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JP2012018909A - Electrolyte and electrolyte film - Google Patents

Electrolyte and electrolyte film Download PDF

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JP2012018909A
JP2012018909A JP2011064723A JP2011064723A JP2012018909A JP 2012018909 A JP2012018909 A JP 2012018909A JP 2011064723 A JP2011064723 A JP 2011064723A JP 2011064723 A JP2011064723 A JP 2011064723A JP 2012018909 A JP2012018909 A JP 2012018909A
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electrolyte
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Japanese (ja)
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Kenichi Shinmyo
健一 新明
Masashi Kano
正史 加納
Katsu Heiji
克 瓶子
Takahito Ito
敬人 伊藤
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Mie University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
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Mie University NUC
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte film exhibiting ionic conductivity equivalent to that of a gel electrolyte and having high transport number of a lithium ion, and also to provide an electrolyte suitable for manufacturing the electrolyte film.SOLUTION: An electrolyte is characterized by being formed by blending (A) a polyanion type lithium salt, (C) a boron compound and (D) an organic solvent, and an electrolyte film is characterized by being obtained by using such blended electrolyte.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池への適用に好適な電解質及び該電解質を用いて得られた電解質膜に関する。   The present invention relates to an electrolyte suitable for application to a lithium ion secondary battery and an electrolyte membrane obtained using the electrolyte.

リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池に比べて、エネルギー密度及び起電力が高いという特徴を有するため、小型、軽量化が要求される携帯電話やノートパソコン等の電源として広く使用されている。現在、これらの機器に使用されているリチウムイオン二次電池の多くには、電解液として、リチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水系電解液が用いられている。   Lithium ion secondary batteries are characterized by high energy density and electromotive force compared to lead-acid batteries and nickel metal hydride batteries, so they are widely used as power sources for mobile phones and laptop computers that require small size and light weight. ing. Currently, in many of the lithium ion secondary batteries used in these devices, a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used as the electrolytic solution.

しかしながら、非水系電解液を用いた二次電池は、有機溶媒の液漏れに伴う充放電サイクル寿命特性低下の可能性や、負極から正極方向に成長するデンドライドの析出による内部短絡の危険性を有しており、最悪の場合、発火事故の原因となる。近年リチウムイオン二次電池を電力貯蔵用の大型定置用電源や電気自動車用の電源として適用することが期待されており、さらなる高エネルギー密度化と安全性の向上が強く望まれている。
そこで、電解質として固体又はゲル状のものを利用する系が考案され、さかんに研究が進められている。これらの電解質を用いることにより、電解液の揮発拡散や液漏れが防止されるため、電池としての信頼性、安全性を向上させることができる。さらに、電解質自体を薄膜化、積層化することが容易になるため、プロセス性の向上とパッケージの簡略化が期待されている。
However, secondary batteries using non-aqueous electrolytes have the potential of reducing charge / discharge cycle life characteristics due to leakage of organic solvents and the risk of internal short circuits due to the deposition of dendrites growing from the negative electrode to the positive electrode. In the worst case, it may cause a fire accident. In recent years, lithium-ion secondary batteries are expected to be applied as large-scale stationary power sources for power storage and power sources for electric vehicles, and further higher energy density and improved safety are strongly desired.
Therefore, a system utilizing a solid or gel electrolyte is devised, and research is being conducted rapidly. By using these electrolytes, the volatile diffusion and leakage of the electrolyte can be prevented, so that the reliability and safety of the battery can be improved. Furthermore, since it is easy to thin and laminate the electrolyte itself, it is expected to improve processability and simplify the package.

固体電解質は、様々な高分子化合物をマトリクスポリマーとし、これにリチウム塩を均一に固溶させたイオン伝導体であり、例えば、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のアルキレンエーテル系をはじめ、ポリエステル系、ポリアミン系、ポリフォスファゼン系、ポリシロキサン系の材料が活発に研究されている。
しかし、これらの固体電解質を用いた電解質膜は、室温付近におけるイオン伝導度が10−5S/cm程度と小さく、非水系電解液を用いた電解質膜(室温におけるイオン伝導度10−3S/cm程度)に比べて2桁もの差がある。
A solid electrolyte is an ionic conductor in which various polymer compounds are used as a matrix polymer and a lithium salt is uniformly dissolved therein, and includes, for example, alkylene ethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyesters, and polyamines. , Polyphosphazene and polysiloxane materials are being actively studied.
However, the electrolyte membranes using these solid electrolytes have an ionic conductivity as small as about 10 −5 S / cm near room temperature, and electrolyte membranes using a non-aqueous electrolyte (the ionic conductivity at room temperature is 10 −3 S / cm). There is a difference of two orders of magnitude compared to (cm).

そこで近年、固体電解質を用いた電解質膜のイオン伝導度を向上させるために、マトリクスポリマー中に非水系電解液を保持させたゲル電解質の実用化研究がさかんに進められている。
例えば、ポリフッ化ビニリデンをマトリクスポリマーとし、これに非水系電解液を保持させた電解質を用いた電解質膜は、室温付近においても1×10−3S/cm以上のイオン伝導度を示すことが開示されている(特許文献1参照)。
また、マトリクスポリマーして、非水系電解液との高い親和性を有するアルキレンエーテル系の高分子化合物を用いた電解質も提案され、実用化が検討されている(特許文献2参照)。
さらに、多官能性アクリレートを3次元架橋した高分子化合物をマトリクスポリマーとした電解質が提案され、該電解質を用いた電解質膜は室温付近においても10−3S/cm以上のイオン伝導度を示すことが開示されている(特許文献3及び4参照)。
Therefore, in recent years, in order to improve the ionic conductivity of an electrolyte membrane using a solid electrolyte, practical studies of gel electrolytes in which a non-aqueous electrolyte is held in a matrix polymer have been promoted.
For example, it is disclosed that an electrolyte membrane using an electrolyte in which polyvinylidene fluoride is used as a matrix polymer and a nonaqueous electrolytic solution is held therein exhibits an ionic conductivity of 1 × 10 −3 S / cm or more even near room temperature. (See Patent Document 1).
In addition, an electrolyte using an alkylene ether polymer compound having a high affinity for a non-aqueous electrolyte as a matrix polymer has been proposed, and its practical application has been studied (see Patent Document 2).
Furthermore, an electrolyte using a polymer compound obtained by three-dimensionally crosslinking a polyfunctional acrylate as a matrix polymer has been proposed, and an electrolyte membrane using the electrolyte exhibits an ionic conductivity of 10 −3 S / cm or more even near room temperature. Is disclosed (see Patent Documents 3 and 4).

しかし、これら非水系電解液を保持させたゲル電解質を用いた電解質膜は、室温付近において10−3S/cm以上のイオン伝導度を示すが、LiClOやLiPF等の低分子のリチウム塩を使用しているために、解離したリチウムイオンが強く溶媒和され、結果としてリチウムイオンの輸率(イオン伝導度全体におけるリチウムイオンによるイオン伝導度の割合)が、非水系電解液では0.3程度、固体電解質にいたっては0.1以下になるという問題点があった。このような電解質を用いた電解質膜をリチウムイオン二次電池に適用した場合、充放電時にはリチウムイオンだけではなく、その対アニオンも移動してしまう。そのため、特に電気自動車等の大電流での充放電が必要な環境においては、電極上でアニオンの濃度分極が引き起こされ、抵抗が増大するために電池性能が低下してしまうという問題点があった。
このような中、リチウムイオンの輸率を改善するために、電解質中をカチオンのみが移動する高分子複合体、すなわちシングルイオン伝導体をリチウムイオン二次電池の電解質膜に適用する方法が提案されている(非特許文献1〜4参照)。
However, electrolyte membranes using gel electrolytes holding these non-aqueous electrolytes exhibit ionic conductivity of 10 −3 S / cm or more near room temperature, but low molecular lithium salts such as LiClO 4 and LiPF 6 are used. Therefore, the dissociated lithium ions are strongly solvated, and as a result, the transport number of lithium ions (ratio of ionic conductivity by lithium ions in the entire ionic conductivity) is 0.3 for non-aqueous electrolytes. In the case of a solid electrolyte, there is a problem that it becomes 0.1 or less. When an electrolyte membrane using such an electrolyte is applied to a lithium ion secondary battery, not only lithium ions but also their counter anions move during charging and discharging. Therefore, particularly in an environment where charging and discharging with a large current such as an electric vehicle is required, there is a problem that the concentration polarization of anions is caused on the electrode, and the battery performance deteriorates due to the increase in resistance. .
Under such circumstances, in order to improve the transport number of lithium ions, a polymer composite in which only cations move in the electrolyte, that is, a method of applying a single ion conductor to the electrolyte membrane of a lithium ion secondary battery has been proposed. (See Non-Patent Documents 1 to 4).

特表平08−507407号公報JP-T-08-507407 特開平8−298126号公報JP-A-8-298126 米国特許第5603982号明細書US Pat. No. 5,603,982 特許第4156495号明細書Japanese Patent No. 4156495

M.Watanabe,Y.Suzuki,A.Nishimoto,Electrochimica Acta,vol.45,p.1187(2000).M.M. Watanabe, Y. et al. Suzuki, A .; Nishimoto, Electrochimica Acta, vol. 45, p. 1187 (2000). M.Watanabe,H.Tokuda,Electrochimica Acta,vol.46,p.1487(2001).M.M. Watanabe, H.M. Tokuda, Electrochimica Acta, vol. 46, p. 1487 (2001). Y.Tominaga,H.Ohno,Electrochimica Acta,vol.45,p.3081(2000).Y. Tominaga, H .; Ohno, Electrochimica Acta, vol. 45, p. 3081 (2000). D.Benrabah,S.Sylla,F.Allion,J−Y.Sanchez,M.Armand,Electrochimica Acta,vol.40,p.2259(1995).D. Benrabah, S.M. Sylla, F.M. Allion, JY. Sanchez, M.M. Armand, Electrochimica Acta, vol. 40, p. 2259 (1995).

しかし、上記のシングルイオン伝導体を適用した電解質膜は、ゲル電解質と同等の高いイオン伝導度と、高いリチウムイオンの輸率とを両立できないという問題点があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ゲル電解質と同等のイオン伝導度を示し、且つリチウムイオンの輸率にも優れる電解質膜、及び該電解質膜の製造に好適な電解質を提供することを課題とする。
However, the electrolyte membrane to which the above single ion conductor is applied has a problem that it is impossible to achieve both high ionic conductivity equivalent to the gel electrolyte and high lithium ion transport number.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electrolyte membrane exhibiting an ionic conductivity equivalent to that of a gel electrolyte and excellent in lithium ion transport number, and an electrolyte suitable for the production of the electrolyte membrane. This is the issue.

上記課題を解決するため、
本発明は、(A)ポリアニオン型リチウム塩、(C)ホウ素化合物及び(D)有機溶媒が配合されてなることを特徴とする電解質を提供する。
本発明の電解質は、さらに、(B)マトリクスポリマーが配合されてなることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(C)ホウ素化合物が、前記(C)ホウ素化合物が、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化ホウ素アルキルエーテル錯体、ハロゲン化ホウ素アルコール錯体、及びハロゲン化ホウ素塩からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(C)ホウ素化合物が、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジtert−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素tert−ブチルメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体、三フッ化ホウ素メタノール錯体、三フッ化ホウ素プロパノール錯体、及び三フッ化ホウ素フェノール錯体、及び三フッ化ホウ素ピペリジニウムからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(A)ポリアニオン型リチウム塩が、ポリカルボン酸リチウム塩及びポリスルホン酸リチウム塩からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(A)ポリアニオン型リチウム塩が、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸リチウム)、ポリ(スチレンスルホン酸リチウム)、ポリ(ビニルスルホン酸リチウム)、ポリ(パーフルオロスルホン酸リチウム)、ポリ((メタ)アクリル酸リチウム)、ポリマレイン酸リチウム、ポリフマル酸リチウム、ポリムコン酸リチウム、ポリソルビン酸リチウム、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(tert−ブチルアクリレート−エチルアクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(エチレン−アクリル酸リチウム)共重合体及びポリ(メチルメタクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(B)マトリクスポリマーが、ポリエーテル系ポリマー及びフッ素系ポリマーからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(B)マトリクスポリマーが、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化アセトン共重合体及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(D)有機溶媒が、炭酸エステル化合物、ラクトン化合物及びスルホン化合物からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、前記(D)有機溶媒が、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、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホランからなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
本発明の電解質は、さらに、前記(A)ポリアニオン型リチウム塩に該当しない(E)リチウム塩が配合されてなることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の電解質を用いて得られたことを特徴とする電解質膜を提供する。
To solve the above problem,
The present invention provides an electrolyte comprising (A) a polyanionic lithium salt, (C) a boron compound, and (D) an organic solvent.
The electrolyte of the present invention preferably further comprises (B) a matrix polymer.
In the electrolyte of the present invention, the (C) boron compound is selected from the group consisting of a boron halide, a boron halide alkyl ether complex, a boron halide alcohol complex, and a boron halide salt. It is preferable that it is 1 or more types.
In the electrolyte of the present invention, the boron compound (C) is boron trifluoride, boron trifluoride dimethyl ether complex, boron trifluoride diethyl ether complex, boron trifluoride di n-butyl ether complex, boron trifluoride di tert. -Butyl ether complex, boron trifluoride tert-butyl methyl ether complex, boron trifluoride tetrahydrofuran complex, boron trifluoride methanol complex, boron trifluoride propanol complex, and boron trifluoride phenol complex, and boron trifluoride piperidinium It is preferable that it is 1 or more types selected from the group which consists of.
In the electrolyte of the present invention, the (A) polyanion type lithium salt is preferably at least one selected from the group consisting of a polycarboxylic acid lithium salt and a polysulfonic acid lithium salt.
In the electrolyte of the present invention, the polyanionic lithium salt (A) is poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid lithium), poly (lithium styrenesulfonic acid), poly (lithium vinylsulfonic acid), Poly (lithium perfluorosulfonate), poly (lithium (meth) acrylate), lithium polymaleate, lithium polyfumarate, lithium polymuconate, lithium polysorbate, poly (acrylonitrile-butadiene-lithium acrylate) copolymer, poly One or more selected from the group consisting of (tert-butyl acrylate-ethyl acrylate-lithium methacrylate) copolymer, poly (ethylene-lithium acrylate) copolymer and poly (methyl methacrylate-lithium methacrylate) copolymer. Is It is preferred.
In the electrolyte of the present invention, the (B) matrix polymer is preferably at least one selected from the group consisting of polyether polymers and fluorine polymers.
In the electrolyte of the present invention, the (B) matrix polymer is polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer One or more selected from the group consisting of a coalescence and polytetrafluoroethylene is preferred.
In the electrolyte of the present invention, the (D) organic solvent is preferably one or more selected from the group consisting of a carbonate compound, a lactone compound, and a sulfone compound.
In the electrolyte of the present invention, the (D) organic solvent is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane. Is preferred.
The electrolyte of the present invention preferably further comprises (E) a lithium salt not corresponding to the (A) polyanionic lithium salt.
The present invention also provides an electrolyte membrane obtained by using the electrolyte of the present invention.

本発明によれば、ゲル電解質と同等のイオン伝導度を示し、且つリチウムイオンの輸率にも優れる電解質膜、及び該電解質膜の製造に好適な電解質を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte membrane which shows the ion conductivity equivalent to a gel electrolyte, and is excellent also in the transport number of lithium ion, and the electrolyte suitable for manufacture of this electrolyte membrane can be provided.

実施例1〜2及び比較例1〜3における電解質膜のイオン伝導度(σ)をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the ionic conductivity ((sigma)) of the electrolyte membrane in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3. 実施例3〜4における電解質膜のイオン伝導度(σ)をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the ionic conductivity ((sigma)) of the electrolyte membrane in Examples 3-4. 実験例1〜18における電解質膜のSN比(η)及び感度(S)を示すグラフである。It is a graph which shows SN ratio ((eta)) and sensitivity (S) of the electrolyte membrane in Experimental examples 1-18. 実験例1〜18における電解質膜のSN比(η)に関する要因効果図である。It is a factor effect figure regarding the SN ratio ((eta)) of the electrolyte membrane in Experimental examples 1-18. 実験例1〜18における電解質膜のSN比(η)に関する要因効果図である。It is a factor effect figure regarding the SN ratio ((eta)) of the electrolyte membrane in Experimental examples 1-18. 実験例1〜18における電解質膜の感度(S)に関する要因効果図である。It is a factor effect figure regarding the sensitivity (S) of the electrolyte membrane in Experimental Examples 1-18. 実験例1〜18における電解質膜の感度(S)に関する要因効果図である。It is a factor effect figure regarding the sensitivity (S) of the electrolyte membrane in Experimental Examples 1-18.

<電解質>
本発明の電解質は、(A)ポリアニオン型リチウム塩、(C)ホウ素化合物及び(D)有機溶媒が配合されてなることを特徴とする。
本発明の電解質は、(C)ホウ素化合物を組み合わせて使用することで、優れたイオン伝導度とリチウムイオンの輸率を実現するものである。なお、本発明において、「リチウムイオンの輸率」とは、「イオン伝導度全体におけるリチウムイオンによるイオン伝導度の割合」を指し、例えば、リチウムイオン二次電池における電解質膜では、1に近いほど好ましい。
<Electrolyte>
The electrolyte of the present invention comprises (A) a polyanionic lithium salt, (C) a boron compound, and (D) an organic solvent.
The electrolyte of the present invention realizes excellent ionic conductivity and lithium ion transport number by using (C) a boron compound in combination. In the present invention, “transport number of lithium ions” refers to “ratio of ion conductivity due to lithium ions in the entire ion conductivity”. For example, in an electrolyte membrane in a lithium ion secondary battery, the closer to 1 preferable.

[(A)ポリアニオン型リチウム塩]
(A)ポリアニオン型リチウム塩は、特に限定されず、ポリマー構造中に複数のアニオン部及び該アニオン部と塩を形成するリチウムカチオン(リチウムイオン、Li)を含むものであれば、いずれも好適に使用できる。好ましいものとしては、酸のリチウム塩である部位を複数含むものが例示でき、該酸としては、カルボン酸及びスルホン酸が例示できる。
すなわち、(A)ポリアニオン型リチウム塩の好ましいものとしては、ポリカルボン酸リチウム塩及びポリスルホン酸リチウム塩が例示できる。
[(A) Polyanionic lithium salt]
(A) The polyanion-type lithium salt is not particularly limited, and any poly-anion-type lithium salt is suitable as long as it includes a plurality of anion parts and a lithium cation (lithium ion, Li + ) that forms a salt with the anion part. Can be used for Preferred examples include those containing a plurality of sites that are lithium salts of acids, and examples of the acids include carboxylic acids and sulfonic acids.
That is, (A) As a preferable thing of polyanion type lithium salt, polycarboxylic acid lithium salt and polysulfonic acid lithium salt can be illustrated.

前記ポリカルボン酸リチウム塩の好ましいものとしては、ポリ((メタ)アクリル酸リチウム)、ポリマレイン酸リチウム、ポリフマル酸リチウム、ポリムコン酸リチウム、ポリソルビン酸リチウム、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(tert−ブチルアクリレート−エチルアクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(エチレン−アクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(メチルメタクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体が例示できる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」の双方を指すものとする。   Preferred examples of the lithium polycarboxylic acid salt include poly ((meth) lithium acrylate), lithium polymaleate, lithium polyfumarate, lithium polymuconate, lithium polysorbate, and poly (acrylonitrile-butadiene-lithium acrylate) copolymer. Examples thereof include a polymer, a poly (tert-butyl acrylate-ethyl acrylate-lithium methacrylate) copolymer, a poly (ethylene-lithium acrylate) copolymer, and a poly (methyl methacrylate-lithium methacrylate) copolymer. In the present specification, “(meth) acrylic acid” refers to both “acrylic acid” and “methacrylic acid”.

前記ポリスルホン酸リチウム塩の好ましいものとしては、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸リチウム)、ポリ(スチレンスルホン酸リチウム)、ポリ(ビニルスルホン酸リチウム)、ポリ(パーフルオロスルホン酸リチウム)が例示できる。ポリ(パーフルオロスルホン酸リチウム)としては、ポリ(パーフルオロアルケンスルホン酸リチウムや、下記一般式(1)で表されるものが例示できる。   Preferred examples of the lithium polysulfonate include poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate), poly (lithium styrenesulfonate), poly (lithium vinylsulfonate), and poly (perfluorosulfone). Lithium acid) can be exemplified. Examples of poly (lithium perfluorosulfonate) include poly (lithium perfluoroalkene sulfonate) and those represented by the following general formula (1).

Figure 2012018909
(式中、m及びnはそれぞれ独立して1以上の整数である。)
Figure 2012018909
(In the formula, m and n are each independently an integer of 1 or more.)

(A)ポリアニオン型リチウム塩は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
本発明において、(A)ポリアニオン型リチウム塩は、ポリカルボン酸リチウム塩及びポリスルホン酸リチウム塩からなる群から選択される一種以上であることが好ましく、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸リチウム)、ポリ(スチレンスルホン酸リチウム)、ポリ(ビニルスルホン酸リチウム)、ポリ(パーフルオロスルホン酸リチウム)及びポリ(アクリル酸リチウム)からなる群から選択される一種以上であることがより好ましい。
(A) A polyanion type lithium salt may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
In the present invention, (A) the polyanionic lithium salt is preferably at least one selected from the group consisting of a lithium polycarboxylic acid salt and a lithium polysulfonic acid salt, and poly (2-acrylamido-2-methyl-1- It may be at least one selected from the group consisting of lithium propane sulfonate), poly (lithium styrene sulfonate), poly (lithium vinyl sulfonate), poly (lithium perfluorosulfonate) and poly (lithium acrylate). More preferred.

(A)ポリアニオン型リチウム塩の配合量は特に限定されず、その種類に応じて適宜調節すれば良いが、通常は、(A)ポリアニオン型リチウム塩中のリチウム原子のモル濃度([(A)ポリアニオン型リチウム塩中のリチウム原子のモル数]/[(D)有機溶媒の体積]が、好ましくは0.1〜10mol/L、より好ましくは0.2〜5mol/Lとなるように配合量を調節するとよい。このような範囲とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。   The blending amount of the (A) polyanion type lithium salt is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the type. Usually, the molar concentration of lithium atoms in the (A) polyanion type lithium salt ([(A) The blending amount so that the number of moles of lithium atoms in the polyanionic lithium salt] / [(D) volume of organic solvent] is preferably 0.1 to 10 mol / L, more preferably 0.2 to 5 mol / L. By setting the amount within such a range, the electrolyte membrane exhibits better ionic conductivity regardless of temperature.

[(C)ホウ素化合物]
(C)ホウ素化合物は特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、三フッ化ホウ素等のハロゲン化ホウ素;三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体(BFO(CH)、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(BFO(C)、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体(BFO(C)、三フッ化ホウ素ジtert−ブチルエーテル錯体(BFO((CHC))、三フッ化ホウ素tert−ブチルメチルエーテル錯体(BFO((CHC)(CH))、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体(BFOC)等のハロゲン化ホウ素アルキルエーテル錯体;三フッ化ホウ素メタノール錯体(BFHOCH)、三フッ化ホウ素プロパノール錯体(BFHOC)、三フッ化ホウ素フェノール錯体(BFHOC)等のハロゲン化ホウ素アルコール錯体;三フッ化ホウ素ピペリジニウム等のハロゲン化ホウ素塩;2,4,6−トリメトキシボロキシン等の2,4,6−トリアルコキシボロキシン;ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリ−n−プロピル、ホウ酸トリ−n−ブチル、ホウ酸トリ−n−ペンチル、ホウ酸トリ−n−ヘキシル、ホウ酸トリ−n−ヘプチル、ホウ酸トリ−n−オクチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ酸トリオクタデシル等のホウ酸トリアルキル;ホウ酸トリフェニル等のホウ酸トリアリール;トリス(トリメチルシリル)ボラート等のトリス(トリアルキルシリル)ボラートが例示できる。
(C)ホウ素化合物は、電解質膜中の(A)ポリアニオン型リチウム塩において、リチウムイオンのアニオン部からの解離を促進し、電解質膜のイオン伝導度及びリチウムイオンの輸率を向上させる機能を有していると推測される。
[(C) Boron compound]
(C) a boron compound is not particularly limited, specifically as preferred, boron halide boron trifluoride; boron trifluoride dimethyl ether complex (BF 3 O (CH 3) 2), boron trifluoride Diethyl ether complex (BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 ), boron trifluoride di n-butyl ether complex (BF 3 O (C 4 H 9 ) 2 ), boron trifluoride di tert-butyl ether complex (BF 3 O ((CH 3 ) 3 C) 2 ), boron trifluoride tert-butyl methyl ether complex (BF 3 O ((CH 3 ) 3 C) (CH 3 )), boron trifluoride tetrahydrofuran complex (BF 3 OC 4 boron halide alkyl ether complex of H 8) or the like; boron trifluoride methanol complex (BF 3 HOCH 3), boron trifluoride propanol Complex (BF 3 HOC 3 H 7) , boron halide alcohol complexes such as boron trifluoride phenol complex (BF 3 HOC 6 H 5) ; boron halide salts trifluoride piperidinium like; 2,4,6 2,4,6-trialkoxyboroxine such as trimethoxyboroxine; trimethyl borate, triethyl borate, tri-n-propyl borate, tri-n-butyl borate, tri-n-pentyl borate, boron Trialkyl borate such as tri-n-hexyl acid, tri-n-heptyl borate, tri-n-octyl borate, triisopropyl borate, trioctadecyl borate; triaryl borate such as triphenyl borate; Examples thereof include tris (trialkylsilyl) borate such as tris (trimethylsilyl) borate.
(C) The boron compound has a function of accelerating dissociation of lithium ions from the anion portion in the polyanion type lithium salt (A) in the electrolyte membrane and improving the ionic conductivity of the electrolyte membrane and the transport number of lithium ions. Presumed to be.

(C)ホウ素化合物は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
本発明において、(C)ホウ素化合物は、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化ホウ素アルキルエーテル錯体、ハロゲン化ホウ素アルコール錯体、及びハロゲン化ホウ素塩からなる群から選択される一種以上であることが好ましく、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素アルキルエーテル錯体、三フッ化ホウ素アルコール錯体、及び三フッ化ホウ素塩からなる群から選択される一種以上であることがより好ましく、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジtert−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素tert−ブチルメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体、三フッ化ホウ素メタノール錯体、三フッ化ホウ素プロパノール錯体、三フッ化ホウ素フェノール錯体、及び三フッ化ホウ素ピペリジニウムからなる群から選択される一種以上であることが特に好ましい。
(C) A boron compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
In the present invention, the boron compound (C) is preferably at least one selected from the group consisting of boron halides, boron halide alkyl ether complexes, boron halide alcohol complexes, and boron halide salts. More preferably, it is at least one selected from the group consisting of boron fluoride, boron trifluoride alkyl ether complex, boron trifluoride alcohol complex, and boron trifluoride salt, boron trifluoride dimethyl ether complex, trifluoride Boron diethyl ether complex, boron trifluoride di n-butyl ether complex, boron trifluoride di tert-butyl ether complex, boron trifluoride tert-butyl methyl ether complex, boron trifluoride tetrahydrofuran complex, boron trifluoride methanol complex, Boron trifluoride propanol complex It is particularly preferable boron trifluoride phenol complex, and at least one selected from the group consisting of boron trifluoride piperidinium.

(C)ホウ素化合物の配合量は特に限定されず、(C)ホウ素化合物や(A)ポリアニオン型リチウム塩の種類に応じて適宜調節すれば良い。通常は、[(C)ホウ素化合物の配合量(モル数)]/[(A)ポリアニオン型リチウム塩中のリチウム原子のモル数]のモル比が0.05以上であることが好ましく、0.08以上であることがより好ましい。このような範囲とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。また、前記モル比の上限値は本発明の効果を妨げない限り特に限定されないが、3であることが好ましく、2.5であることがより好ましい。(C)ホウ素化合物の配合量は、前記上限値より多くても良いが、前記範囲のような少量でも十分な効果が得られる。   (C) The compounding quantity of a boron compound is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably according to the kind of (C) boron compound and (A) polyanion type lithium salt. Usually, it is preferable that the molar ratio of [(C) Boron compound content (number of moles)] / [(A) Number of moles of lithium atoms in polyanionic lithium salt] is 0.05 or more. More preferably, it is 08 or more. By setting it as such a range, an electrolyte membrane will show the more excellent ionic conductivity irrespective of temperature. The upper limit of the molar ratio is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not hindered, but is preferably 3, and more preferably 2.5. (C) Although the compounding quantity of a boron compound may be larger than the said upper limit, sufficient effect is acquired even if it is a small quantity like the said range.

[(D)有機溶媒]
(D)有機溶媒は特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、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、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の炭酸エステル化合物;γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物;スルホラン等のスルホン化合物が例示できる。
(D)有機溶媒は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
本発明において、(D)有機溶媒は、炭酸エステル化合物、ラクトン化合物及びスルホン化合物からなる群から選択される一種以上であることが好ましい。
[(D) Organic solvent]
(D) Although the organic solvent is not particularly limited, specific examples of preferable organic solvents include carbonate compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; lactone compounds such as γ-butyrolactone. A sulfone compound such as sulfolane.
(D) An organic solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
In the present invention, (D) the organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of a carbonate ester compound, a lactone compound and a sulfone compound.

(D)有機溶媒の配合量は特に限定されないが、電解質膜における電解液の保持性や膜強度を損なわない範囲内において、適宜調整すれば良い。通常は、[(D)有機溶媒の配合量(質量)]/[配合成分の総量(質量)])の質量比が0.25〜0.9であることが好ましい。下限値以上とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。また、上限値以下とすることで、電解質膜の膜強度が一層向上する。   (D) Although the compounding quantity of an organic solvent is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably in the range which does not impair the retainability of the electrolyte solution in an electrolyte membrane, or film | membrane intensity | strength. Usually, it is preferable that the mass ratio of [(D) organic solvent blending amount (mass)] / [total amount of blending components (mass)]) is 0.25 to 0.9. By setting it as the lower limit value or more, the electrolyte membrane exhibits better ionic conductivity regardless of the temperature. Moreover, the film | membrane intensity | strength of an electrolyte membrane improves further by setting it as below an upper limit.

[(B)マトリクスポリマー]
本発明の電解質は、(A)ポリアニオン型リチウム塩、(C)ホウ素化合物及び(D)有機溶媒以外に、さらに、(B)マトリクスポリマーが配合されてなることが好ましい。
(B)マトリクスポリマーは、特に限定されず、固体電解質分野で公知のものが適宜使用できる。
(B)マトリクスポリマーの好ましいものとして具体的には、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系ポリマー;ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化アセトン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸メチル、ポリ(メタ)アクリル酸エチル、ポリアクリルアミド、エチレンオキシドユニットを含むポリアクリレート等のポリアクリル系ポリマー;ポリアクリロニトリル;ポリホスファゼン;ポリシロキサンが例示できる。
[(B) Matrix polymer]
The electrolyte of the present invention preferably comprises (B) a matrix polymer in addition to (A) polyanionic lithium salt, (C) boron compound and (D) organic solvent.
(B) A matrix polymer is not specifically limited, A well-known thing can be used suitably in the solid electrolyte field.
(B) Specific examples of preferred matrix polymers include polyether polymers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and polyvinylidene fluoride. Fluoropolymers such as hexafluoroacetone copolymer and polytetrafluoroethylene; polyacrylic polymers such as poly (meth) acrylate methyl, poly (meth) ethyl acrylate, polyacrylamide, and polyacrylate containing ethylene oxide units; Examples include polyacrylonitrile; polyphosphazene; polysiloxane.

(B)マトリクスポリマーは、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
本発明において、(B)マトリクスポリマーは、ポリエーテル系ポリマー、フッ素系ポリマー、ポリアクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリホスファゼン及びポリシロキサンからなる群から選択される一種以上であることが好ましく、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−6フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化アセトン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリホスファゼン及びポリシロキサンからなる群から選択される一種以上であることがより好ましい。
(B) A matrix polymer may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
In the present invention, the (B) matrix polymer is preferably at least one selected from the group consisting of polyether polymers, fluorine polymers, polyacrylic polymers, polyacrylonitrile, polyphosphazenes, and polysiloxanes. , Polypropylene oxide, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-6-propylene fluoride copolymer, polyvinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, polyphosphazene and polysiloxane More preferably, it is one or more selected from the group consisting of:

(B)マトリクスポリマーの配合量は特に限定されず、その種類に応じて適宜調節すれば良いが、配合成分の総量に占める(B)マトリクスポリマーの配合量は、2〜50質量%であることが好ましい。下限値以上とすることで、膜強度を一層向上させることができる。   The blending amount of the (B) matrix polymer is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the type, but the blending amount of the (B) matrix polymer in the total amount of the blending components is 2 to 50% by mass. Is preferred. By setting the lower limit value or more, the film strength can be further improved.

また、(A)ポリアニオン型リチウム塩及び(B)マトリクスポリマーの総配合量と(D)有機溶媒の配合量との比([(A)ポリアニオン型リチウム塩の配合量+(B)マトリクスポリマーの配合量]:[(D)有機溶媒の配合量](質量比))は、70:30〜8:92であることが好ましく、60:40〜10:90であることがより好ましい。このような範囲とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示し、かつ電解質膜の膜強度が一層向上する。   The ratio of the total blending amount of (A) polyanion type lithium salt and (B) matrix polymer to the blending amount of (D) organic solvent ([(A) blending amount of polyanion type lithium salt + (B) matrix polymer Compounding amount]: [(D) Compounding amount of organic solvent] (mass ratio)) is preferably 70:30 to 8:92, and more preferably 60:40 to 10:90. By setting it as such a range, an electrolyte membrane shows the more outstanding ion conductivity irrespective of temperature, and the film | membrane intensity | strength of an electrolyte membrane improves further.

[(E)リチウム塩]
本発明の電解質は、さらに、(A)ポリアニオン型リチウム塩に該当しない(E)リチウム塩が配合されてなることが好ましい。このようにすることで、電解質膜において、リチウムイオンの輸率を低下させることなく、イオン伝導度をさらに向上させることができる。
[(E) lithium salt]
The electrolyte of the present invention preferably further comprises (A) a lithium salt that does not fall under the polyanion type lithium salt. By doing in this way, ion conductivity can be further improved in the electrolyte membrane without reducing the transport number of lithium ions.

(E)リチウム塩は、(A)ポリアニオン型リチウム塩に該当しないものであれば特に限定されず、有機リチウム塩及び無機リチウム塩のいずれでも良い。好ましいものとして具体的には、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム(LiN(SOCF)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF)、三フッ化メタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF)、六フッ化ヒ素酸リチウム(LiAsF)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C)が例示できる。
(E)リチウム塩は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
(E) Lithium salt will not be specifically limited if it does not correspond to (A) polyanion type lithium salt, Any of organic lithium salt and inorganic lithium salt may be sufficient. Specifically, preferable examples include bis (trifluoromethylsulfonyl) imido lithium (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), tetrafluoro lithium borohydride (LiBF 4), trifluoromethane sulfonic lithium (LiCF 3 SO 3), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6), hexafluoroarsenate arsenate periodate lithium (LiAsF 6), lithium tetraphenylborate ( LiB (C 6 H 5 ) 4 ) can be exemplified.
(E) A lithium salt may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

(E)リチウム塩の配合量は特に限定されず、その種類等に応じて適宜調節すれば良い。通常は、[(E)リチウム塩中のリチウム原子のモル数]/[(A)ポリアニオン型リチウム塩中のリチウム原子のモル数]のモル比が、好ましくは1/20〜1/1、より好ましくは1/10〜1/2となるように配合量を調節するとよい。下限値以上とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。また、上限値以下とすることで、電解質膜は、リチウムイオンの輸率の低下を招くことなく、一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。   (E) The compounding quantity of lithium salt is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably according to the kind etc. Usually, the molar ratio of [(E) mol number of lithium atoms in lithium salt] / [(A) mol number of lithium atoms in polyanion type lithium salt] is preferably 1/20 to 1/1. The blending amount is preferably adjusted to be 1/10 to 1/2. By setting it as the lower limit value or more, the electrolyte membrane exhibits better ionic conductivity regardless of the temperature. Moreover, by setting it as an upper limit or less, an electrolyte membrane will show the more outstanding ionic conductivity, without causing the fall of the transport number of lithium ion.

[その他の成分]
本発明の電解質は、(A)ポリアニオン型リチウム塩、(B)マトリクスポリマー、(C)ホウ素化合物、(D)有機溶媒及び(E)リチウム塩以外に、さらに、これらに該当しないその他の成分が配合されてなるものでも良い。前記その他の成分としては、(F)無機フィラー、(G)可塑剤が例示できる。
[Other ingredients]
In addition to (A) polyanionic lithium salt, (B) matrix polymer, (C) boron compound, (D) organic solvent, and (E) lithium salt, the electrolyte of the present invention further includes other components not corresponding to these. A blended product may be used. Examples of the other components include (F) inorganic filler and (G) plasticizer.

((F)無機フィラー)
(F)無機フィラーは特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、酸化アルミニウム(Al)、酸化チタン(TiO)、二酸化ケイ素(SiO)、チタン酸バリウム、メソポーラスシリカが例示できる。
(F)無機フィラーは、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
((F) inorganic filler)
(F) The inorganic filler is not particularly limited, but specific examples of preferable aluminum filler include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), barium titanate, and mesoporous silica. it can.
(F) An inorganic filler may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.

(F)無機フィラーの配合量は特に限定されず、その種類等に応じて適宜調節すれば良い。通常は、[(F)無機フィラーの配合量(質量)]/[配合成分の総量(質量)]の質量比が0.02〜0.3であることが好ましい。このような範囲とすることで、電解質膜は、温度によらず一層優れたイオン伝導度を示すものとなる。(F)無機フィラーの配合量は、前記上限値より多くても良いが、前記範囲のような少量でも十分な効果が得られる。   (F) The compounding quantity of an inorganic filler is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably according to the kind etc. Usually, it is preferable that the mass ratio of [(F) blending amount of inorganic filler (mass)] / [total amount of blending components (mass)] is 0.02 to 0.3. By setting it as such a range, an electrolyte membrane will show the more excellent ionic conductivity irrespective of temperature. (F) Although the compounding quantity of an inorganic filler may be larger than the said upper limit, sufficient effect is acquired even if it is a small quantity like the said range.

((G)可塑剤)
(G)可塑剤は特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等のオリゴエチレンオキシドが例示できる。
(G)可塑剤は、一種を単独で使用しても良いし、二種以上を併用しても良い。二種以上を併用する場合には、その組み合わせ及び比率は目的に応じて適宜選択すれば良い。
(G)可塑剤の配合量は特に限定されず、その種類等に応じて適宜調節すれば良い。例えば、配合成分の総量に対して1〜20質量%程度の配合量とすることができる。
((G) Plasticizer)
(G) Although the plasticizer is not particularly limited, specific examples of preferable plasticizers include oligoethylene oxides such as diethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, and polyethylene glycol dimethyl ether.
(G) A plasticizer may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When two or more kinds are used in combination, the combination and ratio may be appropriately selected according to the purpose.
(G) The compounding quantity of a plasticizer is not specifically limited, What is necessary is just to adjust suitably according to the kind etc. For example, it can be set as the compounding quantity of about 1-20 mass% with respect to the total amount of a compounding component.

[電解質の製造方法]
本発明の電解質は、(A)ポリアニオン型リチウム塩、(C)ホウ素化合物及び(D)有機溶媒、並びに必要に応じてこれら以外の成分を配合することで製造できる。
各成分の配合時には、これら成分を添加して、各種手段により十分に混合することが好ましい。また、後述する本発明の電解質膜を引き続き製造する場合には、この時使用する有機溶媒をさらに添加して、得られた組成物を一括して混合するようにしても良い。
各成分は、これらを順次添加しながら混合しても良いし、全成分を添加してから混合しても良く、配合成分を均一に溶解又は分散させることができれば良い。
前記各成分の混合方法は、後述する電解質膜製造時の混合方法と同様である。
[Method for producing electrolyte]
The electrolyte of the present invention can be produced by blending (A) a polyanionic lithium salt, (C) a boron compound and (D) an organic solvent, and if necessary, other components.
At the time of blending each component, it is preferable to add these components and thoroughly mix them by various means. Moreover, when manufacturing the electrolyte membrane of this invention mentioned later later, the organic solvent used at this time may further be added, and you may make it mix the obtained composition collectively.
Each component may be mixed while sequentially adding them, or may be mixed after all the components have been added, as long as the blended components can be uniformly dissolved or dispersed.
The mixing method of each component is the same as the mixing method at the time of manufacturing the electrolyte membrane described later.

従来のポリアニオン型リチウム塩等を使用した固体電解質の場合、得られる電解質膜は、リチウムイオンの輸率が良好でも、イオン伝導度が不十分であった。また、マトリクスポリマー中に非水系電解液を保持させたゲル電解質の場合、得られる電解質膜は、イオン伝導度が良好でも、リチウムイオンの輸率が不十分であった。これに対して、本発明の電解質は、特に(C)ホウ素化合物が配合されていることにより、イオン伝導度及びリチウムイオンの輸率のいずれにも優れた電解質膜の製造に好適なものである。   In the case of a solid electrolyte using a conventional polyanion type lithium salt or the like, the obtained electrolyte membrane has insufficient ion conductivity even though the transport number of lithium ions is good. In the case of a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte solution is held in a matrix polymer, the obtained electrolyte membrane has an insufficient lithium ion transport number even though the ion conductivity is good. On the other hand, the electrolyte of the present invention is suitable for producing an electrolyte membrane excellent in both ionic conductivity and lithium ion transport number, particularly by blending the (C) boron compound. .

<電解質膜及びその製造方法>
本発明の電解質膜は、上記本発明の電解質を用いて得られたことを特徴とする。
本発明の電解質膜は、例えば、本発明の電解質に有機溶媒を添加して混合し、得られた組成物を型又は容器に流し込んで乾燥させ、所望の形状に成型することで製造できる。
<Electrolyte membrane and manufacturing method thereof>
The electrolyte membrane of the present invention is obtained by using the electrolyte of the present invention.
The electrolyte membrane of the present invention can be produced, for example, by adding and mixing an organic solvent to the electrolyte of the present invention, pouring the resulting composition into a mold or container, drying it, and molding it into a desired shape.

電解質に添加する有機溶媒は特に限定されないが、例えば、配合成分のいずれかを十分に溶解又は分散させることができるものが好ましく、具体的には、アセトニトリル等のニトリル系溶媒;テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒が例示できる。これら有機溶媒は、例えば、(B)マトリクスポリマーを溶解させたり、(A)ポリアニオン型リチウム塩を分散させるものとして好適である。   The organic solvent to be added to the electrolyte is not particularly limited. For example, those capable of sufficiently dissolving or dispersing any of the blending components are preferable. Specifically, a nitrile solvent such as acetonitrile; an ether system such as tetrahydrofuran A solvent can be illustrated. These organic solvents are suitable for, for example, (B) dissolving the matrix polymer or (A) dispersing the polyanionic lithium salt.

有機溶媒添加後の混合方法は、特に限定されず、例えば、撹拌子、撹拌翼、ボールミル、スターラー、超音波分散機、超音波ホモジナイザー、自公転ミキサー等を使用する公知の方法を適用すれば良い。混合条件は、各種方法に応じて適宜設定すれば良く、室温又は加熱条件下で所定時間混合すれば良いが、例えば、15〜70℃で1〜72時間程度混合する方法が挙げられる。混合時には、(A)ポリアニオン型リチウム塩を十分に分散させることが好ましく、(B)マトリクスポリマーを配合する場合には、これを完全に溶解させることが好ましい。   The mixing method after the addition of the organic solvent is not particularly limited, and for example, a known method using a stirrer, a stirring blade, a ball mill, a stirrer, an ultrasonic disperser, an ultrasonic homogenizer, a self-revolving mixer, etc. may be applied. . What is necessary is just to set mixing conditions suitably according to various methods, and what is necessary is just to mix for a predetermined time under room temperature or heating conditions, For example, the method of mixing for about 1 to 72 hours at 15-70 degreeC is mentioned. At the time of mixing, it is preferable to sufficiently disperse (A) the polyanionic lithium salt, and when (B) the matrix polymer is blended, it is preferable to completely dissolve it.

前記型又は容器としては、電解質膜を所望の形状に成型できる任意のものが使用でき、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製のものが好適である。   As the mold or the container, any mold that can mold the electrolyte membrane into a desired shape can be used, and for example, a polytetrafluoroethylene is preferable.

前記組成物の乾燥方法は特に限定されず、例えば、ドライボックス、真空デシケータ、減圧乾燥機等を使用する公知の方法を適用すれば良い。   The method for drying the composition is not particularly limited, and for example, a known method using a dry box, a vacuum desiccator, a vacuum dryer or the like may be applied.

本発明の電解質膜は、例えば、リチウムイオン二次電池への適用時に求められる、室温において1.5×10−4S/cm以上という高いイオン伝導度を示す。さらに配合を調節することにより、1.0×10−3S/cm以上という高いイオン伝導度を示す。
さらに、本発明の電解質膜は、例えば、25℃において好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上という極めて優れたリチウムイオンの輸率を示す。
The electrolyte membrane of the present invention exhibits a high ion conductivity of 1.5 × 10 −4 S / cm or more at room temperature, which is required when applied to, for example, a lithium ion secondary battery. Further, by adjusting the composition, a high ionic conductivity of 1.0 × 10 −3 S / cm or more is exhibited.
Furthermore, the electrolyte membrane of the present invention exhibits an extremely excellent lithium ion transport number, for example, preferably at 25 ° C. of preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more.

上記のように、本発明の電解質膜は、ゲル電解質に対して同等のイオン伝導度を示し、且つリチウムイオンの輸率にも優れる。したがって、例えば、リチウムイオン二次電池に適用した場合、充放電時におけるリチウムイオンの移動が促進され、一方でその対アニオンの移動が抑制されるので、大電流での充放電を行っても、電極上でのアニオンの濃度分極が抑制され、抵抗の増大による電池性能の低下が抑制される。また、本発明の電解質膜は、概ねゲル状であり、電解液の揮発拡散や液漏れに伴う充放電サイクル寿命特性の低下、内部短絡が抑制されるので、高エネルギー密度化が可能で、安全性が高い。さらに、電解質膜の薄膜化及び積層化が容易なので、プロセス性の向上とパッケージの簡略化が可能である。   As described above, the electrolyte membrane of the present invention exhibits an equivalent ionic conductivity with respect to the gel electrolyte, and is excellent in the transport number of lithium ions. Therefore, for example, when applied to a lithium ion secondary battery, the movement of lithium ions during charge / discharge is promoted, while the movement of the counter anion is suppressed, so even if charging / discharging with a large current is performed, Concentration polarization of anions on the electrode is suppressed, and a decrease in battery performance due to an increase in resistance is suppressed. In addition, the electrolyte membrane of the present invention is generally in a gel form, and the deterioration of charge / discharge cycle life characteristics and internal short circuit due to volatile diffusion and leakage of the electrolyte are suppressed, so that high energy density is possible and safety is ensured. High nature. Further, since the electrolyte membrane can be easily made thin and laminated, processability can be improved and the package can be simplified.

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(1)使用した化学物質
本実施例で使用した化学物質を以下に示す。
・(A)ポリアニオン型リチウム塩の原料
ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)(以下、PAMPSと略記する)(15質量%水溶液、質量平均分子量2000000、アルドリッチ社製)
ポリアクリル酸(以下、PAcと略記する)(質量平均分子量25000、和光純薬工業社製)
水酸化リチウム・一水和物(LiOH・HO)(アルドリッチ社製)
・(B)マトリクスポリマー
ポリエチレンオキシド(以下、PEOと略記する)(質量平均分子量6000000、アルドリッチ社製)
ポリフッ化ビニリデン−6フッ化プロピレン共重合体(以下、PVdF−HFPと略記する、アルドリッチ社製)
・(C)ホウ素化合物
三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(BFO(C)(アルドリッチ社製)
三フッ化ホウ素ジtert−ブチルエーテル錯体(BFO((CHC))(アルドリッチ社製)
三フッ化ホウ素ピペリジニウム(BF10NH)(アルドリッチ社製)
・(D)有機溶媒
エチレンカーボネート(以下、ECと略記する)(アルドリッチ社製)
プロピレンカーボネート(以下、PCと略記する)(アルドリッチ社製)
γ−ブチロラクトン(以下、GBLと略記する)(アルドリッチ社製)
スルホラン(以下、SLと略記する)(アルドリッチ社製)
・(E)リチウム塩
ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム(LiN(SOCF)(キシダ化学社製)
・(F)無機フィラー
酸化アルミニウム(Al)(粒子径:40−47nm、アルドリッチ社製)
・(G)可塑剤
テトラエチレングリコールジメチルエーテル(以下、TEGMEと略記する)(アルドリッチ社製)
ポリエチレングリコールジメチルエーテル(質量平均分子量2000、以下、PEGと略記する)(アルドリッチ社製)
・その他の有機溶媒
アセトニトリル(脱水、アルドリッチ社製)
テトラヒドロフラン(脱水、アルドリッチ社製)
(1) Chemical substances used The chemical substances used in this example are shown below.
(A) Raw material of polyanion type lithium salt Poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (hereinafter abbreviated as PAMPS) (15% by mass aqueous solution, mass average molecular weight 2000000, manufactured by Aldrich)
Polyacrylic acid (hereinafter abbreviated as PAc) (mass average molecular weight 25000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) (Aldrich)
(B) Matrix polymer Polyethylene oxide (hereinafter abbreviated as PEO) (mass average molecular weight 6000000, manufactured by Aldrich)
Polyvinylidene fluoride-6-fluoropropylene copolymer (hereinafter abbreviated as PVdF-HFP, manufactured by Aldrich)
-(C) Boron compound Boron trifluoride diethyl ether complex (BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 ) (manufactured by Aldrich)
Boron trifluoride di tert-butyl ether complex (BF 3 O ((CH 3 ) 3 C) 2 ) (Aldrich)
Boron trifluoride piperidinium (BF 3 C 5 H 10 NH) (Aldrich)
(D) Organic solvent Ethylene carbonate (hereinafter abbreviated as EC) (Aldrich)
Propylene carbonate (hereinafter abbreviated as PC) (Aldrich)
γ-butyrolactone (hereinafter abbreviated as GBL) (manufactured by Aldrich)
Sulfolane (hereinafter abbreviated as SL) (manufactured by Aldrich)
(E) lithium salt bis (trifluoromethylsulfonyl) imido lithium (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
(F) Inorganic filler Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) (particle diameter: 40-47 nm, manufactured by Aldrich)
・ (G) Plasticizer Tetraethylene glycol dimethyl ether (hereinafter abbreviated as TEGME) (manufactured by Aldrich)
Polyethylene glycol dimethyl ether (mass average molecular weight 2000, hereinafter abbreviated as PEG) (manufactured by Aldrich)
・ Other organic solvents acetonitrile (dehydrated, manufactured by Aldrich)
Tetrahydrofuran (dehydrated, manufactured by Aldrich)

(2)(A)ポリアニオン型リチウム塩の調製
(2−1)ポリ(アクリル酸リチウム)(以下、PAc−Liと略記する)の調製
PAc(10.0g、138.8mmol)を丸底フラスコに量り取り、これを100mLの蒸留水に溶解させた。これにLiOH・HO(5.99g、139.5mmol)を60mlの蒸留水に溶かした溶液をゆっくりと滴下した。室温で24時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶液を濃縮した。濃縮した溶液を500mLのメタノールにゆっくりと滴下し、析出した固体を再度メタノールにて洗浄することによって、白色のPAc−Liを得た。
(2) (A) Preparation of polyanionic lithium salt (2-1) Preparation of poly (lithium acrylate) (hereinafter abbreviated as PAc-Li) PAc (10.0 g, 138.8 mmol) was added to a round bottom flask. Weighed and dissolved in 100 mL of distilled water. A solution obtained by dissolving LiOH.H 2 O (5.99 g, 139.5 mmol) in 60 ml of distilled water was slowly added dropwise thereto. After stirring for 24 hours at room temperature, the solution was concentrated using a rotary evaporator. The concentrated solution was slowly added dropwise to 500 mL of methanol, and the precipitated solid was washed again with methanol to obtain white PAc-Li.

(2−2)ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸リチウム)(PAMPS−Li)の調製
PAMPSの15質量%水溶液(33.3g、24.1mmol)を丸底フラスコに量り取り、これにLiOH・HO(1.05g、24.6mmol)を60mlの蒸留水に溶かした溶液をゆっくりと滴下した。室温で24時間撹拌した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶液を濃縮した。濃縮した溶液を400mLの2−プロパノールにゆっくりと滴下し、析出した固体を再度2−プロパノールにて洗浄することによって、淡黄色のPAMPS−Liを得た。
(2-2) Preparation of poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid lithium) (PAMPS-Li) A 15% by mass aqueous solution of PAMPS (33.3 g, 24.1 mmol) was weighed into a round bottom flask. A solution of LiOH.H 2 O (1.05 g, 24.6 mmol) dissolved in 60 ml of distilled water was slowly added dropwise thereto. After stirring for 24 hours at room temperature, the solution was concentrated using a rotary evaporator. The concentrated solution was slowly added dropwise to 400 mL of 2-propanol, and the precipitated solid was washed again with 2-propanol to obtain pale yellow PAMPS-Li.

(3)電解質膜の作成
以下に示す実施例及び比較例における電解質膜の作製は、すべてドライボックス内又は真空デシケータ内で行った。
(3) Production of electrolyte membrane Production of electrolyte membranes in the following examples and comparative examples was all performed in a dry box or a vacuum desiccator.

[実施例1]
<PEO、PAc−Li、BFO(C、LiN(SOCFを含むゲル電解質膜の作製>
PEO(0.50g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.018g)、BFO(C(0.032g)、LiN(SOCF(0.036g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.52g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(12mL)を加え、室温で24時間攪拌した。PEOが完全にアセトニトリルに溶解し、PAc−Liが溶液中に十分に分散していることを確認した後、得られた分散液をポリテトラフルオロエチレン製のシャーレ(直径5.0cm)にキャスティングした。次いで、前記シャーレを真空デシケータ内に移し、ここに乾燥窒素を2L/分の流量で流しながら24時間以上乾燥させることによって、電解質膜を得た。(A)ポリアニオン型リチウム塩及び(B)マトリクスポリマーの総配合量と(D)有機溶媒の配合量との比([(A)+(B)]:(D)(質量比))、並びに[(C)ホウ素化合物の配合量(モル数)]/[(A)ポリアニオン型リチウム塩中のリチウム原子のモル数]のモル比((C)/Li(モル比))を表1に示す。これは、以降の実施例及び比較例も同様である。
[Example 1]
<PEO, Preparation of PAc-Li, BF 3 O ( C 2 H 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) gel electrolyte film containing 2>
PEO (0.50 g), PAc-Li (0.018 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.032 g), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.036 g), a mixed solvent of EC and GBL as an organic solvent (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.52 g) was weighed into a sample bottle, acetonitrile (12 mL) was added, and at room temperature Stir for 24 hours. After confirming that PEO was completely dissolved in acetonitrile and PAc-Li was sufficiently dispersed in the solution, the obtained dispersion was cast into a petri dish (diameter: 5.0 cm) made of polytetrafluoroethylene. . Next, the petri dish was transferred into a vacuum desiccator, and dried for 24 hours or more while flowing dry nitrogen at a flow rate of 2 L / min to obtain an electrolyte membrane. (A) Ratio of total blending amount of polyanionic lithium salt and (B) matrix polymer to blending amount of (D) organic solvent ([(A) + (B)] :( D) (mass ratio)), and Table 1 shows the molar ratio ((C) / Li (molar ratio)) of [(C) boron compound content (molar number)] / [(A) molar number of lithium atoms in polyanionic lithium salt]. . The same applies to the following examples and comparative examples.

[実施例2]
<PEO、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製>
PEO(0.50g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.018g)、BFO(C(0.032g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.52g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(12mL)を加えた後、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 2]
<PEO, Preparation of PAc-Li, BF 3 O ( C 2 H 5) gel electrolyte film containing 2>
PEO (0.50 g), PAc-Li (0.018 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.032 g), EC and GBL as organic solvents A mixed solvent (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.52 g) was weighed into a sample bottle, acetonitrile (12 mL) was added, and then an electrolyte membrane was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
<PEO、PAc−Li、LiN(SOCFを含むゲル電解質膜の作製>
PEO(0.50g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.018g)、LiN(SOCF(0.036g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.52g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(12mL)を加えた後、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Comparative Example 1]
<PEO, Preparation of PAc-Li, LiN (SO 2 CF 3) gel electrolyte film containing 2>
PEO (0.50 g), PAc-Li (0.018 g) obtained in (2-1) above, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.036 g), EC and GBL mixed solvent as organic solvents (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.52 g) was weighed into a sample bottle, acetonitrile (12 mL) was added, and then an electrolyte membrane was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例2]
<PEO、LiN(SOCFを含むゲル電解質膜の作製>
PEO(0.50g)、LiN(SOCF(0.036g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.50g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(12mL)を加えた後、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Comparative Example 2]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PEO, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 >
PEO (0.50 g), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.036 g), EC and GBL mixed solvent (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.50 g) as an organic solvent sample After weighing into a bottle and adding acetonitrile (12 mL), an electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1.

[比較例3]
<PEO、PAc−Liを含むゲル電解質膜の作製>
PEO(0.50g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.018g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.52g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(12mL)を加えた後、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Comparative Example 3]
<Preparation of gel electrolyte membrane containing PEO and PAc-Li>
PEO (0.50 g), PAc-Li (0.018 g) obtained in (2-1) above, a mixed solvent of EC and GBL as an organic solvent (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) ( 0.52 g) was weighed into a sample bottle, acetonitrile (12 mL) was added, and an electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
<PVdF−HFP、PEO、PAc−Li、BFO(C、LiN(SOCFを含むゲル電解質膜の作製(1)>
PVdF−HFP(0.4g)、PEO(0.10g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.035g)、BFO(C(0.032g)、LiN(SOCF(0.036g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.55g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(4mL)とアセトニトリル(2mL)を加え、48時間攪拌した。この時、PVdF−HFPを完全に溶解させるために、60℃で1時間程度の加熱を3回行った。PVdF−HFP及びPEOが完全に溶媒中に溶解し、PAc−Liが溶液中に十分に分散していることを確認した後、得られた分散液をポリテトラフルオロエチレン製のシャーレ(直径5.0cm)にキャスティングした。次いで、前記シャーレを真空デシケータ内に移し、ここに乾燥窒素を2L/分の流量で流しながら24時間以上乾燥させることによって、電解質膜を得た。
[Example 3]
<Preparation of PVdF-HFP, PEO, PAc- Li, BF 3 O (C 2 H 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) gel electrolyte film containing 2 (1)>
PVdF-HFP (0.4 g), PEO (0.10 g), PAc-Li (0.035 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.032 g ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.036 g), a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.55 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, Tetrahydrofuran (4 mL) and acetonitrile (2 mL) were added and stirred for 48 hours. At this time, in order to completely dissolve PVdF-HFP, heating at 60 ° C. for about 1 hour was performed three times. After confirming that PVdF-HFP and PEO were completely dissolved in the solvent and PAc-Li was sufficiently dispersed in the solution, the obtained dispersion was treated with a petri dish made of polytetrafluoroethylene (diameter: 5. 0 cm). Next, the petri dish was transferred into a vacuum desiccator, and dried for 24 hours or more while flowing dry nitrogen at a flow rate of 2 L / min to obtain an electrolyte membrane.

[実施例4]
<PVdF−HFP、PEO、PAc−Li、BFO(C、LiN(SOCFを含むゲル電解質膜の作製(2)>
PVdF−HFP(0.4g)、PEO(0.10g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.053g)、BFO(C(0.032g)、LiN(SOCF(0.072g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.11g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(4mL)とアセトニトリル(2mL)を加えた後、実施例3と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 4]
<Preparation of PVdF-HFP, PEO, PAc- Li, BF 3 O (C 2 H 5) 2, LiN (SO 2 CF 3) gel electrolyte film containing 2 (2)>
PVdF-HFP (0.4 g), PEO (0.10 g), PAc-Li (0.053 g) obtained in the above (2-1), BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.032 g ), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.072 g), a mixed solvent of EC and GBL as an organic solvent (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.11 g) was weighed into a sample bottle, Tetrahydrofuran (4 mL) and acetonitrile (2 mL) were added, and then an electrolyte membrane was produced in the same manner as in Example 3.

[実施例5]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(1)>
PVdF−HFPの10質量%THF溶液(2.0g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.079g)、BFO(C(0.072g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.12g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加え、室温で48時間攪拌した。得られた溶液を所定量、ポリオレフィン不織布(空孔率76%)をセットしたポリテトラフルオロエチレン製のシャーレ(直径7.5cm)にキャスティングした。次いで、前記シャーレを真空デシケータ内に移し、ここに乾燥窒素を2L/分の流量で流しながら24時間以上乾燥させることによって、電解質膜を得た。
[Example 5]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (1)>
10 mass% THF solution (2.0 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.079 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.072 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.12 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 48 hours. The obtained solution was cast in a petri dish (diameter 7.5 cm) made of polytetrafluoroethylene in which a predetermined amount of a polyolefin nonwoven fabric (porosity 76%) was set. Next, the petri dish was transferred into a vacuum desiccator, and dried for 24 hours or more while flowing dry nitrogen at a flow rate of 2 L / min to obtain an electrolyte membrane.

[実施例6]
<PVdF−HFP、PAMPS−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製>
PVdF−HFPの10質量%THF溶液(2.0g)、上記(2−2)にて得られたPAMPS−Li(0.322g)、BFO(C(0.11g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(2.09g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 6]
<Preparation of PVdF-HFP, PAMPS-Li, BF 3 O (C 2 H 5) gel electrolyte film containing 2>
10 mass% THF solution (2.0 g) of PVdF-HFP, PAMPS-Li (0.322 g) obtained in (2-2) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.11 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (2.09 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[比較例4]
<PVdF−HFP、PAc−Liを含むゲル電解質膜の作製>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.5g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.067g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.26g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Comparative Example 4]
<Production of gel electrolyte membrane containing PVdF-HFP and PAc-Li>
PVdF-HFP in 10 mass% tetrahydrofuran solution (2.5 g), PAc-Li (0.067 g) obtained in (2-1) above, a mixed solvent of EC and GBL as an organic solvent (EC: GBL = 30 : 70 (volume ratio)) (1.26 g) was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and an electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 5.

[実施例7]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(2)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.5g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.086g)、BFO(C(0.016g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.0g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 7]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (2)>
10 mass% tetrahydrofuran solution (2.5 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.086 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.016 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.0 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例8]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(3)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.5g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.089g)、BFO(C(0.048g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.0g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 8]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (3)>
10 mass% tetrahydrofuran solution (2.5 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.089 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.048 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.0 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例9]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(4)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.5g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.092g)、BFO(C(0.10g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.0g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 9]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (4)>
10 mass% tetrahydrofuran solution (2.5 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.092 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.10 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.0 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例10]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(5)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.5g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.10g)、BFO(C(0.18g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.0g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 10]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (5)>
PVdF-HFP in 10 mass% tetrahydrofuran solution (2.5 g), PAc-Li (0.10 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.18 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.0 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例11]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(6)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.0g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.088g)、BFO(C(0.24g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.8g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 11]
<Production of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (6)>
10 mass% tetrahydrofuran solution (2.0 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.088 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.24 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.8 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例12]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO(Cを含むゲル電解質膜の作製(7)>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.0g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.098g)、BFO(C(0.36g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(0.8g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 12]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (7)>
PVdF-HFP in 10 mass% tetrahydrofuran solution (2.0 g), PAc-Li (0.098 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0.36 g) Then, a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (0.8 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and then the same as in Example 5 An electrolyte membrane was prepared by this method.

[実施例13]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BF10NHを含むゲル電解質膜の作製>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.0g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.088g)、BF10NH(0.17g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.15g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 13]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 C 5 H 10 NH>
10 mass% tetrahydrofuran solution (2.0 g) of PVdF-HFP, PAc-Li (0.088 g) obtained in (2-1) above, BF 3 C 5 H 10 NH (0.17 g), organic solvent As a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.15 g) was weighed into a sample bottle and tetrahydrofuran (2 mL) was added. A membrane was prepared.

[実施例14]
<PVdF−HFP、PAc−Li、BFO((CHC)を含むゲル電解質膜の作製>
PVdF−HFPの10質量%テトラヒドロフラン溶液(2.0g)、上記(2−1)にて得られたPAc−Li(0.094g)、BFO((CHC)(0.24g)、有機溶媒としてEC及びGBLの混合溶媒(EC:GBL=30:70(体積比))(1.18g)をサンプル瓶に量り取り、テトラヒドロフラン(2mL)を加えた後、実施例5と同様の方法で電解質膜を作製した。
[Example 14]
<Preparation of Gel Electrolyte Membrane Containing PVdF-HFP, PAc-Li, BF 3 O ((CH 3 ) 3 C) 2 >
PVdF-HFP in 10 mass% tetrahydrofuran solution (2.0 g), PAc-Li (0.094 g) obtained in (2-1) above, BF 3 O ((CH 3 ) 3 C) 2 (0. 24 g), a mixed solvent of EC and GBL (EC: GBL = 30: 70 (volume ratio)) (1.18 g) as an organic solvent was weighed into a sample bottle, tetrahydrofuran (2 mL) was added, and Example 5 and An electrolyte membrane was produced in the same manner.

(4)電解質膜のイオン伝導度の測定
上記で得られた電解質膜を、内径5mmの穴が開いているスペーサーに入るように所定の大きさに切り取り、それらをステンレス板で挟みこんでセルに組み込んだ。そして、セルを複素交流インピーダンス測定装置に接続し、ナイキストプロットから抵抗値を測定した。この時、セルを80℃に設定した恒温槽に入れて電解質とステンレス板をなじませた後、温度を下げていき、所定温度での抵抗値を測定した。各温度での抵抗値は、それぞれの温度でセルを30分間保持してから測定した。そして、得られた抵抗値から、下記式(I)にしたがって、電解質膜のイオン伝導度(σ)(S/cm)を算出した。実施例1〜14及び比較例1〜4における電解質膜のイオン伝導度を表2に示す。また、実施例1〜2及び比較例1〜3における電解質膜のイオン伝導度(σ)を対数プロットしたグラフを図1に、実施例3〜4における電解質膜のイオン伝導度(σ)を対数プロットしたグラフを図2に、それぞれ示す。
σ = l/s・R ・・・・(I)
(式中、lは試料(電解質膜)の厚さ(cm)を表し;sは試料(電解質膜)の面積(cm)を表し;Rは抵抗値(Ω)を表す。)
(4) Measurement of the ionic conductivity of the electrolyte membrane The electrolyte membrane obtained above is cut into a predetermined size so as to enter a spacer having a hole with an inner diameter of 5 mm, and sandwiched between stainless steel plates in a cell. Incorporated. And the cell was connected to the complex alternating current impedance measuring apparatus, and resistance value was measured from the Nyquist plot. At this time, the cell was put in a thermostat set at 80 ° C., and after the electrolyte and the stainless steel plate were blended, the temperature was lowered and the resistance value at a predetermined temperature was measured. The resistance value at each temperature was measured after holding the cell for 30 minutes at each temperature. And from the obtained resistance value, the ionic conductivity (σ) (S / cm) of the electrolyte membrane was calculated according to the following formula (I). Table 2 shows the ionic conductivity of the electrolyte membranes in Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 4. Moreover, the graph which plotted the ionic conductivity ((sigma)) of the electrolyte membrane in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 logarithmically in FIG. 1, and the ionic conductivity ((sigma)) of the electrolyte membrane in Examples 3-4 is logarithmically. The plotted graphs are shown in FIG.
σ = l / s · R (I)
(Wherein l represents the thickness (cm) of the sample (electrolyte membrane); s represents the area (cm 2 ) of the sample (electrolyte membrane); R represents the resistance value (Ω).)

(5)電解質膜のリチウムイオンの輸率(t+)の測定
上記で得られた電解質膜のリチウムイオンの輸率を、直流分極測定と複素インピーダンス測定の併用によって求めた。
すなわち、電解質膜を内径16mmの穴が開いているスペーサーに入るように所定の大きさに切り取り、それらをLi板で挟みこんでセルに組み込んだ。そして、セルを複素交流インピーダンス測定装置に接続し、セルを60℃に設定した恒温槽に1時間入れた後、温度を25℃に変えて、1時間以上置いた後に測定を開始した。測定法は以下の通りである。まず、複素インピーダンス測定を行い、抵抗値(以下、R0と略記する)を見積もった。その後、直流分極測定を行い、電流値が一定になったのを確認(以下、初期電流値をI0、一定になった時の電流値をIsとそれぞれ略記する)した後、再び、複素インピーダンス測定を行い、抵抗値(以下、Rsと略記する)を見積もった。そして、リチウムイオンの輸率を、下記式(II)で表されるエバンス式より算出した。実施例1〜14及び比較例1〜4における電解質膜のリチウムイオンの輸率(t+)を表2に示す。
t+ = Is(ΔV−I0・R0)/I0(ΔV−Is・Rs) ・・・・(II)
(式中、ΔVは印加電圧を表し;R0、Rs、I0、Isは上記と同様である。)
(5) Measurement of lithium ion transport number (t +) of electrolyte membrane The lithium ion transport number of the electrolyte membrane obtained above was determined by the combined use of DC polarization measurement and complex impedance measurement.
That is, the electrolyte membrane was cut into a predetermined size so as to enter a spacer having a hole with an inner diameter of 16 mm, and was sandwiched between Li plates and incorporated into a cell. And after connecting the cell to the complex alternating current impedance measuring apparatus and putting the cell in a thermostat set to 60 ° C. for 1 hour, the temperature was changed to 25 ° C. and the measurement was started after being placed for 1 hour or more. The measuring method is as follows. First, complex impedance measurement was performed, and a resistance value (hereinafter abbreviated as R0) was estimated. Then, DC polarization measurement was performed to confirm that the current value became constant (hereinafter, the initial current value was abbreviated as I0, and the current value when it became constant was abbreviated as Is, respectively), and then the complex impedance measurement was performed again. The resistance value (hereinafter abbreviated as Rs) was estimated. And the transport number of lithium ion was computed from the Evans formula represented by following formula (II). Table 2 shows the lithium ion transport number (t +) of the electrolyte membranes in Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 4.
t + = Is (ΔV−I0 · R0) / I0 (ΔV−Is · Rs) (II)
(In the formula, ΔV represents an applied voltage; R0, Rs, I0, Is are the same as described above.)

Figure 2012018909
Figure 2012018909

Figure 2012018909
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実施例2より、マトリクスポリマーにPAc−Li、BFO(C及び有機溶媒を配合すれば、電解質膜において、高いイオン伝導度とリチウムイオンの輸率を実現できることが確認できた。そして、実施例1より、少量のLiN(SOCFが存在することにより、リチウムイオンの輸率が低下することなく、イオン伝導度がさらに向上することが確認できた。
また、実施例3より、マトリクスポリマーが変化しても、電解質膜のイオン伝導度はほぼ影響を受けないことが確認できた。
そして、実施例4より、有機溶媒の配合量を増やすことで、電解質膜のイオン伝導度がさらに向上することが確認できた。
そして、実施例5〜14より、種々の配合成分の組み合わせ及び配合比率で、実施例1〜4と同様に、高いイオン伝導度とリチウムイオンの輸率を実現できることが確認できた。
一方、比較例1より、BFO(Cが、電解質膜の室温付近におけるイオン伝導度とリチウムイオンの輸率の向上に不可欠な配合成分であることが確認できた。
また、比較例2より、BFO(C及びPAc−Liが未配合となることにより、LiN(SOCFが唯一のイオン伝導体となるため、室温付近のイオン伝導度が大きく低下し、リチウムイオンの輸率も低下してしまうことが確認できた。
また、比較例3より、BFO(C及びLiN(SOCFが欠けることにより、イオン伝導度がさらに大きく低下してしまうことが確認できた。これは、PAc−Liが十分に解離できないためであると推測される。比較例4も比較例3と同様に、イオン伝導度が大きく低下してしまった。
From Example 2, it can be confirmed that, if PAc-Li, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 and an organic solvent are blended in the matrix polymer, high ionic conductivity and lithium ion transport number can be realized in the electrolyte membrane. It was. From Example 1, it was confirmed that the presence of a small amount of LiN (SO 2 CF 3 ) 2 further improved the ion conductivity without lowering the lithium ion transport number.
Further, from Example 3, it was confirmed that even when the matrix polymer was changed, the ionic conductivity of the electrolyte membrane was hardly affected.
And from Example 4, it has confirmed that the ionic conductivity of an electrolyte membrane further improved by increasing the compounding quantity of an organic solvent.
And from Examples 5-14, it has confirmed that a high ion conductivity and the transport number of lithium ion were realizable similarly to Examples 1-4 with the combination and the mixture ratio of various compounding components.
On the other hand, it was confirmed from Comparative Example 1 that BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 is an essential component for improving the ionic conductivity and the lithium ion transport number near the room temperature of the electrolyte membrane.
Further, from Comparative Example 2, BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 and PAc-Li are not blended, so that LiN (SO 2 CF 3 ) 2 becomes the only ionic conductor, It was confirmed that the ionic conductivity was greatly reduced and the transport number of lithium ions was also reduced.
Further, from Comparative Example 3, by BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3) 2 is absent, it was confirmed that the ionic conductivity is lowered even greater. This is presumed to be because PAc-Li cannot be sufficiently dissociated. Similarly to Comparative Example 3, the ionic conductivity of Comparative Example 4 was greatly reduced.

(6)原料の使用量と電解質膜のイオン伝導度との関係の確認
品質工学的手法を適用して、電解質膜作製時の各原料の使用量と、その電解質膜のイオン伝導度への影響を確認した。より具体的には、以下の通りである。
(6) Confirmation of the relationship between the amount of raw material used and the ionic conductivity of the electrolyte membrane Applying quality engineering techniques, the amount of each raw material used during the production of the electrolyte membrane and its effect on the ionic conductivity of the electrolyte membrane It was confirmed. More specifically, it is as follows.

(6−1)制御因子の割付
原料の使用量や種類など、変化させることによって特性が変化するものを品質工学では制御因子と呼ぶが、本実験においては2水準を1因子、3水準を7因子の合計8因子を割り付けた。表3に示すように制御因子は、
(a)ポリアニオン型リチウム(Li)塩の種類をPAMPS−Li、PAc−Li、
(b)ポリアニオン型リチウム塩の配合量を1/48、1/24、1/12(Li/PEO(モル比))、
(c)LiN(SOCFの配合量を0、1/100、1/50(Li/PEO(モル比))、
(d)有機溶媒の配合量を10、40、100(有機溶媒/PEO(質量比))、
(e)有機溶媒の種類をEC+PC、EC+PC+GBL、EC+PC+SL(1:1又は1:1:1(体積比))、
(f)BFO(Cの配合量を0、1、2(BFO(C/ポリアニオン型リチウム塩(モル比))、
(g)Alの配合量を0、2、10(Al/PEO(質量比))、
(h)可塑剤をなし、TEGME、PEG(PEOに対して10質量%配合)
とした。
(6-1) Assignment of control factors In the quality engineering, what changes the characteristics by changing the amount and type of raw materials used is called a control factor. In this experiment, 2 levels are 1 factor and 3 levels are 7 A total of 8 factors were assigned. As shown in Table 3, the control factors are
(A) The type of polyanion type lithium (Li) salt is changed to PAMPS-Li, PAc-Li,
(B) The blending amount of the polyanion type lithium salt is 1/48, 1/24, 1/12 (Li / PEO (molar ratio)),
(C) LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is blended in amounts of 0, 1/100, 1/50 (Li / PEO (molar ratio)),
(D) The blending amount of the organic solvent is 10, 40, 100 (organic solvent / PEO (mass ratio)),
(E) The type of the organic solvent is EC + PC, EC + PC + GBL, EC + PC + SL (1: 1 or 1: 1: 1 (volume ratio)),
(F) BF 3 O (C 2 H 5) 2 of the amount 0,1,2 (BF 3 O (C 2 H 5) 2 / polyanion lithium salt (molar ratio)),
(G) the amount of Al 2 O 3 0,2,10 (Al 2 O 3 / PEO ( mass ratio)),
(H) Made of plasticizer, TEGME, PEG (10% by mass based on PEO)
It was.

Figure 2012018909
Figure 2012018909

(6−2)L18直交表への割付及び電解質膜の作製
制御因子の割付に基づいて表4及び5に示すL18直交表を作成し、この直交表にしたがって電解質膜を作製した(実験例1〜18)。この時の各原料の配合量を表6及び7に示す。
例えば、実験例3では、PEO(1.0g)、PAMPS−Li(0.101g)、LiN(SOCF(0.13g)、BFO(C(0.013g)、Al(0.1g)、可塑剤としてPEG(0.1g)、有機溶媒としてEC、PC及びSLの混合溶媒(1:1:1、体積比)(1g)をサンプル瓶に量り取り、アセトニトリル(20mL)を加えた後、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
他の実験列についても同様に、表6及び7に示すように原料を配合し(いずれも、PEOの配合量は1.0g、アセトニトリルの配合量は20mLである)、実施例1と同様の方法で電解質膜を作製した。
(6-2) Assignment to L18 orthogonal table and production of electrolyte membrane Based on the assignment of control factors, the L18 orthogonal table shown in Tables 4 and 5 was created, and an electrolyte membrane was produced according to this orthogonal table (Experimental Example 1). To 18). Tables 6 and 7 show the blending amount of each raw material at this time.
For example, in Experimental Example 3, PEO (1.0 g), PAMPS-Li (0.101 g), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (0.13 g), BF 3 O (C 2 H 5 ) 2 (0. 013 g), Al 2 O 3 (0.1 g), PEG (0.1 g) as a plasticizer, EC, PC and SL mixed solvent (1: 1: 1, volume ratio) (1 g) as an organic solvent After adding acetonitrile (20 mL), an electrolyte membrane was prepared in the same manner as in Example 1.
Similarly for the other experimental trains, the raw materials were blended as shown in Tables 6 and 7 (both the PEO blending amount was 1.0 g and the acetonitrile blending amount was 20 mL). An electrolyte membrane was prepared by this method.

Figure 2012018909
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Figure 2012018909
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Figure 2012018909
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Figure 2012018909
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(6−3)電解質膜のデータ解析
上記と同様の方法で、実験例1〜18における電解質膜の各温度におけるイオン伝導度を測定した。測定結果を表8に示す。さらに望目特性という評価特性に基づいて、SN比(η)及び感度(S)を算出した。ここで、ある温度Tnにおいて測定されたイオン伝導度をynとする(ここで、nは2以上の整数を表す。)と、SN比(η)、感度(S)は、下記式(III)〜(VI)を使用して、下記式(VII)、(VIII)によりそれぞれ算出できる。実験例1〜18における電解質膜のSN比(η)及び感度(S)を図3に示す。
ここで、SN比(η)は、イオン伝導度の温度によるばらつきの程度を示し、数値が大きいほど、ばらつきが小さくて優れていることを示す。また、感度(S)は、イオン伝導度の高さを示し、数値が大きいほど、イオン伝導度が高くて優れていることを示す。
全2乗和 : ST = y1+y2+y3+・・・+yn ・・・・(III)
平均の変動 : SM = (y1+y2+y3+・・・+yn)/n ・・・・(IV)
ノイズの変動 : SN = ST−SM ・・・・(V)
総合誤差分散 : VN = SN/(n−1) ・・・・(VI)
SN比 : η = (1/n)SM/VN ・・・・(VII)
感度 : S = (1/n)SM ・・・・(VIII)
(6-3) Data analysis of electrolyte membrane The ion conductivity at each temperature of the electrolyte membrane in Experimental Examples 1 to 18 was measured by the same method as described above. Table 8 shows the measurement results. Further, the SN ratio (η) and sensitivity (S) were calculated based on the evaluation characteristic called the desired characteristic. Here, when the ion conductivity measured at a certain temperature Tn is yn (where n represents an integer of 2 or more), the SN ratio (η) and sensitivity (S) are expressed by the following formula (III). Using (VI), it can be calculated by the following formulas (VII) and (VIII), respectively. The SN ratio (η) and sensitivity (S) of the electrolyte membrane in Experimental Examples 1 to 18 are shown in FIG.
Here, the SN ratio (η) indicates the degree of variation of the ionic conductivity due to temperature, and the larger the numerical value, the smaller the variation and the better. Moreover, sensitivity (S) shows the height of ionic conductivity, and it shows that ionic conductivity is high and it is excellent, so that a numerical value is large.
Sum of all squares: ST = y1 2 + y2 2 + y3 2 +... + Yn 2 ... (III)
Average fluctuation: SM = (y1 + y2 + y3 +... + Yn) 2 / n (IV)
Noise fluctuation: SN = ST-SM (V)
Total error variance: VN = SN / (n-1) (VI)
Signal to noise ratio: η = (1 / n) SM / VN (VII)
Sensitivity: S = (1 / n) SM (... VIII)

実験例1〜18において、算出したSN比(η)及び感度(S)から、周知慣用の方法に従って要因効果図を作成した。この時の要因効果図を図4〜7に示す。ここで、要因効果図とは、主効果の大きさをグラフ化したものであり、図4及び5はSN比(η)に関する要因効果図を、図6及び7は感度(S)に関する要因効果図をそれぞれ示す。   In Experimental Examples 1 to 18, factor effect diagrams were created from the calculated SN ratio (η) and sensitivity (S) according to a well-known and commonly used method. Factor effect diagrams at this time are shown in FIGS. Here, the factor effect diagram is a graph of the magnitude of the main effect. FIGS. 4 and 5 are factor effect diagrams relating to the SN ratio (η), and FIGS. 6 and 7 are factor effects relating to the sensitivity (S). Each figure is shown.

次いで、この要因効果の信頼性の有無を検定するために、以下に示す確認実験を行った。
すなわち、得られた要因効果図の各因子について、SN比(η)及び感度(S)が高い水準を選択し、最適な条件を決定した(実験例19及び20の条件)。例えば、その最適条件において予想されるSN比は、要因効果図からη1であると推定できる(推定値)。そして、その最適条件で、再度本発明の電解質膜を作製し、上記と同様の方法でイオン伝導度を測定し、さらにSN比を算出した(実験例19及び20)。この時のSN比をη2とする(実験値)。同様に、比較条件として、実験例1の要因効果図から推定されるSN比をη3(推定値)、実際のイオン伝導度から算出されたSN比をη4(実験値)とした(実験例1の結果)。最適条件(実験例19及び20の条件)と比較条件との差を利得というが、推定値の利得(η1−η3)と実験値の利得(η2−η4)が近い値を示した場合、要因効果図の信頼性が高いといえる。これは、感度(S)についても同様である。
なお、実験例19及び20における電解質膜のイオン伝導度の測定結果を表9に示す。
Next, in order to test the reliability of this factor effect, the following confirmation experiment was performed.
That is, for each factor in the obtained factor-effect diagram, a level having a high SN ratio (η) and sensitivity (S) was selected and optimum conditions were determined (conditions of Experimental Examples 19 and 20). For example, the S / N ratio expected under the optimum condition can be estimated to be η1 from the factor effect diagram (estimated value). And the electrolyte membrane of this invention was again produced on the optimal conditions, the ion conductivity was measured by the method similar to the above, and SN ratio was further calculated (Experimental Examples 19 and 20). The SN ratio at this time is η2 (experimental value). Similarly, as comparison conditions, the SN ratio estimated from the factor-effect diagram of Experimental Example 1 was η3 (estimated value), and the SN ratio calculated from actual ionic conductivity was η4 (experimental value) (Experimental Example 1). Results). The difference between the optimum condition (the conditions of Experimental Examples 19 and 20) and the comparison condition is referred to as a gain. It can be said that the reliability of the effect chart is high. The same applies to the sensitivity (S).
Table 9 shows the measurement results of the ionic conductivity of the electrolyte membranes in Experimental Examples 19 and 20.

Figure 2012018909
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Figure 2012018909
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図4〜7に示す要因効果図から、各原料の望ましい配合形態の範囲を特定できる。例えば、以下の通りである。
電解質膜において、ポリアニオン型リチウム塩としては、スルホン酸リチウム塩とカルボン酸リチウム塩との間に有意差はなく、酸の種類によらず使用できることが確認できた。
ポリアニオン型リチウム塩の前記配合量は、1/48から1/12の範囲内では問題ないことが確認できた。
LiN(SOCF及びAlの配合量は、少量で良いことが確認できた。
有機溶媒の配合量は、電解液の保持性や膜強度を損なわない範囲内において、多い方が良いことが確認できた。
有機溶媒の種類は、特に限定されないことが確認できた。
BFO(CHCHの配合量は、ポリアニオン型リチウム塩1モルに対して、1モル以上であると好ましいことが確認できた。
可塑剤は、ゲル電解質においては必須成分ではないことが確認できた。
The range of the desirable blending form of each raw material can be specified from the factor effect diagrams shown in FIGS. For example, it is as follows.
In the electrolyte membrane, as the polyanion type lithium salt, there was no significant difference between the sulfonic acid lithium salt and the carboxylic acid lithium salt, and it was confirmed that the polyanion type lithium salt can be used regardless of the type of acid.
It was confirmed that the blending amount of the polyanion type lithium salt was not a problem within the range of 1/48 to 1/12.
It was confirmed that the amounts of LiN (SO 2 CF 3 ) 2 and Al 2 O 3 were small.
It was confirmed that a larger amount of the organic solvent was better as long as the retention of the electrolytic solution and the film strength were not impaired.
It was confirmed that the type of the organic solvent is not particularly limited.
It was confirmed that the blending amount of BF 3 O (CH 2 CH 3 ) 2 was preferably 1 mol or more with respect to 1 mol of the polyanion type lithium salt.
It was confirmed that the plasticizer is not an essential component in the gel electrolyte.

上記方法にしたがって、SN比(η)及び感度(S)について、推定値の利得と実験値の利得とを算出した。結果を表10に示す。
表10から明らかなように、実験例19及び20では、いずれも利得が比較的近い値を示したことから、本実験例で得られた要因効果は信頼性が高いことが確認できた。
According to the above method, the gain of the estimated value and the gain of the experimental value were calculated for the SN ratio (η) and the sensitivity (S). The results are shown in Table 10.
As is apparent from Table 10, since the gains were relatively close in Experimental Examples 19 and 20, it was confirmed that the factor effect obtained in this Experimental Example was highly reliable.

Figure 2012018909
Figure 2012018909

本発明は、リチウムイオン二次電池の分野で利用可能である。   The present invention can be used in the field of lithium ion secondary batteries.

Claims (12)

(A)ポリアニオン型リチウム塩、(C)ホウ素化合物及び(D)有機溶媒が配合されてなることを特徴とする電解質。   An electrolyte comprising (A) a polyanionic lithium salt, (C) a boron compound, and (D) an organic solvent. さらに、(B)マトリクスポリマーが配合されてなることを特徴とする請求項1に記載の電解質。   Furthermore, (B) matrix polymer is mix | blended, The electrolyte of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記(C)ホウ素化合物が、ハロゲン化ホウ素、ハロゲン化ホウ素アルキルエーテル錯体、ハロゲン化ホウ素アルコール錯体、及びハロゲン化ホウ素塩からなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電解質。   The (C) boron compound is at least one selected from the group consisting of boron halides, boron halide alkyl ether complexes, boron halide alcohol complexes, and boron halide salts. 2. The electrolyte according to 2. 前記(C)ホウ素化合物が、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素ジメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジn−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素ジtert−ブチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素tert−ブチルメチルエーテル錯体、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン錯体、三フッ化ホウ素メタノール錯体、三フッ化ホウ素プロパノール錯体、及び三フッ化ホウ素フェノール錯体、及び三フッ化ホウ素ピペリジニウムからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解質。   The boron compound (C) is boron trifluoride, boron trifluoride dimethyl ether complex, boron trifluoride diethyl ether complex, boron trifluoride di n-butyl ether complex, boron trifluoride di tert-butyl ether complex, trifluoride. Selected from the group consisting of boron tert-butyl methyl ether complex, boron trifluoride tetrahydrofuran complex, boron trifluoride methanol complex, boron trifluoride propanol complex, and boron trifluoride phenol complex, and piperidinium boron trifluoride The electrolyte according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrolyte is one or more types. 前記(A)ポリアニオン型リチウム塩が、ポリカルボン酸リチウム塩及びポリスルホン酸リチウム塩からなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解質。   The electrolyte according to any one of claims 1 to 4, wherein the (A) polyanionic lithium salt is at least one selected from the group consisting of a lithium polycarboxylic acid salt and a lithium polysulfonic acid salt. . 前記(A)ポリアニオン型リチウム塩が、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸リチウム)、ポリ(スチレンスルホン酸リチウム)、ポリ(ビニルスルホン酸リチウム)、ポリ(パーフルオロスルホン酸リチウム)、ポリ((メタ)アクリル酸リチウム)、ポリマレイン酸リチウム、ポリフマル酸リチウム、ポリムコン酸リチウム、ポリソルビン酸リチウム、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(tert−ブチルアクリレート−エチルアクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体、ポリ(エチレン−アクリル酸リチウム)共重合体及びポリ(メチルメタクリレート−メタクリル酸リチウム)共重合体からなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解質。   The (A) polyanionic lithium salt is poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate lithium), poly (lithium styrenesulfonate), poly (lithium vinylsulfonate), poly (perfluorosulfonic acid). Lithium), poly (lithium (meth) acrylate), lithium polymaleate, lithium polyfumarate, lithium polymuconate, lithium polysorbate, poly (acrylonitrile-butadiene-lithium acrylate) copolymer, poly (tert-butyl acrylate) It is at least one selected from the group consisting of an ethyl acrylate-lithium methacrylate copolymer, a poly (ethylene-lithium acrylate) copolymer, and a poly (methyl methacrylate-lithium methacrylate) copolymer. Request The electrolyte according to any one of 1 to 5. 前記(B)マトリクスポリマーが、ポリエーテル系ポリマー、フッ素系ポリマー、ポリアクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリホスファゼン及びポリシロキサンからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の電解質。   The (B) matrix polymer is at least one selected from the group consisting of polyether polymers, fluorine polymers, polyacrylic polymers, polyacrylonitrile, polyphosphazenes, and polysiloxanes. The electrolyte according to any one of 6. 前記(B)マトリクスポリマーが、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化アセトン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリホスファゼン及びポリシロキサンからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載の電解質。   The (B) matrix polymer is polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, polytetrafluoroethylene. The electrolyte according to claim 2, wherein the electrolyte is at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polyphosphazene, and polysiloxane. 前記(D)有機溶媒が、炭酸エステル化合物、ラクトン化合物及びスルホン化合物からなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電解質。   The electrolyte according to any one of claims 1 to 8, wherein the organic solvent (D) is at least one selected from the group consisting of a carbonate compound, a lactone compound, and a sulfone compound. 前記(D)有機溶媒が、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、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン及びスルホランからなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の電解質。   The organic solvent (D) is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, and sulfolane. The electrolyte according to any one of 1 to 9. さらに、前記(A)ポリアニオン型リチウム塩に該当しない(E)リチウム塩が配合されてなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の電解質。   Furthermore, (E) lithium salt which does not correspond to said (A) polyanion type lithium salt is mix | blended, The electrolyte as described in any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の電解質を用いて得られたことを特徴とする電解質膜。   An electrolyte membrane obtained by using the electrolyte according to any one of claims 1 to 11.
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