JPH10162644A - 固体状イオン伝導性組成物 - Google Patents
固体状イオン伝導性組成物Info
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- JPH10162644A JPH10162644A JP8318169A JP31816996A JPH10162644A JP H10162644 A JPH10162644 A JP H10162644A JP 8318169 A JP8318169 A JP 8318169A JP 31816996 A JP31816996 A JP 31816996A JP H10162644 A JPH10162644 A JP H10162644A
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- polymer
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- conductive composition
- plasticizer
- highly polar
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高イオン伝導性を有し、かつ、機械強度およ
びフレキシビリティーに優れた固体状イオン伝導性組成
物を提供すること。 【解決手段】 固体状イオン伝導性組成物を、アルカリ
金属塩と、ポリエーテル系高分子と、高極性高分子と、
高極性の可塑剤から構成する。
びフレキシビリティーに優れた固体状イオン伝導性組成
物を提供すること。 【解決手段】 固体状イオン伝導性組成物を、アルカリ
金属塩と、ポリエーテル系高分子と、高極性高分子と、
高極性の可塑剤から構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高イオン伝導性を
有し、かつ、機械的強度およびフレキシビリティに優れ
た固体状イオン伝導性組成物に関する。
有し、かつ、機械的強度およびフレキシビリティに優れ
た固体状イオン伝導性組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されてきたイオン伝導性材料
は、溶媒中に電解質塩を溶解することにより得られる液
状物であった。例えば、ニッケル−カドミウム電池、リ
チウムイオン電池などの電解質には、これらのイオン伝
導性液体が用いられている。しかし、イオン伝導性液体
を使用したデバイスからは、長期的には液体が漏れだし
てしまう恐れがあり、信頼性に問題があった。この欠点
を克服するため、近年、固体状のイオン伝導性材料の研
究開発が行われてきている。
は、溶媒中に電解質塩を溶解することにより得られる液
状物であった。例えば、ニッケル−カドミウム電池、リ
チウムイオン電池などの電解質には、これらのイオン伝
導性液体が用いられている。しかし、イオン伝導性液体
を使用したデバイスからは、長期的には液体が漏れだし
てしまう恐れがあり、信頼性に問題があった。この欠点
を克服するため、近年、固体状のイオン伝導性材料の研
究開発が行われてきている。
【０００３】その中で、イオン伝導性高分子の研究は、
アルカリ金属塩とポリエチレンオキサイド（以下、ＰＥ
Ｏと省略）の錯体がイオン伝導性を示すことを報告され
たことに端を発する。この錯体のイオン伝導度は、室温
で１０-7Ｓ／ｃｍ程度であった。その後、アルカリ金属
塩−ＰＥＯ系にポリビニリデンフルオライド（以下、Ｐ
ＶｄＦと省略）を配合した報告や、アルカリ金属塩−Ｐ
ＥＯ系にエチレンカーボネート（以下、ＥＣと省略）や
プロピレンカーボネート（以下、ＰＣと省略）などの高
極性の可塑剤を加えて可塑化した報告がなされた。
アルカリ金属塩とポリエチレンオキサイド（以下、ＰＥ
Ｏと省略）の錯体がイオン伝導性を示すことを報告され
たことに端を発する。この錯体のイオン伝導度は、室温
で１０-7Ｓ／ｃｍ程度であった。その後、アルカリ金属
塩−ＰＥＯ系にポリビニリデンフルオライド（以下、Ｐ
ＶｄＦと省略）を配合した報告や、アルカリ金属塩−Ｐ
ＥＯ系にエチレンカーボネート（以下、ＥＣと省略）や
プロピレンカーボネート（以下、ＰＣと省略）などの高
極性の可塑剤を加えて可塑化した報告がなされた。
【０００４】しかし、これらの改良系においても、イオ
ン伝導度は１０-5Ｓ／ｃｍ程度にとどまり、イオン伝導
性液体の１０-3ないし１０-2Ｓ／ｃｍと比較して十分と
はいえず、固体状イオン伝導性組成物として普及するに
は至っていない。また、高極性の可塑剤による可塑化
は、イオン伝導度の改善には効果的と考えられるが、反
面、機械的強度が低下する可能性が高く、これを利用し
たデバイスの製造時、使用時に不都合が生じる恐れがあ
るため、必ずしもよい方法とはいえない。
ン伝導度は１０-5Ｓ／ｃｍ程度にとどまり、イオン伝導
性液体の１０-3ないし１０-2Ｓ／ｃｍと比較して十分と
はいえず、固体状イオン伝導性組成物として普及するに
は至っていない。また、高極性の可塑剤による可塑化
は、イオン伝導度の改善には効果的と考えられるが、反
面、機械的強度が低下する可能性が高く、これを利用し
たデバイスの製造時、使用時に不都合が生じる恐れがあ
るため、必ずしもよい方法とはいえない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の点に鑑み、本発
明は、高イオン伝導性を有し、かつ、機械的強度および
フレキシビリティに優れた固体状イオン伝導性組成物を
提供することを目的とする。
明は、高イオン伝導性を有し、かつ、機械的強度および
フレキシビリティに優れた固体状イオン伝導性組成物を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、アルカリ
金属塩と、ポリエーテル系高分子と、高極性高分子と、
高極性の可塑剤からなる固体状イオン伝導性組成物によ
って解決できる。
金属塩と、ポリエーテル系高分子と、高極性高分子と、
高極性の可塑剤からなる固体状イオン伝導性組成物によ
って解決できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、詳細に説
明する。本発明の主旨は、アルカリ金属塩と、ポリエー
テル系高分子の混合物に、高極性高分子および高極性の
可塑剤を配合することで、高いイオン伝導性と、十分な
機械的強度を両立させた、新規な固体状イオン伝導性組
成物が得られることを見いだした、という点にある。こ
れまでに、固体状イオン伝導性組成物の原料として高極
性高分子と高極性の可塑剤とを併用した報告はない。
明する。本発明の主旨は、アルカリ金属塩と、ポリエー
テル系高分子の混合物に、高極性高分子および高極性の
可塑剤を配合することで、高いイオン伝導性と、十分な
機械的強度を両立させた、新規な固体状イオン伝導性組
成物が得られることを見いだした、という点にある。こ
れまでに、固体状イオン伝導性組成物の原料として高極
性高分子と高極性の可塑剤とを併用した報告はない。
【０００８】本発明において使用するアルカリ金属塩の
例としては、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸
リチウムなどを挙げることができる。ポリエーテル系高
分子は、何を使用しても差し支えなく、架橋していても
いなくてもよいが、ポリエチレンオキサイド、ポリプロ
ピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドとポリプロ
ピレンオキサイドの共重合体のいずれかであることが好
ましい。
例としては、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸
リチウムなどを挙げることができる。ポリエーテル系高
分子は、何を使用しても差し支えなく、架橋していても
いなくてもよいが、ポリエチレンオキサイド、ポリプロ
ピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドとポリプロ
ピレンオキサイドの共重合体のいずれかであることが好
ましい。
【０００９】高極性高分子も、架橋の有無に係わらず使
用することができる。例としては、ＰＶｄＦ、ポリビニ
ルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニリ
デンシアナイドとポリビニルアセテートの共重合体、ポ
リアクリロニトリルなどが挙げられる。また、高極性の
可塑剤の例としては、ＥＣ、ＰＣ、ブチレンカーボネー
ト、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。
用することができる。例としては、ＰＶｄＦ、ポリビニ
ルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリビニリ
デンシアナイドとポリビニルアセテートの共重合体、ポ
リアクリロニトリルなどが挙げられる。また、高極性の
可塑剤の例としては、ＥＣ、ＰＣ、ブチレンカーボネー
ト、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。
【００１０】本発明の固体状イオン伝導性組成物におい
ては、ポリエーテル系高分子（Ａ）と高極性高分子
（Ｂ）の混合比率を任意に選択することができるが、ポ
リエーテル系高分子と高極性高分子の乾燥後重量比（Ａ
／Ｂ）が、０．２以上１０以下であることが好ましい。
Ａ／Ｂが０．２を下回ると、ＡとＢと高極性の可塑剤の
相溶性が下がり、イオン伝導度が低下するという問題点
があり、Ａ／Ｂが１０を越えると、機械的強度が低下す
るという問題点がある。
ては、ポリエーテル系高分子（Ａ）と高極性高分子
（Ｂ）の混合比率を任意に選択することができるが、ポ
リエーテル系高分子と高極性高分子の乾燥後重量比（Ａ
／Ｂ）が、０．２以上１０以下であることが好ましい。
Ａ／Ｂが０．２を下回ると、ＡとＢと高極性の可塑剤の
相溶性が下がり、イオン伝導度が低下するという問題点
があり、Ａ／Ｂが１０を越えると、機械的強度が低下す
るという問題点がある。
【００１１】また、本発明の固体状イオン伝導性組成物
においては、高極性の可塑剤（Ｃ）と、ポリエーテル系
高分子（Ａ）と高極性高分子（Ｂ）の和との混合比率も
任意に選択することができるが、高極性の可塑剤と、ポ
リエーテル系高分子と高極性高分子の和との乾燥後重量
比（Ｃ／（Ａ＋Ｂ））が、０．１以上０．５未満である
ことが好ましい。Ｃ／（Ａ＋Ｂ）が０．１を下回ると、
イオン伝導度の低下が著しくなるという問題点があり、
Ｃ／（Ａ＋Ｂ）が０．５以上では、機械的強度が下がる
という問題点がある。
においては、高極性の可塑剤（Ｃ）と、ポリエーテル系
高分子（Ａ）と高極性高分子（Ｂ）の和との混合比率も
任意に選択することができるが、高極性の可塑剤と、ポ
リエーテル系高分子と高極性高分子の和との乾燥後重量
比（Ｃ／（Ａ＋Ｂ））が、０．１以上０．５未満である
ことが好ましい。Ｃ／（Ａ＋Ｂ）が０．１を下回ると、
イオン伝導度の低下が著しくなるという問題点があり、
Ｃ／（Ａ＋Ｂ）が０．５以上では、機械的強度が下がる
という問題点がある。
【００１２】これらの原料を溶媒を用いて溶解、混合す
る。この時使用する溶媒は、原料に影響を与えることな
く、すべての原料を溶解できるものであれば、その種類
を問わない。好ましい例として、アセトニトリル、メタ
ノールなどを挙げることができる。この溶液から、溶媒
を除去することで目的の固体状イオン伝導性組成物を得
ることができる。溶媒除去は、常圧下でも減圧下でもよ
く、必要に応じて加熱しても差し支えない。
る。この時使用する溶媒は、原料に影響を与えることな
く、すべての原料を溶解できるものであれば、その種類
を問わない。好ましい例として、アセトニトリル、メタ
ノールなどを挙げることができる。この溶液から、溶媒
を除去することで目的の固体状イオン伝導性組成物を得
ることができる。溶媒除去は、常圧下でも減圧下でもよ
く、必要に応じて加熱しても差し支えない。
【００１３】本発明によれば、高いイオン伝導性を有
し、かつ、機械的強度およびフレキシビリティに優れた
固体状イオン伝導性組成物を得ることができる。
し、かつ、機械的強度およびフレキシビリティに優れた
固体状イオン伝導性組成物を得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。
るが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもので
はない。
【００１５】（実施例１）ＰＥＯ１０ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇをアセトニトリル
１００ｍｌで溶解した。これをシャーレに注ぎ込み、減
圧下、２５℃で５０時間乾燥することで、薄膜を得た。
この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇをアセトニトリル
１００ｍｌで溶解した。これをシャーレに注ぎ込み、減
圧下、２５℃で５０時間乾燥することで、薄膜を得た。
この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
【００１６】（実施例２）ＰＥＯ１５ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１７ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１７ｍｍであった。
【００１７】（実施例３）ＰＥＯ２ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
【００１８】（実施例４）ＰＥＯ１０ｇ、ＰＶｄＦ１
ｇ、ＰＣ１．１ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニト
リル５０ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を
得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ１．１ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニト
リル５０ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を
得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
【００１９】（実施例５）ＰＥＯ５ｇ、ＰＶｄＦ５ｇ、
ＰＣ４ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０
ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。こ
の時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
ＰＣ４ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０
ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。こ
の時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
【００２０】（実施例６）ＰＥＯ１０ｇ、塩素化ポリエ
チレン１０ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセ
トニトリル１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行
い薄膜を得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
チレン１０ｇ、ＰＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセ
トニトリル１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行
い薄膜を得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
【００２１】（実施例７）ＰＥＯ１０ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＥＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１４ｍｍであった。
ｇ、ＥＣ３ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１４ｍｍであった。
【００２２】（比較例１）ＰＶｄＦ１０ｇ、ＰＣ３ｇ、
過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、
実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚
は０．１２ｍｍであった。
過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、
実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚
は０．１２ｍｍであった。
【００２３】（比較例２）ＰＶｄＦ１０ｇ、ＥＣ３ｇ、
過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、
実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚
は０．１３ｍｍであった。
過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、
実施例１と同様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚
は０．１３ｍｍであった。
【００２４】（比較例３）ＰＥＯ１０ｇ、過塩素酸リチ
ウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、実施例１と同
様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚は０．１５ｍ
ｍであった。
ウム３ｇ、アセトニトリル５０ｍｌから、実施例１と同
様の操作を行い薄膜を得た。この時、膜厚は０．１５ｍ
ｍであった。
【００２５】（比較例４）ＰＥＯ１０ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＰＣ１０ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリ
ル１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を
得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ１０ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリ
ル１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を
得た。この時、膜厚は０．１６ｍｍであった。
【００２６】（比較例５）ＰＥＯ１０ｇ、ＰＶｄＦ１０
ｇ、ＰＣ１ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ１ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
１００ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
【００２７】（比較例６）ＰＥＯ１２ｇ、ＰＶｄＦ１
ｇ、ＰＣ２ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
５０ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
ｇ、ＰＣ２ｇ、過塩素酸リチウム３ｇ、アセトニトリル
５０ｍｌから、実施例１と同様の操作を行い薄膜を得
た。この時、膜厚は０．１５ｍｍであった。
【００２８】上記の実施例１、２、３、４、５、６、
７、比較例１、２、３、４、５、６で得られた薄膜か
ら、それぞれ直径１０ｍｍの円形状試料を切りとった。
これらの試料の両面に、試料と同一の形状のステンレス
板を圧着し、電極とした。それぞれの試料の交流インピ
ーダンスを測定することでイオン伝導度を求めた。ま
た、それぞれの薄膜について、引っ張り強度を測定し
た。結果を表１に示す。
７、比較例１、２、３、４、５、６で得られた薄膜か
ら、それぞれ直径１０ｍｍの円形状試料を切りとった。
これらの試料の両面に、試料と同一の形状のステンレス
板を圧着し、電極とした。それぞれの試料の交流インピ
ーダンスを測定することでイオン伝導度を求めた。ま
た、それぞれの薄膜について、引っ張り強度を測定し
た。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】この結果、本発明の固体状イオン伝導性組
成物は、良好なイオン伝導度および引っ張り強度を有
し、実使用に耐える性能を備えていることが示唆され
た。
成物は、良好なイオン伝導度および引っ張り強度を有
し、実使用に耐える性能を備えていることが示唆され
た。
【００３１】
【発明の効果】上述のごとく、本発明の固体状イオン伝
導性組成物は、原料にポリエーテル系高分子、高極性高
分子および高極性の可塑剤を使用しており、高いイオン
伝導性および機械的強度を具備していることから、さま
ざまなデバイスへの応用が期待される。
導性組成物は、原料にポリエーテル系高分子、高極性高
分子および高極性の可塑剤を使用しており、高いイオン
伝導性および機械的強度を具備していることから、さま
ざまなデバイスへの応用が期待される。
Claims (3)
- 【請求項１】 アルカリ金属塩と、ポリエーテル系高分
子と、高極性高分子と、高極性の可塑剤からなることを
特徴とする固体状イオン伝導性組成物。 - 【請求項２】 ポリエーテル系高分子（Ａ）と、高極性
高分子（Ｂ）の乾燥後重量比（Ａ／Ｂ）が、０．２以上
１０以下であることを特徴とする請求項１記載の固体状
イオン伝導性組成物。 - 【請求項３】 高極性の可塑剤（Ｃ）と、ポリエーテル
系高分子（Ａ）と高極性高分子（Ｂ）の和との乾燥後重
量比（Ｃ／（Ａ＋Ｂ））が、０．１以上０．５未満であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の固体状イ
オン伝導性組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8318169A JPH10162644A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 固体状イオン伝導性組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8318169A JPH10162644A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 固体状イオン伝導性組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10162644A true JPH10162644A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18096251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8318169A Pending JPH10162644A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 固体状イオン伝導性組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10162644A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011507197A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-03 | バシウム・カナダ・インコーポレーテッド | リチウムポリマー電池用電解質 |
-
1996
- 1996-11-28 JP JP8318169A patent/JPH10162644A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011507197A (ja) * | 2007-12-21 | 2011-03-03 | バシウム・カナダ・インコーポレーテッド | リチウムポリマー電池用電解質 |
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