JPS6023974A - 固体電解質電池 - Google Patents

固体電解質電池

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JPS6023974A
JPS6023974A JP58132363A JP13236383A JPS6023974A JP S6023974 A JPS6023974 A JP S6023974A JP 58132363 A JP58132363 A JP 58132363A JP 13236383 A JP13236383 A JP 13236383A JP S6023974 A JPS6023974 A JP S6023974A
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Rei Mikawa
三川 礼
Shirou Toyoda
師郎 豊田
Takashi Nogami
隆 野上
Masayoshi Nawa
名和 政良
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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】 本発明は固体状イオン導電体に関し、更に詳しくは、セ
ンサー、固体電池、気体ポンプ、分圧調整装置などに用
いることが可能であシ、且つ、きわめて成形容易な固体
状イオン導電体に関するものである。
従来電池を構成する電解質は、イオンの移動の容易さか
ら、水溶液状またはペースト状で用いられている。しか
し、電解質を水溶液状又はペースト状にした電池には、
電極の金属の1N蝕電解質水溶液もしくはペーストの漏
洩の問題があシ、特に電池が時計やカメラなどの精密澄
器や、測定装置や計算機など電子機器に使用されている
時に、かかる問題が生ずれば、機器は著しく損傷を受け
ることとなシ、その解決のために種々の工夫がなされで
いる。
これらの工夫の1つとして、電解質に固体電解Jfiを
用いる方法が採用され、はぼ解決の方向が得られている
。用いられる固体電解質はイオン導電性で8勺、たとえ
ば、ナピリウムイオン導電体のN ao ・11A +
2o、、リチウムイオン導電体のLi3N、銅イオン導
電体(7) 7 CuBr −C,H,2N4C口、、
Br 、銀イオノ導電体のR1)Ag4I5等が知られ
ている。ここに挙げたものは、カチオン導電体であるが
アニオンは通常カチオンに較べてイオン半径が大きいこ
とから固体中を動きにくいものであるためアニオン導電
体は少な(知られているものは高温で導電性を示すもの
である。たとえば200℃でフッ素アニオン導電性を示
ずP b Ii”2,300℃で塩素アニオン導電性を
示すPbct2.800℃で02−の導電性を示す(Z
rO,)。。(Y20 g )。、、などが知られてい
る。
しかし、これらの固体電解質はすべて無機物質であって
、無機物質に共通して成形しにくいという問題点がある
。工業的規模で固体電解質を利用し2ようとするときは
、その用途に応じて成形し得べぎことが極めて重要な条
件′t″あり、イオン導電体が容易に成形し得て各種の
用途に応じることができるとすれば、固体電解質電池、
ガスセンサー、イオンセンサー、ガスポンプ、ガス分圧
調繋器等の多数の用途が開けることとなる。
そこで本発明者らは、これらの岡題点を解決し成形容易
な固体状イオン導電体を得るべ(鋭意努力研究した結果
、ある特定の有機高分子化合物の複合体がイオン導電性
を示すことを見出し本発明を完成するに到った8 すなわち、本発明はカチオン性ポリマーの溶液もしくは
液状のカチオン性ポリマー、及びアニオン性ポリマーの
溶液もしくは液状のアニオン性ポリマーを混合し、次い
で所望によシ脱溶媒することによシ得られるポリカチオ
ン・ポリアニオン複合体よりなる固体状イオン導電体を
提供するもの−である。
本発明において、カチオン性ポリマーとしては第4級ア
ンモニウム基含有ポリマーの塩、スルホニウム基含有ポ
リマーの塩、ホスホニウム基含有ポリマーの塩の群から
選ばれた1槌または2種以上のものが用いられる。第4
級アンモニウム基含有ポリマーの塩の例としては、カチ
オン化セルロース、カチオン化澱粉、ポリエチレンイミ
ン第4’Kyl h4、ポリN−メチルビニルピリジン
の塩などのポリビニルピリジンの塩;ポリベンジルトリ
メチルアンモニウム塩などのポリベンジルアメモニウム
の塩:ポリビニルトリメチルアンモニウムクロライドな
どのポリビニルアミンの塩;ポリアリルトリメチルアン
モニウムクロライドなどのポリアリルアミノの塩;ジク
ロロメチルジフェニルエーテルホルマリン縮合物のトリ
アルキルアミンの塩;ポリ(N−ビニル−2,3−ジメ
チルイミダゾリウム塩):ポリジアリルアンモニウム塩
;ポリ(2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオギシブ
ロビルトリメチルアンモニウムクロライド)などのポリ
(2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシアルキル
、トリアルギルアンモニウム塩);ポリ(2−ヒドロキ
シ−3−アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモ
ニウムクロライド)などCつポリ(2−ヒドロキシ−3
−アクリロイルオキシアルキルトリアルキルアンモニウ
ム塩);ポリ(N−メタクリルアミドプロピル−3−ト
リメチルアンモニウムクロライド)などのポリ(N−メ
タクリルアミドプロピル−3−トリアルキルアンモニウ
ム塩)が挙げられる。スルホニウム基含有ポリマーの塩
の例としては、ポリ(2−メタクリロオキシエチルジメ
チルスルホニウムクロライトつなどのポリ(2−メタク
リロオキシアルキルジアルキルスルホニウム塩);ポリ
(2−アクリロオキシエチルジメチルスルホニウムクロ
ライド)すどのポリ(2ニアクリロオキシアルキルジア
ルキルスルホニウム塩)ポリビニルペノジルスル小ニウ
ム塩が、またホスホニウム基含有ポリマーの塩の例とし
ては、ポリ(グリシジルトリブチルホスホニウムクロラ
イド)などのポリ(グリシジルトリアルキルホスホニウ
ム塩)ポリビニルベンジルホスホニウム塩が挙げられる
。カチオン性ポリマーの重合度は、特に制限はないが、
数千〜数十万が好ましい。
本発明において、アニオン性ポリマーは、カルボキシル
基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸基、亜すノ
酸基、次亜リン酸基等を含有するもので6.?、例えば
、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸
、イタコン酸、ビニルスルホン酸、アクリロイルエタン
スルホン酸、アクリロイルプロパンスルポン酸、メタク
リロイルエタンスルホン6L メタクリロイルプロだン
スルホン岐、スチレンスルホン酸、ビニルトルエンスル
ホン酸、アリルスルホン酸、アクリルアミド−2−メチ
ルプロパンスルホン酸、メタクリルアミド−2−メチル
プロパンスルホン酸などの上述のアニオン性基及び重合
性二車結合を有する化合物、Lり得られる重合体又は共
重合体や、これらの化合物と上述のアニオン性基をもた
ないモノマーとの共重合体を挙げることができる。また
、ナフタレンスルホン酸もしくeよその塩、メラミンス
ルホン酸もしくはその塩のホルマリン縮合物などの縮合
物を挙げることもできる。アニオン性ポリマーの重合+
1は、特に制限は無いが、数百〜数百万が好ましい。
本発明に係るポリカチオン・ポリアニオン複合体は、カ
チオン性ポリマーの溶液もしくは液状のカチオン性ポリ
マー、及びアニオン性ポリマーの溶液もしくは液状のア
ニオン性ポリマーを混合し、所望によシ加熱又は脱溶媒
することによシ2・μ造される。なお、ここで液状とは
、常温で液体又Iコ、加熱によシ溶融させんものを意味
する。
カチオン性ポリマー又値アニオン性ポリマーの溶液に使
用する溶媒としてtま、例えば水、テトラヒドロフラン
、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタ
ノール等が好ましく、溶液の濃度は特に制限はないが5
〜50重±t%が好苔しい。1だ、ポリカチオン・ポリ
アニオン複合体中のカチオン性ポリマーとアニオンi主
ポリマーの混合比は、複合体中のイオンのモル比にして
、カチオン性ポリマー:アニオン性ポリマー=1:0.
1〜1:10とするのが好ましい。
本発明の固体状イオン導電体に1、上述の複合体そのも
のでらっても、副生ずる電解質を除法し7ヒものでも、
あるいは他の電解質を混合せしめたものでもよい。この
場合、混合する電解質としては、アルカリ全屈、アルカ
リ土類金か≦、鉄への金属、銅りの金ノi;、両性金!
4静の金属のハロゲン塩、硫ば塩、硝醒塩、燐酸塩、水
酸化物、酸化物などが使用でき、またイj4森物の塩で
あってもよい。
斯くし一〇得らノした本発明に係る固体状イオン導’I
M体は後述の実施例において示される如(、イオ/の移
動をijJ能にするものであシ、カチオン、アニオン両
者のイオン導電体となシ得る。即し、カチオン性ポリマ
ー及びアニオンi主ポリマーのマトリックスがそ)7.
それ反対の電荷を有するイオンのン!玉i稼赤峯路とI
Lリイ()るかジノである。しかし、アニオンとカチオ
ンではそりイオン半径に大きな差がある場合が多く、q
薄質移動の伴うイオン電導では出来るだけ小さなイオン
の方が動き易いため、電導L(Vを上げる目的では陽イ
オン電導体が好んで使われる。
以下、実施例に」ニジ本発明を具体的に説明する。
実施例1 火溶液1502をポリアクリル酸ナトリウム(FA)2
%水溶液500fに混合し、得られた沈澱をソックスレ
ー抽出器にかけ、未反応ポリマー及び無機塩を除き、減
圧下に加熱乾燥した。元素分析によシ、得られたポリマ
ーはアニオン基とカチオン基がほぼ1対1の複合体を形
成していることを確認した。次いで、電解質を含有せし
めるため、この複合体L8f及びLiCL041 fを
混合し、水を加えて攪拌した後、減圧下に加熱乾燥して
、L i ClO4が均一に分散したポリカチオン・ポ
リアニオン複合体を得た。
実施例2 FAの代シにポリアクリロアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸ソーダ(PAMPS )を用いる以外は実施
例1と同様にしてポリカチオン・ポリアニオン複合体を
得た。
実施例3 実施例1で得たポリマー複合体(PA:ボリブレン: 
LiCtO,=2 : 1 : 4、イオンのモル比)
を厚さ1mm、直径13圏のペレットに成形し、これを
2枚の白金1n極によりはさみ、ベクトルインピーダス
メーター(横筒ヒューレットバツカード製、4800A
 )に接続して試料のインピーダンス及び位相のずれを
測定した。試料のペレットはガラス容器内に入れ、真空
ポンプで加熱下で充分ひいてペレットに含まれる水分を
できるだけ除いた後、真空下77℃で測定し、図1の結
果を得た。
又、この試料の比抵抗値(ρ)を種々の温度にて測定し
、結果を図2に示した。、、19’0℃では約35X1
0sQtmであった。
実施例4 実施例2で10だポリマー複合体(PAMPS:ボリブ
レン: LrCl04= 2 : 1 、: 4、イオ
/のモル比)の比抵抗値(ρ)を実施例3と同様にして
測定し、結果を図3に示した。205℃では約4.1X
10’Ωのであった。
実施例5 実施例1で得たポリマー複合体を厚さi tnm、直径
13消のペレット状に成形し、これを活性炭素繊維(布
状、10 my )とリチウム(箔状5■)によシ互い
に接触しないようにはさみ、全体をテフロン製ホルダー
にて固定した後、これをガラス容器に入れ、アルゴン雰
囲気下で密封した。次にガラス容器を徐々に昇温し、1
00℃に保った後、リチウム及び活性炭素繊維間の電圧
を測定したところ、3vの起電力が発生していた。リチ
ウム及び活性炭素繊維間のショートサーキット電流は約
50μAであった。この電池を1011Aの定電流放電
させた時の電池電圧の経時変化を図4に示す。
なお、この定電流数?にによシミ池電圧が2VKなった
ところで、10μAの定電流によシ充電を行ったところ
、電池電圧は放電開始時の電圧まで回復した。この充放
電は10@以上繰p返しが可能であった。
【図面の簡単な説明】
図工はポリマー複合体(PA:ポリブレン: Jul 
ClJJ4−2:1:4、イオンのモル比)の:11′
空丁、77℃において測定しf(Cafe−Cr)Ic
 J:’lotを示す(2)面、図2は図1のポリマー
複合体の各温度における比抵抗値を示す図面、図3 i
、J:ポリマー複合体(PAM、PS : ポリ7 し
7 : LiCl−04= 2 : I : 4、イオ
ンのモル比)の各温度に怠ける比抵抗値を示す図面、図
4は活性炭素繊維、図1のポリマー複合体、リチウムに
よシ構成さり、る電池の放電q!i性を示す図面である
。 以上 図1 [X12 2(10100(’(:+

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 カチオン性ポリマーの溶液もしくは液状のカチオ
    ン性ポリマー、及びアニオン性ポリマーの溶液もしくは
    液状のアニオン性ポリマーを混合し、次いで所望によp
    脱溶媒することによシ得らノ′1、るポリカチオン・ポ
    リアニオン複合体よシなる固体状イオン導電体。 z カチオン性ポリマーが第4級アンモニウム含有ポリ
    マーの塩、スルホニウム基含有ポリマーの塩およびホス
    ホニウム基含有ポリマーの塩よシなる群から選ばれるも
    のであシ、アニオン性ポリマーがカルボキシル基、スル
    ホンg2H1硫酸エステル、l!Ij;、リン酸基、亜
    リン酸基および次亜リン酸基よシなる群〃・ら選ばれる
    アユ1−ン性基の1種又は2 f!lf以上を含有する
    ものである特許請求の範囲第1項記載の固体状イオン導
    電体。 3、 カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーの混合
    比が、得られるポリカチオン・ポリアニオン複合体中の
    イオンのモル°比にして、カチオン性ポリマー:アニオ
    ン性ポリマー=1:0.1〜1:10のものである特許
    請求の範囲第1項記載の固体状イオン導電体。
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