding ability, but has too strong a polarity to be dissolved in a limited liquid such as hot water, resulting in poor processability.

【0006】本発明は、上記知見に基づき完成したもの
であって、分子中に溶媒保持に最適な極性強さを有する
特定の極性基を特定量導入してなるポリマーを、高分子
固体電解質のベースポリマーとして使用することを特徴
とする。即ち、本発明の高分子固体電解質は、分子中に
式(I)で示される構造単位を少なくとも20重量%含
有するポリマーと、電解質とよりなるものである。
The present invention has been completed based on the above findings, and a polymer obtained by introducing a specific amount of a specific polar group having optimum polar strength for solvent retention into a molecule is prepared as a polymer solid electrolyte. It is characterized by being used as a base polymer. That is, the polymer solid electrolyte of the present invention comprises an electrolyte and a polymer containing at least 20% by weight of the structural unit represented by the formula (I) in the molecule.

【0007】[0007]

【化5】 [Chemical 5]

【0008】上記ポリマーにおいて、分子中における上
記構造単位(以下、アクリロニトリルユニットというこ
とがある)の含有量は、少なくとも20重量%であり、
好ましくは20〜80重量%、より好ましくは40〜6
0重量%程度が適当である。上記アクリロニトリルユニ
ットが20重量%未満であると、ポリマー全体に対して
の溶媒保持量が少なくなり好ましくない。
In the above polymer, the content of the structural unit (hereinafter sometimes referred to as acrylonitrile unit) in the molecule is at least 20% by weight,
Preferably 20-80% by weight, more preferably 40-6
About 0% by weight is suitable. When the amount of the acrylonitrile unit is less than 20% by weight, the amount of the solvent retained in the whole polymer becomes small, which is not preferable.

【0009】上記ポリマーの分子量は、通常40,00
0〜140,000、好ましくは60,000〜12
0,000、特に好ましくは80,000〜100,0
00程度のものが好適である。
The molecular weight of the above polymer is usually 40,000.
0 to 140,000, preferably 60,000 to 12
30,000, particularly preferably 80,000 to 100,0
It is preferably about 00.

【0010】上記ポリマーによれば、ポリマーの分子鎖
中に上記特定の極性基(−CN)を導入したので、ポリ
マーと電解質用溶媒の相互作用が向上することによっ
て、ポリマー自重の少なくとも数倍の電解液を保持でき
るようになる。また、電解液や、電解質塩と相互作用を
もつCN部分の結合エネルギーが従来の電解質ポリマー
の極性部分の炭素酸素間結合よりも大きいことによっ
て、酸化分解電位を高めることができるようになる。し
たがって、ポリマー中に大量に保持される溶媒を通じ
て、電解質のLiイオンが移動するようになるので、高
分子固体電解質のイオン伝導性を大幅に向上させること
ができるようになる。
According to the above-mentioned polymer, since the specific polar group (--CN) is introduced into the molecular chain of the polymer, the interaction between the polymer and the solvent for the electrolyte is improved, so that the weight of the polymer is at least several times its own weight. The electrolyte can be retained. Further, since the binding energy of the CN portion that interacts with the electrolytic solution or the electrolyte salt is larger than the carbon-oxygen bond of the polar portion of the conventional electrolyte polymer, the oxidative decomposition potential can be increased. Therefore, Li ions of the electrolyte move through the solvent retained in the polymer in a large amount, so that the ion conductivity of the solid polymer electrolyte can be significantly improved.

【0011】本発明では、高分子固体電解質に成形性、
形状保持性を付与するために、上記ベースポリマーとし
て、上記アクリロニトリルユニットおよび式(II)で
示される構造単位(以下、ブタジエンユニットというこ
とがある)を有する共重合体を用いることが好ましい。
According to the present invention, the polymer solid electrolyte has a moldability,
In order to impart shape retention, it is preferable to use, as the base polymer, a copolymer having the acrylonitrile unit and the structural unit represented by the formula (II) (hereinafter sometimes referred to as butadiene unit).

【0012】[0012]

【化6】 [Chemical 6]

【0013】該共重合体においては、分子中における上
記ブタジエンユニットの含有量は、通常80重量%以
下、好ましくは5〜70重量%程度が適当である。上記
ブタジエンユニットが、80重量%を越えると、溶媒保
持性が低下する傾向があり、5重量%未満であると、材
料の伸びが低下する。
In the copolymer, the content of the butadiene unit in the molecule is usually 80% by weight or less, preferably about 5 to 70% by weight. When the content of the butadiene unit exceeds 80% by weight, the solvent retention tends to decrease, and when it is less than 5% by weight, the elongation of the material decreases.

【0014】また、本発明では、高分子固体電解質に機
械的強度を付与するために、上記ベースポリマーとし
て、上記アクリロニトリルユニットの他に式(III)
で示される構造単位(以下、スチレンユニットというこ
とがある)を有する共重合体を用いることが好ましい。
Further, in the present invention, in order to impart mechanical strength to the solid polymer electrolyte, the base polymer may be of the formula (III) in addition to the acrylonitrile unit.
It is preferable to use a copolymer having a structural unit represented by (hereinafter sometimes referred to as a styrene unit).

【0015】[0015]

【化7】 [Chemical 7]

【0016】該共重合体においては、分子中における上
記スチレンユニットの含有量は、通常80重量%以下、
好ましくは20〜60重量%程度が適当である。上記ス
チレンユニットが80重量%を越えると、溶媒保持性が
低下する傾向があり、20重量%未満であると、引張
り、曲げ、ねじれ等に対する耐性の向上が少ない。
In the copolymer, the content of the styrene unit in the molecule is usually 80% by weight or less,
About 20 to 60% by weight is preferable. If the styrene unit exceeds 80% by weight, the solvent retention tends to decrease, and if it is less than 20% by weight, the improvement in resistance to pulling, bending, twisting and the like is small.

【0017】本発明の高分子固体電解質では、ベースポ
リマーとして上記アクリロニトリルユニット、ブタジエ
ンユニットおよびスチレンユニットを全て有する共重合
体を使用すると、高分子固体電解質の溶媒保持性、成形
性、形状保持性、機械的強度等が向上するので好まし
い。該共重合体においては、分子中における上記アクリ
ロニトリルユニット、ブタジエンユニットおよびスチレ
ンユニットの各含有量は、アクリロニトリルユニットが
20重量%以上、好ましくは20〜80重量%、ブタジ
エンユニットが80重量%以下、好ましくは5〜70重
量%、スチレンユニットが80重量%以下、好ましくは
20〜60重量%程度であることが適当である。
In the solid polymer electrolyte of the present invention, when a copolymer having all of the above acrylonitrile unit, butadiene unit and styrene unit is used as the base polymer, solvent retention, moldability, shape retention of the polymer solid electrolyte, It is preferable because mechanical strength and the like are improved. In the copolymer, the content of each of the acrylonitrile unit, the butadiene unit and the styrene unit in the molecule is 20% by weight or more of acrylonitrile unit, preferably 20 to 80% by weight, and 80% by weight or less of butadiene unit, preferably Is 5 to 70% by weight, and the styrene unit is 80% by weight or less, preferably about 20 to 60% by weight.

【0018】本発明で用いる上記構造単位を有するポリ
マーの具体例としては、例えばアクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体(NBR)、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン共重合体(ABS)、アクリロニトリル
−スチレン共重合体(AS)、アクリロニトリル−アク
リルゴム−スチレン共重合体(AAS)、アクリロニト
リル−塩素化ポリエチレン−スチレン共重合体(AC
S)等が挙げられる。
Specific examples of the polymer having the above structural unit used in the present invention include acrylonitrile-butadiene copolymer (NBR), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), acrylonitrile-styrene copolymer (AS). ), Acrylonitrile-acrylic rubber-styrene copolymer (AAS), acrylonitrile-chlorinated polyethylene-styrene copolymer (AC
S) and the like.

【0019】なお、前記ブタジエンユニットを有する共
重合体をオゾン処理すると、下記式に示すように、構造
単位中の二重結合部が切断され、その切断末端部がカル
ボニルに変換されるようになって、ベースポリマー自体
の極性が高まり溶剤保持能が向上してイオン伝導性をよ
り向上させることができる。
When the copolymer having the butadiene unit is treated with ozone, the double bond portion in the structural unit is cleaved and the cleaved terminal portion is converted into carbonyl as shown in the following formula. Thus, the polarity of the base polymer itself is increased, the solvent retention ability is improved, and the ionic conductivity can be further improved.

【0020】[0020]

【化8】 [Chemical 8]

【0021】上記オゾン処理は、オゾン発生器等により
発生させたオゾンを、ベースポリマーに1〜2時間程度
照射することでなされる。
The ozone treatment is carried out by irradiating the base polymer with ozone generated by an ozone generator or the like for about 1 to 2 hours.

【0022】また、本発明の高分子固体電解質では、ベ
ースポリマーとして、ポリマーの状態が、上記構造単位
を有するポリマー間を、分子中に式(I)で示される構
造単位(アクリロニトリルユニット)を有するオリゴマ
ーで架橋してなる架橋ポリマーが好適に使用される。
Further, in the solid polymer electrolyte of the present invention, the base polymer is such that the polymer state has a structural unit (acrylonitrile unit) represented by the formula (I) in the molecule between the polymers having the above structural unit. A crosslinked polymer obtained by crosslinking with an oligomer is preferably used.

【0023】[0023]

【化9】 [Chemical 9]

【0024】上記オリゴマーとしては、上記式(I)で
示される構造単位を有するアクリロニトリルを、ラジカ
ル重合、アニオン重合等の公知の方法にて、重合度10
〜100、好ましくは20〜90、より好ましくは25
〜50に重合したものを使用する。上記重合度が10未
満では、分子鎖による綱目が小さすぎるため、架橋ポリ
マーの溶剤保持能の十分な向上がなされず、一方100
を越えると、分子鎖同士のからみ合いが主となり綱目部
分の溶媒保持空間が拡張しにくい傾向がある。
As the oligomer, acrylonitrile having a structural unit represented by the above formula (I) is prepared by a known method such as radical polymerization or anionic polymerization to obtain a polymerization degree of 10
-100, preferably 20-90, more preferably 25
What was polymerized to -50 is used. When the degree of polymerization is less than 10, since the chain of the molecular chains is too small, the solvent-holding ability of the crosslinked polymer is not sufficiently improved.
If it exceeds, the entanglement of the molecular chains becomes the main and the solvent holding space in the rope portion tends to be difficult to expand.

【0025】この架橋ポリマーには分子網目が形成され
るので、溶媒保持能が向上する。またその架橋鎖中に極
性基である−CN基が存在するので、さらに溶媒保持能
が向上するようになり、該架橋ポリマー自重の約10倍
もの溶媒を保持できるようになる。さらに、分子網目が
大きいので、その間隙を電解質のLiイオンが容易に移
動できるようになり、イオン伝導度を大幅に向上できる
ようになる。
Since a molecular network is formed in this crosslinked polymer, the solvent retention ability is improved. Further, since the polar group --CN group is present in the crosslinked chain, the solvent retention ability is further improved, and the solvent can be retained by about 10 times the dead weight of the crosslinked polymer. Further, since the molecular network is large, the Li ions of the electrolyte can easily move through the gap, and the ionic conductivity can be greatly improved.

【0026】上記−CN基を有する特定のオリゴマーで
架橋した架橋ポリマーは、例えば次に示す方法によって
製造される。分子中にカルボキシル基を導入した上記構
造単位を有するポリマー、例えば表面にカルボキシル基
を導入したNBRラテックス(粒子)を、アクリロニト
リルオリゴマーで架橋する場合、該カルボキシル基を塩
化チオニル等と反応させて酸クロリド化する。一方、ア
クリロニトリルオリゴマーを、室温で水素化アルミニウ
ムリチウムで還元して、末端ニトリル基のみをアミノ基
に変換する。上記酸クロリド化したNBRラテックス
(粒子)と末端アミノ基としたアクリロニトリルオリゴ
マーとを、pH10〜12のNaOH、KOH等のアル
カリ希薄溶液中で2〜6時間加熱還流して反応させるこ
とによって架橋NBRラテックス(粒子)が得られる。
The crosslinked polymer crosslinked with the specific oligomer having the --CN group is produced, for example, by the following method. When a polymer having the above-mentioned structural unit having a carboxyl group introduced in its molecule, for example, NBR latex (particles) having a carboxyl group introduced on its surface is crosslinked with an acrylonitrile oligomer, the carboxyl group is reacted with thionyl chloride or the like to obtain an acid chloride. Turn into. On the other hand, the acrylonitrile oligomer is reduced with lithium aluminum hydride at room temperature to convert only the terminal nitrile group into an amino group. Crosslinked NBR latex by heating and refluxing the acid chloride-modified NBR latex (particles) and an acrylonitrile oligomer having terminal amino groups in an alkali dilute solution such as NaOH or KOH having a pH of 10 to 2 for 2 to 6 hours. (Particles) are obtained.

【0027】上記例は一例であって、本発明では、ポリ
マー間を上記アクリロニトリルユニットを有するオリゴ
マーで架橋した架橋ポリマーであれば、いかなる方法で
製造されたものであってもよい。
The above-mentioned example is an example, and in the present invention, any cross-linked polymer obtained by cross-linking between the polymers with the oligomer having the acrylonitrile unit may be produced by any method.

【0028】本発明の高分子固体電解質は、上記ポリマ
ー(共重合体)や架橋したポリマー(共重合体)に電解
質を配合してなり、これを所望の形状に成形されてなる
ものである。上記電解質としては、特に限定はなく、一
般には例えばLiイオン,Naイオン,Kイオン等の陽
イオンと、Iイオン,CF3 SO3 イオン,BF4 イオ
ン,ClO4 イオン,AlCl4 イオン,PF6 イオ
ン,AsF6 イオン等の陰イオンとの組合せからなるア
ルカリ金属塩等が用いられる。具体的には、例えばLi
ClO4 ,LiI,LiBF4 ,LiPF6 ,LiAs
6 ,LiAlCl4 ,LiCF3 SO3 等の金属塩が
好適に使用できる。
The solid polymer electrolyte of the present invention comprises the above-mentioned polymer (copolymer) or cross-linked polymer (copolymer) mixed with an electrolyte, and is molded into a desired shape. The electrolyte is not particularly limited, and generally, for example, cations such as Li ion, Na ion and K ion, and I ion, CF 3 SO 3 ion, BF 4 ion, ClO 4 ion, AlCl 4 ion, PF 6 An alkali metal salt or the like formed of a combination of an ion and an anion such as AsF 6 ion is used. Specifically, for example, Li
ClO 4 , LiI, LiBF 4 , LiPF 6 , LiAs
F 6, LiAlCl 4, LiCF 3 metal salts of SO 3 can be suitably used.

【0029】本発明では、上記電解質をエチレンカーボ
ネート,プロピレンカーボネート,ジメチルスルホキシ
ド,スルホラン,γ−ブチロラクトン,1,2−ジメト
キシエタン,N,N−ジメチルホルムアミド,テトラヒ
ドロフラン,1,3−ジオキソラン,2−メチルテトラ
ヒドロフラン,ジエチルエーテル等の有機溶媒の一種ま
たは二種以上の混合物に溶解させた電解液として使用す
る。電解液は、通常濃度0.1〜3モル/リットルに調
製される。
In the present invention, the above electrolyte is used as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, N, N-dimethylformamide, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 2-methyl. Used as an electrolyte dissolved in one or a mixture of two or more organic solvents such as tetrahydrofuran and diethyl ether. The electrolytic solution is usually prepared to have a concentration of 0.1 to 3 mol / liter.

【0030】上記電解質の配合量は、目的とする高分子
固体電解質のイオン伝導度などによって適宜決定される
ものであるが、通常ベースポリマー100重量部に対し
て、100〜500重量部、好ましくは300〜400
重量部配合される。
The amount of the above-mentioned electrolyte compounded is appropriately determined depending on the ionic conductivity of the intended solid polymer electrolyte, etc., but is usually 100 to 500 parts by weight, preferably 100 to 500 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer. 300-400
It is compounded in parts by weight.

【0031】本発明の高分子固体電解質は、ベースポリ
マーに、必要に応じて例えばジメチルホルムアミド等の
適宜な有機溶媒溶液とし、電解液を混合したのち、キャ
スト法やプレス法、あるいはゲル化剤を混合することに
よるシート状弾性体化法等の適当な成形方法によって、
フィルム、シート等の所望の形状、大きさに製造され
る。このとき、上記ベースポリマーを適度に架橋させた
後、成形することもできる。また、該ベースポリマーを
上記方法によって成形した後に、その成形体を電解液中
に浸漬する等の公知の方法でイオンキャリアをドープし
て製造される。
In the solid polymer electrolyte of the present invention, a base polymer is made into a suitable organic solvent solution such as dimethylformamide, if necessary, and the electrolytic solution is mixed, followed by a casting method, a pressing method, or a gelling agent. By a suitable molding method such as a sheet-like elastic body method by mixing,
It is manufactured into a desired shape and size such as a film or sheet. At this time, the base polymer may be appropriately crosslinked and then molded. Also, the base polymer is molded by the above method, and then the molded body is doped with an ion carrier by a known method such as immersing the molded body in an electrolytic solution.

【0032】なお、フィルムやシート状の固体電解質と
するときは、その厚さは通常5mm以下、好ましくは10
μm〜1mmとされる。
When the solid electrolyte is in the form of a film or sheet, its thickness is usually 5 mm or less, preferably 10 mm.
It is set to μm to 1 mm.

【0033】なお、上記高分子固体電解質の成形におい
て、ベースポリマーに電解液を配合するときに、必要に
応じてハイドロゲルを併用することができる。このハイ
ドロゲルを併用すると、高分子固体電解質のイオン伝導
度が向上するので好ましい。
In the molding of the above-mentioned solid polymer electrolyte, a hydrogel can be optionally used in combination with the base polymer when the electrolytic solution is blended. The combined use of this hydrogel is preferable because it improves the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte.

【0034】上記ハイドロゲルとしては、ポリアクリル
酸、デンプン・アクリロニトリルグラフト共重合体ケン
化物、デンプン・アクリル酸グラフト共重合体、カルボ
キシメチルセルロース・イソブチレン・マレイン酸共重
合体、酢酸ビニル・アクリル酸エステル共重合体ケン化
物、ポリビニルアルコールなどが使用できる。
Examples of the hydrogel include polyacrylic acid, saponified starch / acrylonitrile graft copolymer, starch / acrylic acid graft copolymer, carboxymethylcellulose / isobutylene / maleic acid copolymer, vinyl acetate / acrylic acid ester copolymer. A saponified polymer, polyvinyl alcohol, etc. can be used.

【0035】このハイドロゲルの使用量は、ベースポリ
マー100重量部に対して1〜100重量部、好ましく
は5〜50重量部が適当である。
The amount of the hydrogel used is 1 to 100 parts by weight, preferably 5 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base polymer.

【0036】本発明の高分子固体電解質は、これを交流
インピーダンスアナライザーで測定すると、10-3S/
cmオーダの高いイオン伝導度を示すので、薄膜型電池を
はじめとしてセンサ、ディスプレイ、コンデンサのよう
な各種電気化学デバイス用として有用である。
The polymer solid electrolyte of the present invention is 10 -3 S / when measured with an AC impedance analyzer.
Since it has a high ionic conductivity in the cm order, it is useful for various electrochemical devices such as thin film batteries, sensors, displays and capacitors.

【0037】[0037]

【実施例】以下、実施例を示し本発明をより具体的に説
明する。なお、本発明がこれらの実施例に限定されるも
のでないことは言うまでもない。 実施例1 市販のNBR(商品名N220S 日本合成ゴム(JS
R)社製:アクリロニトリル量41重量%)を再沈澱に
より精製し、テトラヒドロフラン(THF)に溶解させ
て10重量%溶液を調製した。これにTHFと同量の1
モル濃度のLiClO4 のプロピレンカーボネート溶液
を加え十分に攪拌した。この混合溶液をテフロンシャー
レに移し、100℃×120分加熱してTHFを除去し
て、厚さ約100μmのシートを作製した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically by showing examples. Needless to say, the present invention is not limited to these examples. Example 1 Commercially available NBR (trade name N220S Japan Synthetic Rubber (JS
R) (manufactured by R): acrylonitrile amount 41% by weight) was purified by reprecipitation and dissolved in tetrahydrofuran (THF) to prepare a 10% by weight solution. 1 of the same amount as THF
A propylene carbonate solution of LiClO 4 having a molar concentration was added and sufficiently stirred. This mixed solution was transferred to a Teflon dish and heated at 100 ° C. for 120 minutes to remove THF to prepare a sheet having a thickness of about 100 μm.

【0038】実施例2 乳化重合により合成したアクリロニトリル/ブタジエン
の8/2(重量比)共重合体〔アクリロニトリル量50
重量%〕100重量部を、1,4−ジオキサンに溶解さ
せ20重量%の溶液とした。これにジオキサンと同量の
1モル濃度のLiClO4 のエチレンカーボネート/ジ
メチルカーボネートの1/1(重量比)混合溶液、さら
に架橋剤としてジクミルパーオキサイド10重量部を添
加し十分に攪拌した。この混合溶液をテフロンシャーレ
に移し、150℃×120分加熱して1,4−ジオキサ
ンを除去したところ、厚さ約200μmのシートが得ら
れた。これをさらにプレス機によって、加圧、加熱成形
して厚さ約100μmの架橋シートを作製した。
Example 2 Acrylonitrile / butadiene 8/2 (weight ratio) copolymer synthesized by emulsion polymerization [acrylonitrile amount 50
% By weight] 100 parts by weight was dissolved in 1,4-dioxane to give a 20% by weight solution. A 1: 1 (weight ratio) mixed solution of ethylene carbonate / dimethyl carbonate of LiClO 4 having the same amount as dioxane and a molar ratio of 1/1, and 10 parts by weight of dicumyl peroxide as a cross-linking agent were added thereto and stirred sufficiently. When this mixed solution was transferred to a Teflon dish and heated at 150 ° C. for 120 minutes to remove 1,4-dioxane, a sheet having a thickness of about 200 μm was obtained. This was further pressed and heat-molded by a pressing machine to prepare a crosslinked sheet having a thickness of about 100 μm.

【0039】実施例3 実施例1で作製したシートに、オゾン発生器を用いて1
時間オゾンを照射した。このシートを、1モル濃度のL
iClO4 のプロピレンカーボネート溶液200重量部
中に浸漬し一昼夜放置したところ、さらに上記電解液を
吸収保持した。
Example 3 An ozone generator was applied to the sheet prepared in Example 1
Irradiated with ozone for hours. Use this sheet to add 1 molar L
When immersed in 200 parts by weight of a propylene carbonate solution of iClO 4 and allowed to stand for a day and night, the electrolyte solution was further absorbed and retained.

【0040】実施例4 市販のABS樹脂(商品名N220S 日本合成ゴム社
製)〔アクリロニトリル量40重量%〕をジオキサンで
膨潤させ、一昼夜放置後に上記ABS樹脂の4倍量の1
モル濃度のLiClO4 のエチレンカーボネート/ジメ
チルカーボネートの1/1(重量比)混合溶液を添加
し、十分に攪拌した。得られた混合物をテフロンシート
にはさみ、ハンドプレスで圧縮して、厚さ100μmの
シートを作製した。
Example 4 A commercially available ABS resin (trade name N220S manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.) [acrylonitrile amount of 40% by weight] was swollen with dioxane and left for one day and one night.
A 1/1 (weight ratio) mixed solution of ethylene carbonate / dimethyl carbonate having a molar concentration of LiClO 4 was added, and the mixture was sufficiently stirred. The obtained mixture was sandwiched between Teflon sheets and compressed by a hand press to prepare a sheet having a thickness of 100 μm.

【0041】実施例5 表面をカルボキシル基で修飾した市販のNBRラテック
ス(日本ゼオン社製:アクリロニトリル量40重量%,
樹脂固形分50重量%)100重量部に、塩化チオニル
100重量部を添加して、該カルボキシル基を酸クロリ
ド化した。別に用意した重合度20に重合したアクリロ
ニトリルオリゴマー50重量部を、室温で水素化アルミ
ニウムリチウムで還元したところ、立体障害により末端
のニトリル基のみアミノ基に変換できた。ついで、上記
酸クロリド化したNBRラテックスと末端アミノ化した
アクリロニトリルオリゴマーとを、NaOHの希薄溶液
(pH10)中で4時間反応させて架橋NBR(ゲル状
物)を得た。上記架橋NBR10重量部をテトラヒドロ
フラン90重量部で十分に膨潤させた後、1モル濃度の
LiClO4 のプロピレンカーボネート溶液を該架橋N
BR(ゲル状物)の4倍量(重量)添加し十分に攪拌し
た。得られた混合物をテフロンシートにはさみ、ハンド
プレスにて圧縮して厚さ100μmのシートを作製し
た。
Example 5 A commercially available NBR latex having a surface modified with a carboxyl group (manufactured by Zeon Corporation: acrylonitrile amount 40% by weight,
100 parts by weight of thionyl chloride was added to 100 parts by weight of the resin solid content (50% by weight) to convert the carboxyl group into an acid chloride. When 50 parts by weight of separately prepared acrylonitrile oligomer polymerized to a polymerization degree of 20 was reduced with lithium aluminum hydride at room temperature, only the terminal nitrile group could be converted to an amino group due to steric hindrance. Then, the acid chloride NBR latex and the terminal aminated acrylonitrile oligomer were reacted in a dilute solution of NaOH (pH 10) for 4 hours to obtain a crosslinked NBR (gel substance). After sufficiently swelling 10 parts by weight of the crosslinked NBR with 90 parts by weight of tetrahydrofuran, a propylene carbonate solution of 1 molar LiClO 4 was added to the crosslinked NBR.
Four times the amount (weight) of BR (gel-like substance) was added, and the mixture was sufficiently stirred. The obtained mixture was sandwiched between Teflon sheets and compressed by a hand press to prepare a sheet having a thickness of 100 μm.

【0042】比較例1〜2 ポリエチレンオキシドを用いて、キャスト法によって厚
さ100μmのフィルム(比較例1)を、また、上記実
施例4と同様にしてハンドプレス法にて厚さ100μm
のプレスシート(比較例2)をそれぞれ作製した。1モ
ル濃度のLiClO4 のプロピレンカーボネート溶液
に、上記フィルムおよびシートを12時間浸漬して、L
iイオンをドープした高分子固体電解質を作製した。
Comparative Examples 1-2 Polyethylene oxide was used to cast a film having a thickness of 100 μm (Comparative Example 1) by the casting method, and similarly to Example 4 described above, a hand pressing method was used to obtain a thickness of 100 μm.
Press sheets (Comparative Example 2) were prepared. The above film and sheet were immersed in a 1 molar LiClO 4 propylene carbonate solution for 12 hours to obtain L
A polymer solid electrolyte doped with i ions was prepared.

【0043】(電解液保持能の測定)原料ポリマーの重
量および得られた電解質シートの重量を測定・比較し
て、上記実施例1〜5および比較例で用いた各ベースポ
リマーの電解液保持能を測定したところ、表1に示す通
りであった。なお、ポリマー重量を1として、電解液保
持量を示した。
(Measurement of Electrolyte Retaining Ability) The weight of the raw material polymer and the weight of the obtained electrolyte sheet were measured and compared, and the electrolyte retaining capacity of each of the base polymers used in Examples 1 to 5 and Comparative Example was measured. Was measured and found to be as shown in Table 1. In addition, the amount of retained electrolyte is shown assuming that the polymer weight is 1.

【0044】(イオン伝導度の測定)上記実施例1〜5
および比較例で作製した各高分子固体電解質を、交流イ
ンピーダンスアナライザーによりそれぞれのイオン伝導
度を測定したところ、表1の結果が得られた。
(Measurement of Ionic Conductivity) Examples 1 to 5 above
The ionic conductivity of each of the polymer solid electrolytes prepared in Comparative Examples was measured with an AC impedance analyzer, and the results shown in Table 1 were obtained.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】上記表1から明らかなように、実施例で得
られた高分子固体電解質は、いずれもイオン伝導度が、
10-3S/cmオーダーを示し、参考に示した電解液単独
のイオン伝導度に近似する高い値であった。
As is clear from Table 1 above, the polymer solid electrolytes obtained in the examples all have ionic conductivity
The value was on the order of 10 −3 S / cm, which was a high value close to the ionic conductivity of the electrolyte solution shown in the reference.

【0047】実施例6 炭酸リチウムと塩基性炭酸コバルトとリン含有率85%
のリン酸とを、原子比でLi:Co:P=2:1:1と
なるように秤量した後に、電気炉で900℃まで加熱し
て作製したリチウム/コバルト/リン複合酸化物を正極
活物質に、金属Liを負極に、実施例5で作製したシー
トを電解質に用い、サイクリックボルタンメトリーによ
り酸化還元反応をモニターしたが、電極間に6Vが印加
された状態でも分解を示すピークは出現しなかった。
Example 6 Lithium carbonate, basic cobalt carbonate and phosphorus content 85%
Lithium / cobalt / phosphorus composite oxide prepared by heating up to 900 ° C. in an electric furnace after weighing the phosphoric acid and the phosphoric acid in the atomic ratio of Li: Co: P = 2: 1: 1. Using the material Li as the negative electrode and the sheet prepared in Example 5 as the electrolyte, the oxidation-reduction reaction was monitored by cyclic voltammetry, but a peak showing decomposition appeared even when 6 V was applied between the electrodes. There wasn't.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明の高分子固体電解質は、電解液保
持能に優れるニトリル基を有するアクリロニトリルユニ
ットをポリマー分子中に特定量導入したポリマーをベー
スポリマーとして使用しているので、ポリマー自重の数
倍から10倍もの電解液を保持できるようになり、電解
液のイオン伝導度と同レベルの10-3S/cmオーダーの
イオン伝導度を示す。
The polymer solid electrolyte of the present invention uses as a base polymer a polymer in which a specific amount of an acrylonitrile unit having a nitrile group having an excellent electrolyte retaining ability is introduced into the polymer molecule. It becomes possible to retain twice to ten times as much electrolytic solution, and shows an ionic conductivity of the order of 10 −3 S / cm, which is the same level as the ionic conductivity of the electrolytic solution.

【0049】また、分子中にニトリル基を有するアクリ
ロニトリルユニットをポリマー分子中に特定量導入した
ポリマーを使用した高分子固体電解質は、酸化分解電位
が高い方へシフトするので、これを例えば電池に用いる
と、高起電力型電池が得られる。また、高分子固体電解
質は、成形性に優れシート状、フィルム状等の薄膜が容
易に成形できるので、これを例えば電池に用いると、薄
型電池が得られる。
Further, a polymer solid electrolyte using a polymer in which a specific amount of an acrylonitrile unit having a nitrile group in the molecule is introduced into the polymer molecule has a higher oxidative decomposition potential, so that it is used in, for example, a battery. Thus, a high electromotive force type battery is obtained. Further, since the solid polymer electrolyte is excellent in moldability and a thin film such as a sheet or a film can be easily molded, a thin battery can be obtained by using this as a battery, for example.

【0050】このように、本発明の高分子固体電解質
は、高イオン伝導度を有し、酸化分解電位が高くまた成
形性に優れるので、特に薄型の高起電力型電池の作製に
有用である。
As described above, the solid polymer electrolyte of the present invention has a high ionic conductivity, a high oxidative decomposition potential and an excellent moldability, and thus is particularly useful for producing a thin high electromotive force type battery. .

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 分子中に式(I)で示される構造単位を
少なくとも20重量%含有するポリマーと、電解質とよ
りなる高分子固体電解質。 【化1】
1. A solid polymer electrolyte comprising a polymer containing at least 20% by weight of the structural unit represented by formula (I) in the molecule, and an electrolyte. [Chemical 1]
【請求項2】 上記のポリマーが、式(II)で示され
る構造単位を有する共重合体である請求項1記載の高分
子固体電解質。 【化2】
2. The polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein the polymer is a copolymer having a structural unit represented by the formula (II). [Chemical 2]
【請求項3】 上記のポリマーが、式(III)で示さ
れる構造単位を有する共重合体である請求項1または2
記載の高分子固体電解質。 【化3】
3. The polymer according to claim 1, which is a copolymer having a structural unit represented by the formula (III).
The polymer solid electrolyte described. [Chemical 3]
【請求項4】 上記ポリマーの状態が、該ポリマー間を
分子中に式(I)で示される構造単位を有するオリゴマ
ーで架橋してなる架橋ポリマーである請求項1記載の高
分子固体電解質。 【化4】
4. The polymer solid electrolyte according to claim 1, wherein the state of the polymer is a crosslinked polymer obtained by crosslinking between the polymers with an oligomer having a structural unit represented by the formula (I) in the molecule. [Chemical 4]
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH103945A (en) * 1996-06-15 1998-01-06 Sony Corp Flame-retardant gel electrolyte, and battery using same
JP2008071624A (en) * 2006-09-14 2008-03-27 Nec Tokin Corp Lithium polymer battery

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