JPH11106440A - 電解液固化用共重合体、電解液固化剤及び固体電解質 - Google Patents

電解液固化用共重合体、電解液固化剤及び固体電解質

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JPH11106440A
JPH11106440A JP9287928A JP28792897A JPH11106440A JP H11106440 A JPH11106440 A JP H11106440A JP 9287928 A JP9287928 A JP 9287928A JP 28792897 A JP28792897 A JP 28792897A JP H11106440 A JPH11106440 A JP H11106440A
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copolymer
electrolyte
group
organic solvent
solution
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衛 界
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SANSUI KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液漏れの心配がなく、安全性に優れ、機器
の隙間に実装することができ、導電特性及び成形加工性
に優れた電解液固化用共重合体、電解液の固化剤及び固
体電解質を得る。 【解決手段】 下記化1の単量体20〜98重量%と下
記化2の単量体2〜80重量%を共重合させ非プロトン
性有機溶媒に溶解して液状化できる共重合体。 【化1】 (式中、R1 はH又はC1 〜C3 のアルキル基であり、
2 及びR3 はC1 以上の非反応性の置換基である。) 【化2】 (式中、R4 及びR5 はH又はC1 以上のアルキル基で
あり、Xはグリシジル基、カルボキシル基、水酸基、ア
ミノ基、活性水素を有するアクリルアミドないしメタク
リルアミドの誘導体、イソシアネート基、メルカプタン
基、ハロゲン基、アルコキシシラン基、スルホン酸基及
びビニル基から選ばれた1の反応性基を有する置換基で
ある。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ電解コンデ
ンサー、リチウム二次電池などの高エネルギー密度電
池、エレクトロクロミックディスプレー等に使用されて
いる固体電解質、この固体電解質を得るための電解液の
固化剤(ゲル化剤も含む)及び固化剤の主成分たる共重
合体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アルミ電解コンデンサーの電解液は、ア
ンモニウム塩ないしアミン塩をエチレングリコール(E
G)に溶解したものがよく用いられており、リチウム・
フッ化炭素電池やリチウム・マンガン電池の電解液は、
リチウム塩をγ−ブチロラクトン(BL)やプロピレン
カーボネート(PC)に溶解したものが一般的である。
しかし、電解液は液体であるから液漏れするおそれがあ
るので、電解液をポリマーシートに含浸させたり、反応
性高分子を電解液に添加してゲル化ないし固化させたり
して液漏れを防止し、安全性に優れ、機器の隙間に実装
でき、かつ成形加工性に優れたものを得るための技術が
種々提唱されている。
【0003】電解液をポリマーシートに含浸させる技術
は、特開平8−306389号公報及び特開平7−33
5258号公報に記載されており、前者は薄膜のポリマ
ー電解質層を積層して配したものであり、内部ショート
のない安全性に優れたリチウムポリマー二次電池を開示
している。後者は、低極性高分子マトリックスと高極性
高分子マトリックスとを混合し、キャストし、水を除去
するために加熱乾燥して高分子マトリクスフィルムを調
製した後、電解液に浸漬して高分子固体電解質を作製し
ている。
【0004】反応性高分子を電解液に添加して架橋反応
により固化させる技術は特開平9−7577号公報に記
載されており、この技術は熱感応性ポリマーを二次電池
のセパレーターとして用いたものである。この二次電池
は、電池内温度が上昇しても熱感応性ポリマーが電解質
成分調整機能を発揮して安全性に優れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし 特開平8−3
06389号の技術ではポリマー成分の選択や合成が完
全でない為、電解質がポリマーマトリックスに均一に存
在しない現象(ポリマーマトリックスが粗密に存在する
現象)が起き、積層の工夫が必要である。特開平8−3
06389号や特開平7−335258号の方法は浸漬
工程を要するのでフイルム状の用途に限定され、広範囲
の電解液には適用できない困難性を有していた。
【0006】また、特開平9−7577号の技術は室温
で液状であるので液漏れの解消にならず、温度上昇で導
電率が低下する事は当該用途ではしばしば困難性をとも
ない必ずしも満足できるものではなかった。
【0007】本発明は、液漏れの心配がなく、安全性に
優れ、機器の隙間に実装することができ、導電特性及び
成形加工性に優れた電解液の固化剤及び固体電解質を得
ることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の電解液固
化用共重合体は、非プロトン性有機溶媒に電解質を溶解
した電解液に添加して電解液をゲル化ないし固化させる
電解液固化用共重合体において、前記共重合体が下記化
1の単量体20〜98重量%と下記化2の単量体2〜8
0重量%を共重合させ非プロトン性有機溶媒に溶解して
液状化できる共重合体であることを特徴とするものであ
る。
【0009】
【化1】 (式中、R1 はH又はC1 〜C3 のアルキル基であり、
2 及びR3 はC1 以上の非反応性の置換基である。)
【0010】
【化2】 (式中、R4 及びR5 はH又はC1 以上のアルキル基で
あり、Xはグリシジル基、カルボキシル基、水酸基、ア
ミノ基、活性水素を有するアクリルアミドないしメタク
リルアミドの誘導体、イソシアネート基、メルカプタン
基、ハロゲン基、アルコキシシラン基、スルホン酸基及
びビニル基から選ばれた1の反応性基を有する置換基で
ある。)
【0011】非プロトン性有機溶媒としては、カーボネ
ート溶媒(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、
ジエチルカーボネート等)、ラクトン溶媒(γ−ブチロ
ラクトン、γ−バレロラクトン等)、アルコール溶媒
(エチレングリコール、プロピレングリコール等)、エ
ーテル溶媒(ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエ
タン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエ
タン、1,3−ジメトキシプロパン、ジエチレングリコ
ールモノメチルエーテル等)、フラン溶媒(テトラヒド
ロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等)、アミド
溶媒(N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホル
ムアミド等)、スルホラン溶媒(スルホラン等)、ニト
リル溶媒(アセトニトリル、ベンゾニトリル等)、ピロ
リドン類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、
4−メチル−1,3−ジオキソラン、非プロトン性を損
なわない程度の少量の水等を挙げることができる。これ
らは単独でまたは2種以上の混合溶媒として用いること
ができる。これらのうち好ましくはカーボネート溶媒、
アルコール溶媒、ラクトン溶媒、エーテル溶媒、フラン
溶媒である。
【0012】電解質としては、アジピン酸のアンモニウ
ム塩、トリエチルアミン塩、トリブチルアミン塩、フタ
ル酸のアンモニウム塩、トリエチルアミン塩、トリブチ
ルアミン塩、セバシン酸のアンモニウム塩、トリエチル
アミン塩、トリブチルアミン塩、安息香酸アンモニウ
ム、ホウ酸アンモニウム、2−ブチルオクタン二酸アン
モニウム、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiB
4 )、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF6 )、六フ
ッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6 )、トリフル
オロメタンスルホン酸リチウム、ビストリフルオロメチ
ルスルホニルイミドリチウム等を挙げることができる。
【0013】化1で表されるビニル単量体としては、
N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチル−N−エ
チルアクリルアミド、N−メチル−N−n−プロピルア
クリルアミド、N−メチル−N−イソプロピルアクリル
アミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジ
メチルアミノプロピルアクリルアミドメチルクロライド
四級塩、アクリロイルモルホリン等のアクリルアミド誘
導体又はメタクリルアミド誘導体を挙げることができ
る。これらは単独であるいは2種以上の混合物として用
いることができる。
【0014】化2の反応性基Xを有する置換基は、グリ
シジル基を有する化合物(グリシジルメタクリレート、
アリルグリシジルエーテル等)、カルボキシル基を有す
る化合物(アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マ
レイン酸、フマル酸、クロトン酸、アコニット酸等)、
水酸基を有する化合物(ヒドロキシメチルメタクリレー
ト、ポリエチレングリコールモノメタクリレート例えば
日本油脂(株)製商品名“ブレンマー PE−90”、
2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエ
チルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリ
レート、2−ヒドロキシブチルメタクリレート、2−ヒ
ドロキシヘキシルメタクリレート等)、アミノ基を有す
る化合物(アミノメチルスチレン、2−t−ブチルアミ
ノエチルメタクリレート等)、活性水素を有するアクリ
ルアミド誘導体又はメタクリルアミド誘導体(アクリル
アミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルア
ミド、N−メトキシプロピルアクリルアミド、N−メト
キシプロピルメタクリルアミド、N−エトキシプロピル
アクリルアミド、N−エトキシプロピルメタクリルアミ
ド、N−イソプロポキシプロピルアクリルアミド、N−
イソプロポキシプロピルメタクリルアミド、N−エトキ
シエチルアクリルアミド、N−エトキシエチルメタクリ
ルアミド、N−メトキシエチルアクリルアミド、N−メ
トキシエチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルア
クリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド、
ダイアセトンアクリルアミド等)、イソシアネート基を
有する化合物(2−イソシアネートエチルメタクリレー
ト、m−イソプロペニル−α,α−ジメチルベンジルイ
ソシアネート等)、メルカプタン基を有する化合物(メ
ルカプトメチルスチレン等)、ハロゲン基を有する化合
物(クロロメチルスチレン、クロロエチルビニルエーテ
ル、アクリル酸クロライド等)、アルコキシシラン基を
有する化合物(γ−メタクリロキシプロピルトリメトキ
シシラン等)、スルホン酸基を有する化合物(p−スチ
レンスルホン酸等)、多価ビニル基を有する化合物(ト
リメチロールプロパントリメタクリレート、ジビニルベ
ンゼン等)等の炭素から水素1個が脱離した基である。
これらは単独であるいは2種以上の混合物として用いる
ことができる。
【0015】共重合体の化1と化2との混合比率は、全
ビニル単量体を基準として化1で表されるビニル単量体
が20〜98重量%、好ましくは30〜90重量%、化
2で表されるビニル単量体が2〜80重量%である。必
要により下記の化3で表されるビニル単量体が0〜50
重量%を添加することができる。
【0016】
【化3】 (式中、R6 及びR7 は非反応性を含む置換基であ
る。)
【0017】化3で表されるビニル単量体は共重合でき
る他の単量体であり必要において物理特性や電気特性を
改良するのに役立つ。例えば、アクリル酸エステル又は
メタクリル酸エステル(エチルアクリレート、エチルメ
タクリレート、メチルメタクリレート、ブチルアクリレ
ート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート
等)、オレフィン(エチレン、プロピレン、イソブチレ
ン等)、ジエン(ブタジエン等)、スチレン及びスチレ
ン誘導体、ビニルアセテート、ビニルブチレート、ビニ
ルカプロレイト、アクリロニトリル、メタクリロニトリ
ル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等を挙げることができ
る。これらは単独であるいは2種以上の混合物として用
いることができる。
【0018】化1、化2及び化3で表される化合物の混
合比率としては全ビニル単量体を基準として化1で表さ
れるビニル単量体が20〜98重量%、好ましくは30
〜90重量%、化2で表されるビニル単量体が2〜80
重量%、好ましくは10〜50%、必要により添加され
る化3で表されるビニル単量体は0〜50重量%、好ま
しくは0〜20重量%である。
【0019】共重合体の合成方法としては前記した方法
と同様の方法で合成することができる。非プロトン性有
機溶媒及び電解質は、前記の化1及び化2及び化3で表
されるビニル単量体から合成される共重合体、架橋剤、
非プロトン性有機溶媒及び電解質の場合に用いられたも
のと同じ溶媒及び電解質を用いることが出来る。共重合
体、非プロトン性有機溶媒及び電解質を混合し均一にし
た後、室温〜180℃、好ましくは室温〜150℃の温
度で硬化反応を行い、固定電解質を得ることができる。
得られた固定電解質は通常200℃を超えても液化する
ことはない。共重合体の配合割合が1重量%未満である
と硬化した固体電解質の機械的強度は弱い又は硬化反応
しない事もある。また共重合体の配合割合が80重量%
を超えると粘度上昇が著しく実用に供する事ができな
い。
【0020】本発明を構成する共重合体の合成方法とし
ては通常の方法を用いることができ、溶液重合法、塊状
重合法、乳化重合法、懸濁重合法、紫外線硬化による重
合法等が挙げられる。これらのうち、通常溶液重合法が
好ましく用いられる。溶液重合に用いられる溶媒は前記
の非プロトン性有機溶媒のほかに非プロトン性を失わな
い程度の少量水を挙げることができる。これらはそれぞ
れ単独で用いてもよく、また2種以上混合して用いても
よい。これらのうち実用上多用できるのはカーボネート
溶媒、アルコール溶媒、ラクトン溶媒である。溶液重合
法で重合を行う時のモノマー濃度は重合溶液に対して通
常1〜80重量%、好ましくは5〜60重量%である。
【0021】重合を開始する方法としては、放射線また
は電子線を照射するか、ラジカル重合開始剤の存在下に
加熱するか、あるいは光増感剤の存在下、光照射するな
どの通常知られている任意の方法を用いることができ
る。ラジカル重合開始剤としては、2,2´−アゾビス
イソブチロニトリル、2,2´−アゾビス(2,4−ジ
メチルバレロニトリル)、1,1´−アゾビス(シクロ
ヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2´−アゾビス
イソ酪酸ジメチル、4,4´−アゾビス(4−シアノ吉
草酸)等のアゾ系開始剤、過酸化ベンゾイル、クメンヒ
ドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイ
ド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノネート
等の過酸化物系開始剤、過硫酸アンモニウムと亜硫酸ナ
トリウム又は過酸化水素とL−アスコルビン酸等の組み
合わせのレドックス系開始剤等を挙げることが出来る。
ラジカル重合開始剤の使用量はモノマーに対し通常0.
01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%使用
される。重合温度は重合方法や使用する開始剤の種類に
より異なるが、通常20〜100℃、好ましくは40〜
90℃である。
【0022】請求項2記載の発明は、請求項1記載の電
解液固化用共重合体において、化1のR2 及びR3 が炭
素数合計4以下のアルキル基又はモルホリン環であるこ
とを特徴とするものである。
【0023】請求項3記載の発明は、請求項1記載の電
解液固化用共重合体において、化2のXがグリシジル基
又は水酸基を有する置換基であることを特徴とするもの
である。
【0024】請求項4記載の電解液固化剤は、請求項
1、2又は3記載の共重合体と架橋剤と非プロトン性有
機溶媒に溶解した電解質とを含んでおり、請求項1、2
又は3記載の共重合体と架橋剤の配合比率が共重合体に
含まれる反応性基と架橋剤に含まれる反応性基が当量比
で0.02〜2であり、非プロトン性有機溶媒に溶解し
た電解質が全重量1kgに対して通常0.01〜5モル
であることを特徴とするものである。請求項1、2又は
3記載の共重合体、架橋剤、非プロトン性有機溶媒及び
電解質を混合し均一にした後、室温〜180℃、好まし
くは室温〜150℃の温度で硬化を行い、固体電解質を
得ることができる。共重合体の配合割合は通常、全重量
に対して1〜80重量%、好ましくは3〜40重量%で
ある。共重合体の配合割合が1重量%未満であると硬化
しない事があり、硬化しても固体電解質の機械的強度は
弱い。また共重合体の配合割合が80重量%を超えると
粘度が著しく上昇し取り扱いが困難になる。架橋剤中の
反応基/共重合体の反応性基が2モルを超えてもかまわ
ないが、場合によっては架橋剤過剰の悪影響がでること
がある。0.02モル以下では硬化しない。電解質が
0.01モル以下では十分な導電性が得られず、5モル
を超えると電解質の溶媒への溶解度を超えて電解質の析
出が起きる場合もある。請求項1、2又は3記載の共重
合体、架橋剤、非プロトン性有機溶媒、電解質の他に必
要に応じ他の添加物を加えることができる。例えば本発
明の固体電解質をアルミ電解コンデンサに使用する場合
は必要に応じ水を添加することができる。また水酸基を
分子中に有する共重合体とメチロール基を有する化合物
との架橋反応に際しては反応触媒としてp−トルエンス
ルホン酸等を加えることができる。
【0025】請求項5記載の固体電解質は、請求項1、
2又は3記載の共重合体が自己架橋してなる三次元網目
体と、この三次元網目体に含有された非プロトン性有機
溶媒と、非プロトン性有機溶媒に溶解した電解質とを含
んでいることを特徴とするものである。前記した化2の
単量体のうち、活性水素を有するアクリルアミド誘導体
又はメタクリルアミド誘導体(アクリルアミド、メタク
リルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メト
キシプロピルアクリルアミド、N−メトキシプロピルメ
タクリルアミド、N−エトキシプロピルアクリルアミ
ド、N−エトキシプロピルメタクリルアミド、N−イソ
プロポキシプロピルアクリルアミド、N−イソプロポキ
シプロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアク
リルアミド、N−エトキシエチルメタクリルアミド、N
−メトキシエチルアクリルアミド、N−メトキシエチル
メタクリルアミド、Nーブトキシメチルアクリルアミ
ド、Nーブトキシメチルメタクリルアミド、ダイアセト
ンアクリルアミド等)やアルコキシシラン基を有する化
合物(γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
等を含む反応性共重合体は、自己架橋することができ
る。化2のビニル単量体がメチロール基を分子中に含む
ものであれば、メチロール基同士が反応し、ホルムアル
デヒド及び水を遊離して縮合することにより、架橋剤を
加えることなしに固化させることができる。アルコキシ
アルキル基、メトキシシラノアルキル基を分子中に含む
ものも架橋剤を加えることなしに硬化反応を起こさせる
ことができる。これらは1種または2種以上の混合物と
して用いることができる。
【0026】請求項6記載の固体電解質は、請求項1、
2又は3記載の共重合体が架橋剤によって架橋されてな
る三次元網目体と、この三次元網目体に含有された非プ
ロトン性溶媒溶媒と、非プロトン性有機溶媒に溶解した
電解質とを含んでいることを特徴とするものである。架
橋剤は共重合体分子中に含まれる反応性基の種類に応じ
て適切に選択されるべきである。グリシジル基を分子中
に含む共重合体の硬化にはエポキシ樹脂用硬化剤として
通常使われている化合物を架橋剤として用いることがで
きる。例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテト
ラミン、トリ(メチルアミノ)ヘキサン、ジエチルアミ
ノプロピルアミン等の脂肪族アミン、変性脂肪族ポリア
ミン、メタフェニレンジアミン、メタキシレンジアミ
ン、ジフェニルジアミノメタン等の芳香族アミン、トリ
エチルアミン、トリブチルアミン、ベンジルジメチルア
ミン等の第三級アミン、アミノエチルピペラジン等の環
状アミン、複素環式アミン、2−メチル−4−エチルイ
ミダゾール等のイミダゾール化合物、ポリアクリルアミ
ド、アクリルアミド共重合体、ルイス酸等の酸、ポリア
ジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、メチルテト
ラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無
水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸
等の酸無水物、三フッ化硼素等を挙げることができる。
【0027】カルボキシル基を分子中に含む共重合体の
硬化にはエポキシ化合物、アジリジン化合物、オキサゾ
リン化合物、カルボジイミド化合物を架橋剤として用い
ることができる。エポキシ化合物としてはネオペンチル
グリコールジグリシジルエーテル、グリセリンポリグリ
シジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フ
ェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジグリシジルフタ
レート、ジグリシジルヘキサヒドロフタレート、テトラ
グリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、トリグリ
シジルイソシアヌレート、ジグリシジルヒダントイン等
の1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物を挙
げることができる。アジリジン化合物としてはトリメチ
ロールプロパン−トリ−β−アジリジニルプロピオネー
ト、N,N′−トルエン−2,4−ビス(1−アジリジ
ンカルボキサミド)、N,N′−ヘキサメチレン−1,
6−ビス(1−アジリジンカルボキサミド)等の1分子
中に2個以上のアジリジン環を有する化合物を挙げるこ
とができる。オキサゾリン化合物としては(株)日本触
媒製商品名“エポクロスWS−500”、カルボジイミ
ド化合物としてユニオンカーバイド社(米国)商品名
“UCARLNK crosslinker XL−2
9SE”等を挙げることができる。水酸基を分子中に含
む共重合体の硬化にはイソシアネート化合物、メチロー
ル基を有する化合物を架橋剤として用いることができ
る。イソシアネート化合物としてはトルエンジイソシア
ネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレン
ジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、ヘキサメチレントリイソシアネート等のイソシアネ
ート基を1分子中に2個以上含む化合物を挙げることが
できる。実施例のタケネートD−204はこうしたイソ
シアネート類である。
【0028】メチロール基を有する化合物としてはメチ
ロール化メラミン等のメチロール基を1分子中に2個以
上含む化合物を挙げることができる。
【0029】アミノ基を分子中に含む共重合体の硬化に
は前記のエポキシ化合物やイソシアネート化合物を架橋
剤として用いることができる。活性基を有するアクリル
アミド誘導体又はメタクリルアミド誘導体を用いて合成
した共重合体の硬化には前記のエポキシ化合物を架橋剤
として用いることができる。イソシアネート基を分子中
に含む共重合体の硬化には前記の脂肪族アミン、芳香族
アミン及び水酸基を有する化合物を架橋剤として用いる
ことができる。水酸基を有する化合物としてはエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコ
ールを挙げることができる。
【0030】メルカプタン基を分子中に含む共重合体の
硬化には前記のイソシアネート化合物を架橋剤として用
いることができる。ハロゲン基を分子中に含む共重合体
の硬化には前記の脂肪族アミン、芳香族アミンを架橋剤
として用いることができる。
【0031】アルコキシシラン基を分子中に含む共重合
体の硬化には前記の多価アルコールを架橋剤として用い
ることができ、或いは水分による加水分解での自己架橋
もできる。
【0032】なお、反応性基と架橋剤とを適宜選択する
ことにより、自己架橋と架橋剤による架橋とが混在した
固体電解質を得ることができる。
【0033】
【作用】従来技術の欄に記載した特開平9−7577号
公報ではポリアクリルアミドが併用できる事が記載され
ている。また、ポリアクリルアミドをプロトン性電解液
のゲル化剤として使用する事も当該業界では知られてい
る。しかし、ポリアクリルアミドは非プロトン性有機溶
媒への溶解度は極めて低く、非プロトン性電解液の固化
剤としては実用性がない。従って、本発明はポリアクリ
ルアミドは除外して当研究を完成させた。
【0034】また、高分子論文集vol54、No8、
pp477〜482(Aug、1997)に記載のN−
イソプロピルアクリルアミド共重合体は、水性の電解質
錯体として、pH又は温度感応性の可逆的性質を利用す
る方法を考案している。しかし当発明の不可逆の固体電
解質にまで到達したものではなかった。
【0035】本発明の共重合体は比較的低粘度で供給さ
れので、電池容器やコンデンサー容器やエレクトロクロ
ミック容器に流し込みが容易であり、室温又は加熱で容
易に固化する。また、塗工する場合には共重合体の分子
量調整や溶媒の種類や重合体濃度を調整する事で適性な
塗工粘度が得られ、フイルム状の電解液固化物も得る事
ができる。こうした特徴は従来の電解液固化用の共重合
体には見られない特徴であり、本発明の特異な重合体構
造と、架橋機構に起因するものである。
【0036】本発明の固体電解質は、低温から120℃
を超える高温の広領域の温度範囲で電解液を固化状態に
保つことができる。さらに本発明の固体電解質は固化状
でも液状とほぼ同じ導電性能を発揮し、本発明の固体硬
度が変化しても導電性能をほぼ同程度に保つことができ
る。
【0037】
【発明の実施の形態】以下実施例を用いて本発明を更に
説明する。文中のgはグラムを示す。本発明は下記実施
例に限定されるものではない。なお、実施例中エチレン
グリコ−ル溶媒ベースの配合例はアルミ電解コンデンサ
ー用の電解液であり、プロピレンカーボネート又はγー
ブチロラクトン溶媒ベースの配合はリチウム電池又はエ
レクトロクロミック用の電解液である。
【0038】・共重合体合成例1 エチレングリコール60g、N,N−ジメチルアクリル
アミド105g、グリシジルメタクリレート45gを容
器に取り混合し、モノマー溶液を調製した。攪拌棒、温
度計、還流管、窒素導入管、モノマー溶液滴下装置を備
えた1Lセパラブル容器にエチレングリコール280
g、モノマー溶液20gを取り、窒素気流下加熱し、6
8℃に達した時、アゾビスイソブチロニトリル(AIB
N)3gを投入した。AIBN投入10分後に残りのモ
ノマー溶液を、反応温度を68℃に保持したまま、徐々
に滴下した。モノマー溶液の滴下は60分間要した。
【0039】滴下終了後、72℃で1時間、更に85℃
で3時間保持して共重合体溶液を得た。得られた重合体
溶液を分析したところ、不揮発分が31.3%、粘度が
5200cps(B型回転粘度計測定)、残留単量体が
N,N−ジメチルアクリルアミド:0.09%、グリシ
ジルメタクリレート:0.25%(ガスクロマトグラフ
ィー測定)、重合転化率:98.9%、重量平均分子量
が8100(スチレンポリマーを検量線とするゲルパミ
ューションクロマトグラフィー測定)、無色透明な液体
であった。
【0040】・共重合体合成例2〜10 共重合体合成例1でモノマー組成及び溶媒を表1のよう
に変えた以外は共重合体合成例1と同様に操作して共重
合体溶液を得た。なおモノマー溶液の滴下時間はどの合
成例でもほぼ1時間である。
【0041】
【表1】
【0042】・共重合体合成例11 エチレングリコール60g、N,N−ジメチルアクリル
アミド75g、2−ヒドロキシエチルアクリレート30
g、グリシジルメタクリレート45gを容器に取り混合
し、モノマー溶液を調製した。攪拌棒、温度計、還流
管、窒素導入管、モノマー溶液滴下装置を備えた1Lセ
パラブル容器にエチレングリコール280g、モノマー
溶液20gを取り、窒素気流下加熱し、68℃に達した
時、AIBN1.5gを投入した。AIBN投入10分
後に残りのモノマー溶液を、反応温度を68℃に保持し
たまま、徐々に滴下した。モノマー溶液の滴下は60分
間要した。滴下終了後、72℃で1時間、更に85℃で
3時間保持して共重合体溶液を得た。
【0043】・共重合体合成例12 プロピレンカーボネート60g、N,N−ジメチルアク
リルアミド75g、アクリロイルモルホリン30g、グ
リシジルメタクリレート45gを容器に取り混合し、モ
ノマー溶液を調製した。攪拌棒、温度計、還流管、窒素
導入管、モノマー溶液滴下装置を備えた1Lセパラブル
容器にプロピレンカーボネート280g、モノマー溶液
20gを取り、窒素気流下加熱し、68℃に達した時、
AIBN3gを投入した。AIBN投入10分後に残り
のモノマー溶液を、反応温度を68℃に保持したまま、
徐々に滴下した。モノマー溶液の滴下は60分間要し
た。滴下終了後、72℃で1時間、更に85℃で3時間
保持して共重合体溶液を得た。
【0044】・共重合体合成例13〜15 共重合体合成例12でモノマー組成を表2のように変え
た以外は共重合体合成例12と同様に操作して共重合体
溶液を得た。なおモノマー溶液の滴下時間はどの合成例
でもほぼ1時間である。
【0045】
【表2】
【0046】・固体電解質製造例16 共重合体合成例1の共重合体溶液100重量部、ジエチ
レントリアミン2重量部、アジピン酸アンモニウム(ア
ジピン酸とアンモニアがモル比で1:1である)の10
重量%エチレングリコール溶液100重量部を室温で混
合し、均一溶液を得た。得られた電解液の粘度は600
cpsであった、粘度はB型回転粘度計で60rpmで
25℃で測定した。この溶液をオーブン中に2時間静置
して電解液を固化させた。
【0047】・固体電解質製造例17 共重合体合成例7の共重合体溶液100重量部、アジピ
ン酸アンモニウム(アジピン酸とアンモニアがモル比で
1:1である)の10重量%エチレングリコール溶液1
00重量部を室温で混合し、均一溶液を得た。粘度80
0cpsであり、この溶液を85℃のオーブン中に1時
間静置し、透明な硬化物を得た。この事から、架橋剤を
添加する事なしに、共重合体合成例7は分子内に自己架
橋構造を有する事を示している。
【0048】・固体電解質製造例18 共重合体合成例2の共重合体溶液50重量部、オキサゾ
リン化合物{(株)日本触媒製商品名“エポクロスWS
−500”}50重量部、過塩素酸リチウムの2モル/
リットルエチレングリコール溶液100重量部を室温で
混合し、均一溶液を得た。得られた電解液の粘度は58
0cpsであった。この溶液を85℃のオーブン中に3
時間静置し、透明な硬化物を得た。
【0049】・固体電解質製造例19 共重合体合成例9の共重合体溶液100重量部、武田薬
品工業(株)製商品名“タケネートD−204”13重
量部、過塩素酸リチウムの2モル/リットルのプロピレ
ンカーボネート溶液113重量部を室温で混合し、均一
溶液を得た。得られた電解液の粘度は250cpsであ
った。この溶液を85℃のオーブン中に2時間静置し、
透明な硬化物を得た。
【0050】・固体電解質製造例20 共重合体合成例8の共重合体溶液50重量部、プロピレ
ンカーボネート75重量部、ジエチレントリアミン1重
量部、過塩素酸リチウムの2モル/リットルのプロピレ
ンカーボネート溶液125重量部を室温で混合し、均一
溶液を得た。得られた電解液の粘度は620cpsであ
った。この溶液を85℃のオーブン中に2時間静置し、
透明な硬化物を得た。
【0051】・固体電解質製造例21 共重合体合成例10の共重合体溶液100重量部、ジエ
チレントリアミン2重量部、過塩素酸リチウムの2モル
/リットルγ−ブチロラクトン溶液100重量部を室温
で混合し、均一溶液を得た。この電解液の粘度は550
cpsであった。この溶液を85℃のオーブン中に2時
間静置し、透明な硬化物を得た。
【0052】・固体電解質製造例22 共重合体合成例13の共重合体溶液100重量部、プロ
ピレンカーボネート50重量部、ジエチレントリアミン
1.2重量部、過塩素酸リチウムの2モル/リットルの
プロピレンカーボネート溶液100重量部を室温で混合
し、均一溶液を得た。この電解液の粘度は3000cp
sであった。この溶液を85℃のオーブン中に2時間静
置し、透明な硬化物を得た。
【0053】・固体電解質の性能試験23 ブリッジ回路を組み込んだ導電率測定装置で、交流電源
で、20ミリメ−ター(mm)立方のセルに10mm間
隔の白金電極対を装着し、塩化カリュウム標準水溶液で
セル定数を求めた。同一セルに製造例16から製造例2
2までの電解液を仕込み、導電率を測定した。さらに8
5℃で加熱硬化させ、25℃で硬化物(固体電解質)の
導電率を求め、表3にまとめた。
【0054】
【表3】
【0055】表3は硬化した後でも、硬化前とほぼ同じ
導電特性を保持している事を示している。
【0056】・固体電解質の性能試験24 製造例16〜22の寒天状の電解液硬化物(固体電解
質)の硬度を測定する為、次の装置で硬度を測定した。
図1はFUDOH レオメーターによる硬度測定装置の概略図
である。試料16(固体電解質)表面に接したプランジ
ャー2に移動架台3が上昇する事で、荷重応力が検出さ
れる。荷重応力とプランジャー2の試料進入距離L(m
m)が測定される。FUDOH レオメーター(RHEO METER)
は型式NRM-2002J であり、レオテック社製の直径プラン
ジャー径10mm、荷重速度毎分20mm、25℃で測
定した。内径22mmで20ミリリッターのガラス容器
に充填された電解液硬化物にプランジャーが試料に進入
する距離毎に比例して荷重応力が測定された。得られた
チャート紙から荷重応力/進入距離を求め、勾配で硬度
の目安とした。数値の大きい程、固い電解液硬化物であ
る事を示している。図2は測定の得られたチャート紙で
あり、ほぼ直線の勾配(荷重応力/進入距離)を求める
事で硬度(単位:g/mm)が得られる。同様な方法で
資料17から22を測定した結果を表4に示した。
【0057】
【表4】
【0058】表4は重合体や架橋剤や溶媒の種類で硬度
が大きく変る事を示している。しかし、硬度が大きく変
化しても、導電特性が変化しない事を示している。
【0059】
【発明の効果】本発明によれば、比較的少量の本発明の
共重合体を架橋剤なしで、又は架橋剤と共に硬化反応さ
せる事で、導電率の低下しない固体電解質が得られ、低
温から高温の広い範囲で固くて導電率の高い性能が発揮
される。また、低粘度から高粘度までの電解液の粘度調
整が可能で、取り扱いの容易な電解液を提供する事がで
き、電池やコンデンサーやエレクトロクロミックディス
プレー等の固体電解質に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】硬度測定装置の概略図
【図2】実施例16の硬度を測定したときの測定チャー
ト図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非プロトン性有機溶媒に電解質を溶解し
    た電解液に添加して電解液をゲル化ないし固化させる電
    解液固化用共重合体において、前記共重合体が下記化1
    の単量体20〜98重量%と下記化2の単量体2〜80
    重量%を共重合させ非プロトン性有機溶媒に溶解して液
    状化できる共重合体であることを特徴とする、電解液固
    化用共重合体。 【化1】 (式中、R1 はH又はC1 〜C3 のアルキル基であり、
    2 及びR3 はC1 以上の非反応性の置換基である。) 【化2】 (式中、R4 及びR5 はH又はC1 以上のアルキル基で
    あり、Xはグリシジル基、カルボキシル基、水酸基、ア
    ミノ基、活性水素を有するアクリルアミドないしメタク
    リルアミドの誘導体、イソシアネート基、メルカプタン
    基、ハロゲン基、アルコキシシラン基、スルホン酸基及
    びビニル基から選ばれた1の反応性基を有する置換基で
    ある。)
  2. 【請求項2】 化1のR2 及びR3 が炭素数合計4以下
    のアルキル基又はモルホリン環である、請求項1記載の
    電解液固化用共重合体。
  3. 【請求項3】 化2のXがグリシジル基又は水酸基を有
    する置換基であることを特徴とする、請求項1記載の電
    解液固化用共重合体。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の共重合体と架
    橋剤と非プロトン性有機溶媒に溶解した電解質とを含ん
    でおり、請求項1、2又は3記載の共重合体と架橋剤の
    配合比率が共重合体に含まれる反応性基と架橋剤に含ま
    れる反応性基が当量比で0.02〜2であり、非プロト
    ン性有機溶媒に溶解した電解質が全重量1kgに対して
    0.01〜5モルであることを特徴とする、電解液固化
    剤。
  5. 【請求項5】 請求項1、2又は3記載の電解液固化用
    共重合体が自己架橋してなる三次元網目体と、この三次
    元網目体に含有された非プロトン性有機溶媒と、非プロ
    トン性有機溶媒に溶解した電解質とを含んでいることを
    特徴とする、固体電解質。
  6. 【請求項6】 請求項1、2又は3記載の電解液固化用
    共重合体が架橋剤によって架橋されてなる三次元網目体
    と、この三次元網目体に含有された非プロトン性有機溶
    媒と、非プロトン性有機溶媒に溶解した電解質とを含ん
    でいることを特徴とする、固体電解質。
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