JP2014192074A - Polymer electrolyte gel composition for secondary battery use, and method for manufacturing the same - Google Patents

Polymer electrolyte gel composition for secondary battery use, and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a polymer electrolyte gel composition for secondary battery use; and a method for manufacturing the polymer electrolyte gel composition for secondary battery use.SOLUTION: A polymer electrolyte gel composition for secondary battery use comprises, at least: an electrolytic solution containing a bis(trifluoromethane sulfonyl)imide lithium and a nonaqueous solvent; and a block copolymer(P) including a vinylbutyral polymer component expressed by the general formula (1) below, and an ionic polymer component. [Chemical Formula 1] [In the formula, X represents a halogen anion or a bis(trifluoromethane sulfonyl)imide anion.]

Description

本発明は、二次電池用高分子電解質ゲル組成物およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery and a method for producing the same.

近年、携帯電話、携帯用コンピューター等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池の開発が活発に進められている。中でも、リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を実現できるものとして注目されており、薄型で折り曲げ可能な形状の自由度が高いものについても多く研究されている。   In recent years, many portable electronic devices such as mobile phones and portable computers have appeared, and their size and weight have been reduced. Accordingly, the development of batteries, particularly secondary batteries, has been actively promoted as portable power sources for electronic devices. In particular, lithium ion secondary batteries are attracting attention as being capable of realizing a high energy density, and many studies have been made on thin and high-flexible shapes that can be bent.

リチウムイオン二次電池としては、正極、負極および正負極間に介在するセパレータを含んで構成され、当該セパレータに電解質と非水系溶媒を含む液体電解質組成物が含浸したものが知られている。このようなリチウムイオン二次電池は、液体電解質組成物が液状であるため、イオン伝導性すなわち電池性能が高いが、液漏れや短絡事故による火災防止のために、液体電解質組成物を封入したり衝撃による事故を防いだりするための強固なケーシングが必須となり、電池の形状が制限され、薄型化や軽量化が困難であった。   Known lithium ion secondary batteries include a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive and negative electrodes, and the separator is impregnated with a liquid electrolyte composition containing an electrolyte and a non-aqueous solvent. Such a lithium ion secondary battery has high ionic conductivity, that is, battery performance because the liquid electrolyte composition is in a liquid state, but in order to prevent a fire due to liquid leakage or a short circuit accident, the liquid electrolyte composition may be enclosed. A strong casing for preventing accidents due to impact is essential, and the shape of the battery is limited, making it difficult to reduce the thickness and weight.

これに対し、高分子に電解質塩を溶解させた全固体状の高分子電解質組成物(以後「全固体型高分子電解質組成物」と称すことがある)を用いるリチウムイオン二次電池が知られている。全固体型高分子電解質組成物を用いるリチウムイオン二次電池は、漏出防止のための特別な構造を必要としない。また、全固体型高分子電解質組成物と電極、セパレータ等とを接着することができるので、電池の強度や形状保持性を高めることができる。したがって、電池を薄型化し、電池の形状自由度を高める上で有効である。しかしながら、全固体型高分子電解質組成物のイオン伝導性は液体電解質組成物のイオン伝導性に比較してかなり小さいという問題を有している。   On the other hand, a lithium ion secondary battery using an all-solid polymer electrolyte composition in which an electrolyte salt is dissolved in a polymer (hereinafter sometimes referred to as “all-solid polymer electrolyte composition”) is known. ing. A lithium ion secondary battery using an all-solid-type polymer electrolyte composition does not require a special structure for preventing leakage. In addition, since the all solid-type polymer electrolyte composition can be bonded to the electrode, the separator and the like, the strength and shape retention of the battery can be improved. Therefore, it is effective in reducing the thickness of the battery and increasing the degree of freedom of shape of the battery. However, the ionic conductivity of the all solid-type polymer electrolyte composition has a problem that it is considerably smaller than the ionic conductivity of the liquid electrolyte composition.

上記の問題を解決するものとして、高分子に電解液を保持させたゲル状の高分子電解質組成物(以後「高分子電解質ゲル組成物」と称すことがある)を用いるリチウムイオン二次電池が知られている。高分子電解質ゲル組成物を用いるリチウムイオン二次電池は、高分子電解質ゲル組成物において高分子マトリックスが電解液を保持しているために全固体型高分子電解質組成物を用いるリチウムイオン二次電池に比べて活物質との接触性およびイオン伝導性に優れており、また、セパレータに液体電解質組成物が含浸されたタイプのリチウムイオン二次電池に比べても漏液が起こりにくいという特徴を有することから注目を浴びている。   As a solution to the above problem, a lithium ion secondary battery using a gel polymer electrolyte composition in which an electrolyte is held in a polymer (hereinafter sometimes referred to as “polymer electrolyte gel composition”) Are known. A lithium ion secondary battery using a polymer electrolyte gel composition is a lithium ion secondary battery using an all-solid-type polymer electrolyte composition because the polymer matrix holds an electrolyte in the polymer electrolyte gel composition. Compared with the active material, it has excellent contact properties and ionic conductivity, and also has a characteristic that liquid leakage is less likely to occur compared to a lithium ion secondary battery in which a separator is impregnated with a liquid electrolyte composition. It attracts attention.

高分子電解質ゲル組成物に用いられる高分子として、例えば、ポリエーテル系の高分子をはじめとして、メタクリル酸メチル系重合体、アクリロニトリル系重合体、ポリフッ化ビニリデンまたはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体等の様々な物質が研究されている。   Examples of the polymer used in the polymer electrolyte gel composition include a polyether polymer, a methyl methacrylate polymer, an acrylonitrile polymer, polyvinylidene fluoride, or vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. Various materials such as copolymers have been studied.

高分子電解質ゲル組成物に用いられる高分子として、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等のビニルアセタール系重合体が知られている。例えば、特許文献1〜3には、ビニルアセタール系重合体と電解液とを含む高分子電解質ゲル組成物が記載されている。また、特許文献4では、ポリビニルアセタールに含まれる水酸基を化学修飾してその量を調整することにより、電解液の量を増やすことが検討されている。   As a polymer used in the polymer electrolyte gel composition, vinyl acetal polymers such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral are known. For example, Patent Documents 1 to 3 describe polymer electrolyte gel compositions containing a vinyl acetal polymer and an electrolytic solution. In Patent Document 4, it is studied to increase the amount of the electrolytic solution by chemically modifying a hydroxyl group contained in polyvinyl acetal and adjusting the amount thereof.

また、特許文献5には、リチウム塩としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを用いることで、含水ビニルアセタール系重合体をそのまま用いて高分子電解質ゲル組成物を製造する方法が報告されている。   Patent Document 5 reports a method for producing a polymer electrolyte gel composition by using bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium as a lithium salt and using a hydrous vinyl acetal polymer as it is.

さらに、特許文献6には、ビニルアセタール系重合体にカチオン性官能基をランダムに導入した共重合体を用いた高分子電解質ゲル組成物が報告されている。   Further, Patent Document 6 reports a polymer electrolyte gel composition using a copolymer in which cationic functional groups are randomly introduced into a vinyl acetal polymer.

特開平3−43909号公報JP-A-3-43909 特開平3−43910号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-43910 特開2006−253085号公報JP 2006-253085 A 特開2001−200126号公報JP 2001-200126 A 特開2012−113849号公報JP 2012-1113849 A 国際公開第2011/087029A1号パンフレットInternational Publication No. 2011 / 0887029A1 Pamphlet

しかしながら、ビニルアセタール系重合体はその構造中に親水性の水酸基を有するとともに、その製造において水が使用されるため、通常、特許文献1〜4のビニルアセタール系重合体は多くの水分を含んでいる。そのため、ヘキサフルオロリン酸リチウムやテトラフルオロホウ酸リチウムなどの汎用のリチウム塩を電解質として用いると、リチウム塩が容易に加水分解してフッ化水素などの分解物を生じ、これが電池の正極、負極、電解液中の非水系溶媒などと反応して、電池の容量低下、内部抵抗の増大、サイクル特性の低下等、種々の問題を引き起こす虞がある。   However, since the vinyl acetal polymer has a hydrophilic hydroxyl group in its structure and water is used in its production, the vinyl acetal polymer of Patent Documents 1 to 4 usually contains a lot of water. Yes. Therefore, when a general-purpose lithium salt such as lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate is used as the electrolyte, the lithium salt easily hydrolyzes to produce decomposition products such as hydrogen fluoride, which are the positive and negative electrodes of the battery. Then, it may react with a non-aqueous solvent in the electrolytic solution to cause various problems such as a decrease in battery capacity, an increase in internal resistance, and a decrease in cycle characteristics.

また、特許文献5および6では、液体電解質と比べるとイオン伝導度が著しく低下しており、液体電解質に匹敵するほどのイオン伝導度を有する二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得ることができない。   In Patent Documents 5 and 6, the ionic conductivity is remarkably reduced as compared with the liquid electrolyte, and a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery having an ionic conductivity comparable to the liquid electrolyte can be obtained. Can not.

そこで本発明は、イオン伝導度が高く、イオンの移動性に優れた二次電池を与え得る二次電池用高分子電解質ゲル組成物とその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery that can provide a secondary battery having high ion conductivity and excellent ion mobility, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ビニルブチラール重合体成分と特定のイオン性重合体成分とで構成されるブロック共重合体(P)と、特定のリチウム塩とを組み合わせると、リチウム塩の加水分解によるフッ化水素などの分解物を抑制することができるだけでなく、イオン伝導度が向上した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を容易に製造することができることを見出し、当該知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have determined that a block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and a specific ionic polymer component, and a specific lithium salt In addition to suppressing decomposition products such as hydrogen fluoride due to hydrolysis of lithium salt, it is possible to easily produce a polymer electrolyte gel composition for secondary batteries with improved ionic conductivity. The present invention has been completed through further investigation based on the findings.

すなわち、本発明の第1の実施形態は、
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、
下記一般式(1)
That is, the first embodiment of the present invention
An electrolyte containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium and a non-aqueous solvent;
The following general formula (1)

Figure 2014192074
Figure 2014192074

[式中、Xはハロゲンアニオンもしくはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンを示す。]
で示されるビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)と、
で少なくとも構成された二次電池用高分子電解質ゲル組成物である。
[Wherein, X represents a halogen anion or a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion. ]
A block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component represented by:
A polymer electrolyte gel composition for a secondary battery at least constituted by

前記式(1)では、
80≦(a+c)/(a+b+c)×100≦99.99であってもよく、
50≦c/(a+b+c)×100≦95であってもよく
1≦d/(a+b+c+d)×100≦30であってもよい。
In the formula (1),
80 ≦ (a + c) / (a + b + c) × 100 ≦ 99.99 may be satisfied,
50 ≦ c / (a + b + c) × 100 ≦ 95 may be satisfied, and 1 ≦ d / (a + b + c + d) × 100 ≦ 30 may be satisfied.

また、リチウム原子のモル数(MLi)に対するビニルブチラール系重合体成分に含まれるビニルアルコール単位のモル数(MOH)の割合(MOH/MLi)が0.1〜0.8程度であってもよい。 Further, in a proportion (M OH / M Li) of about 0.1 to 0.8 moles of lithium atoms (M Li) number of moles of vinyl alcohol units contained in the polyvinyl butyral component to (M OH) There may be.

二次電池用高分子電解質ゲル組成物中、ブロック共重合体(P)の含有率が0.5〜15質量%程度であってもよく、ブロック共重合体(P)100質量部に対する含水量は0.5〜5質量部の範囲内であってもよい。   In the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries, the content of the block copolymer (P) may be about 0.5 to 15% by mass, and the water content relative to 100 parts by mass of the block copolymer (P). May be in the range of 0.5 to 5 parts by mass.

また、本発明の第2の実施形態は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、ビニルブチラール重合体成分およびイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)とを接触させる工程と、
前記ブロック共重合体(P)が電解液で膨潤し、ゲル化した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得るゲル化工程と、
を少なくとも備える、前記二次電池用高分子電解質ゲル組成物の製造方法である。
Moreover, the second embodiment of the present invention is a block copolymer comprising an electrolytic solution containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and a non-aqueous solvent, a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component ( P), and
A gelation step of obtaining a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in which the block copolymer (P) is swollen and gelled with an electrolyte;
Is a method for producing a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery.

なお、本発明において、高分子電解質ゲル組成物とは、三次元網目構造を持つネットワーク構造を有した高分子マトリックスに対して、電解塩と非水系溶媒とで構成された電解液が捕液され、全体としてゲル状の膨潤体を示す状態を意味している。   In the present invention, the polymer electrolyte gel composition refers to a polymer matrix having a network structure having a three-dimensional network structure in which an electrolyte solution composed of an electrolytic salt and a non-aqueous solvent is collected. The state which shows the gel-like swelling body as a whole is meant.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物は、ビニルブチラール重合体成分および特定のイオン性重合体成分からなるブロック共重合体(P)を用いることによって、イオン伝導度が高い二次電池用高分子電解質ゲル組成物を容易に製造することができ、このような二次電池用高分子電解質ゲル組成物は、二次電池の充放電特性を向上させることが可能である。   The polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of the present invention is a secondary battery having high ionic conductivity by using a block copolymer (P) comprising a vinyl butyral polymer component and a specific ionic polymer component. The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery can be easily produced, and such a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery can improve the charge / discharge characteristics of the secondary battery.

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、ビニルブチラール重合体成分およびイオン性重合体成分から構成されたブロック共重合体(P)とで少なくとも構成される。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery of the present invention is a block copolymer composed of an electrolytic solution containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and a non-aqueous solvent, a vinyl butyral polymer component, and an ionic polymer component. And at least a polymer (P).

[ブロック共重合体(P)]
本発明において使用されるビニルブチラール重合体成分およびイオン性重合体成分から構成されたブロック共重合体(P)は、下記式(1)で示される。
[Block copolymer (P)]
The block copolymer (P) composed of the vinyl butyral polymer component and the ionic polymer component used in the present invention is represented by the following formula (1).

Figure 2014192074
Figure 2014192074

[式中、Xはハロゲンアニオンもしくはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンを示す。なお、80≦(a+c)/(a+b+c)×100≦99.99であってもよく、50≦c/(a+b+c)×100≦95であってもよく、1≦d/(a+b+c+d)×100≦30であってもよい。] [Wherein, X represents a halogen anion or a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion. 80 ≦ (a + c) / (a + b + c) × 100 ≦ 99.99 may be satisfied, 50 ≦ c / (a + b + c) × 100 ≦ 95 may be satisfied, and 1 ≦ d / (a + b + c + d) × 100 ≦ It may be 30. ]

本発明において使用されるビニルブチラール重合成分としては、ビニルアルコール単位(−CH−CH(OH)−)と、ビニルエステル単位と、2つのビニルアルコール単位が有する2つの水酸基がブチラール化されたブチラール単位とを繰り返し単位から構成される。各繰り返し単位の配列順序は特に限定されず、ランダムに配列されていてもよいし、ブロック状に配列されていてもよい。 Examples of the vinyl butyral polymerization component used in the present invention include butyral in which two hydroxyl groups of a vinyl alcohol unit (—CH 2 —CH (OH) —), a vinyl ester unit, and two vinyl alcohol units are butyralized. The unit is composed of repeating units. The arrangement order of each repeating unit is not particularly limited, and may be arranged randomly or in a block shape.

上記のブチラール単位は、下記式(2)で示すことができる。   The above butyral unit can be represented by the following formula (2).

Figure 2014192074
Figure 2014192074

また、上記のビニルエステル単位は、下記式(3)で示すことができる。   Moreover, said vinyl ester unit can be shown by following formula (3).

Figure 2014192074
Figure 2014192074

本発明において使用されるイオン性重合体成分は、下記式(4)で示すことができる。   The ionic polymer component used in the present invention can be represented by the following formula (4).

Figure 2014192074
Figure 2014192074

[式中、Xはハロゲンアニオンもしくはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンを示す。] [Wherein, X represents a halogen anion or a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion. ]

本発明において使用される、ビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)は、例えば、特許第4776683号明細書や、国際公開第2010/110333A1号パンフレットに記載の方法で製造できるビニルアルコール重合体成分とイオン性重合体成分(例えば、塩化ビニルベンジルトリメチルアンモニウムなど)から構成されるブロック共重合体(P’)をブチラール化することにより製造することができる。   The block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component used in the present invention is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 4767683 and International Publication No. 2010 / 110333A1 pamphlet. It can be produced by butyralizing a block copolymer (P ′) composed of a vinyl alcohol polymer component and an ionic polymer component (for example, vinylbenzyltrimethylammonium chloride, etc.) that can be produced by the described method. .

上記のビニルアルコール系重合成分の重合度は、ビニルアルコール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P’)の原料であるメルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の重合度に相当し、JISK6726−1994に規定されるポリビニルアルコール試験方法に準じて測定される平均重合度として、好ましくは100〜5000の範囲内であり、より好ましくは150〜3500の範囲内であり、さらに好ましくは200〜2500の範囲内である。   The degree of polymerization of the above-mentioned vinyl alcohol polymer component is the degree of polymerization of the mercapto group-containing vinyl alcohol polymer which is a raw material of the block copolymer (P ′) composed of the vinyl alcohol polymer component and the ionic polymer component. The average degree of polymerization measured according to the polyvinyl alcohol test method specified in JISK 6726-1994 is preferably in the range of 100 to 5000, more preferably in the range of 150 to 3500, Preferably it exists in the range of 200-2500.

ブチラール化する際の条件としては、例えば、ビニルアルコール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P’)の水溶液とブチラール化に用いられる化合物(ブチルアルデヒド等)とを、酸触媒の存在下にブチラール化反応させて重合体の粒子を析出させる水媒法;ビニルアルコール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P’)を有機溶媒中に分散させ、酸触媒の存在下にブチラール化に用いられる化合物(ブチルアルデヒド等)とブチラール化反応させ、この反応液から、得られるビニルアセタール系重合体に対する貧溶媒(水等)により重合体を析出させる溶媒法などが挙げられる。これらの方法のうちで水媒法が好ましい。また、酸触媒としては、塩酸、硝酸、硫酸、炭酸等の無機酸;酢酸、プロピオン酸等の有機酸などを用いることができる。このうち特に塩酸、硝酸が好ましく用いられる。   As conditions for butyralization, for example, an aqueous solution of a block copolymer (P ′) composed of a vinyl alcohol polymer component and an ionic polymer component and a compound (butyraldehyde, etc.) used for butyralization are used. An aqueous medium method in which polymer particles are precipitated by a butyralization reaction in the presence of an acid catalyst; a block copolymer (P ′) composed of a vinyl alcohol polymer component and an ionic polymer component in an organic solvent. In the presence of an acid catalyst and a butyralization reaction with a compound used for butyralization (butyraldehyde, etc.). Examples of the solvent method include precipitation. Of these methods, the aqueous medium method is preferable. As the acid catalyst, inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and carbonic acid; organic acids such as acetic acid and propionic acid can be used. Of these, hydrochloric acid and nitric acid are particularly preferred.

本発明においては、ビニルアルコール重合体成分とイオン性重合体成分から構成される同一のブロック共重合体(P’)を単独で使用してもよいし、ビニルアルコール重合体成分および/またはイオン性重合体成分の割合が異なっている、異種のブロック共重合体(P’)を2種以上併用してもよい。   In the present invention, the same block copolymer (P ′) composed of a vinyl alcohol polymer component and an ionic polymer component may be used alone, or a vinyl alcohol polymer component and / or an ionic property. Two or more different types of block copolymers (P ′) having different polymer component ratios may be used in combination.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物に含まれるビニルブチラール系重合体成分のブチラール化度は、好ましくは50〜95モル%の範囲内であり、より好ましくは55〜90モル%の範囲内であり、さらに好ましくは60〜85モル%の範囲内である。ビニルブチラール系重合体成分のブチラール化度が上記範囲にあることにより非水系溶媒との親和性を向上させることができる。   The degree of butyralization of the vinyl butyral polymer component contained in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of the present invention is preferably in the range of 50 to 95 mol%, more preferably 55 to 90 mol%. It is in the range, and more preferably in the range of 60 to 85 mol%. When the degree of butyralization of the vinyl butyral polymer component is in the above range, the affinity with a non-aqueous solvent can be improved.

なお本明細書において「ブチラール化度」とは、ブチラール単位を構成する構成単位、ビニルアルコール単位およびビニルエステル単位の合計モル数に対する、ブチラール単位を構成する構成単位のモル数の割合を意味する。   In the present specification, the “degree of butyralization” means the ratio of the number of moles of the structural unit constituting the butyral unit to the total number of moles of the structural unit, vinyl alcohol unit and vinyl ester unit constituting the butyral unit.

ビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)において、上記式(1)に示したビニルアルコール単位:a、ビニルエステル単位:b、ブチラール単位:cからは、ブチラール化度(モル%)=c/(a+b+c)×100で示すことができ、好ましくは50〜95モル%の範囲内であり、より好ましくは55〜90モル%の範囲内であり、さらに好ましくは60〜85モル%の範囲内である。   In the block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component, the vinyl alcohol unit: a, the vinyl ester unit: b, and the butyral unit: c shown in the above formula (1) , Butyralization degree (mol%) = c / (a + b + c) × 100, preferably in the range of 50 to 95 mol%, more preferably in the range of 55 to 90 mol%, Preferably it exists in the range of 60-85 mol%.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物、および、本発明の製造方法により製造される二次電池用高分子電解質ゲル組成物に含まれるビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)のけん化度は上記式(1)に示したビニルアルコール単位:a、ビニルエステル単位:b、ブチラール単位:cからは、けん化度(モル%)=(a+c)/(a+b+c)×100で示すことができ、好ましくは80〜99.99モル%の範囲内であり、より好ましくは85〜99.95モル%の範囲内であり、さらに好ましくは90〜99.9モル%の範囲内である。   From the vinyl butyral polymer component and the ionic polymer component contained in the polymer electrolyte gel composition for secondary battery of the present invention and the polymer electrolyte gel composition for secondary battery produced by the production method of the present invention The saponification degree of the block copolymer (P) is determined from the vinyl alcohol unit: a, the vinyl ester unit: b, and the butyral unit: c shown in the above formula (1) from the saponification degree (mol%) = (a + c ) / (A + b + c) × 100, preferably in the range of 80 to 99.99 mol%, more preferably in the range of 85 to 99.95 mol%, still more preferably 90 to 99. Within the range of 9 mol%.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物、および、本発明の製造方法により製造される二次電池用高分子電解質ゲル組成物に含まれるビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)に含まれるイオン性変性量は上記式(1)に示したビニルアルコール単位:a、ビニルエステル単位:b、ブチラール単位:c、イオン性モノマー単位:dからは、イオン性変性量(モル%)=d/(a+b+c+d)×100で示すことができ、好ましくは1〜30モル%の範囲内であり、より好ましくは3〜20モル%の範囲内であり、さらに好ましくは5〜15モル%の範囲内である。   From the vinyl butyral polymer component and the ionic polymer component contained in the polymer electrolyte gel composition for secondary battery of the present invention and the polymer electrolyte gel composition for secondary battery produced by the production method of the present invention The amount of ionic modification contained in the constituted block copolymer (P) is from the vinyl alcohol unit: a, vinyl ester unit: b, butyral unit: c, and ionic monomer unit: d shown in the above formula (1). Ionic modification amount (mol%) = d / (a + b + c + d) × 100, preferably in the range of 1-30 mol%, more preferably in the range of 3-20 mol% More preferably, it is in the range of 5 to 15 mol%.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物が含む電解液は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(SOCF)および非水系溶媒を含む。電解液、ひいては二次電池用高分子電解質ゲル組成物がビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを含むことにより、当該ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムは電解質として機能することができる。 The electrolyte solution included in the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery of the present invention contains bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) and a non-aqueous solvent. The bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium can function as an electrolyte when the electrolytic solution, and hence the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery, contains bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium.

上記電解液はリチウム塩としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムのみを含むことが好ましいが、本発明の効果が奏される限り、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムと共に、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CFSOLi)、ビス(パーフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(SO)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SOCF)、トリス(パーフルオロエタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SO)など、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム以外の他のリチウム塩を用いてもよい。 The electrolyte preferably contains only bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium as a lithium salt. However, as long as the effect of the present invention is exhibited, lithium trifluoromethanesulfonate (CF) together with bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium. 3 SO 3 Li), bis (perfluoroethanesulfonyl) imidolithium (LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 ), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyllithium (LiC (SO 2 CF 3 ) 3 ), tris (per Other lithium salts other than bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium such as fluoroethanesulfonyl) methyllithium (LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 ) may be used.

上記した他のリチウム塩は、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムに対して10モル%以下の割合で含まれていてもよい。   Other lithium salt mentioned above may be contained in the ratio of 10 mol% or less with respect to bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium, for example.

また、電解液には、必要に応じてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム等のリチウム塩および非水系溶媒以外の他の各種添加剤をさらに含んでいてもよい。   Further, the electrolyte solution may further contain various additives other than lithium salts such as bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and non-aqueous solvents as required.

本発明において使用される非水系溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン;炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の炭酸エステル;1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル;アセトニトリル等のニトリル;スルホラン系化合物;リン酸類;リン酸エステル;ピロリドン類などが挙げられる。これらの非水系溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Examples of the non-aqueous solvent used in the present invention include lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone; ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, Carbonates such as ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1-ethoxy-2-methoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile; Examples include sulfolane compounds; phosphoric acids; phosphate esters; pyrrolidones. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.

これらの中でも、ラクトン、炭酸エステルが好ましく、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルが特に好ましい。また、炭酸エステルを使用する場合には、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムの解離の促進とリチウムイオンの易動度の両立の観点から、環状の炭酸エステルと鎖状の炭酸エステルとを併用するのが好ましい。   Among these, lactones and carbonates are preferable, and γ-butyrolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are particularly preferable. Moreover, when using carbonate ester, from the viewpoint of coexistence of promotion of dissociation of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and mobility of lithium ion, a cyclic carbonate ester and a chain carbonate ester are used in combination. Is preferred.

電解液におけるビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムの濃度は、好ましくは0.1〜10ミリモル/gの範囲内であり、より好ましくは0.2〜5ミリモル/gの範囲内であり、さらに好ましくは0.5〜2ミリモル/gの範囲内である。   The concentration of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.1 to 10 mmol / g, more preferably in the range of 0.2 to 5 mmol / g, and still more preferably. Is in the range of 0.5 to 2 mmol / g.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物においては、当該二次電池用高分子電解質ゲル組成物に含まれる全てのリチウム原子のモル数(MLi)に対する、当該二次電池用高分子電解質ゲル組成物に含まれるビニルブチラール系重合体成分に含まれる全ビニルアルコール単位のモル数(MOH)の割合(MOH/MLi)が0.1〜0.8の範囲内であることが好ましい。
当該割合が低すぎるとビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムの電離度が低下する。一方、当該割合が高すぎるとイオン伝導度やリチウムイオン輸率が低下する。これは、電気陰性度の高い水酸基の酸素原子がリチウムイオンと強く相互作用するためと考えられる。ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムの電離度、イオン伝導度およびリチウムイオン輸率の観点から、上記割合は0.1〜0.75の範囲内であることが好ましく、0.1〜0.7の範囲内であることがより好ましい。
リチウム塩の電離度が高く、リチウムイオン輸率が高い高分子電解質ゲル組成物を用いた場合、リチウムイオン二次電池としての性能が高いものとなる。
In the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of the present invention, the polymer for secondary batteries with respect to the number of moles (M Li ) of all lithium atoms contained in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries. The ratio (M OH / M Li ) of the number of moles (M OH ) of all vinyl alcohol units contained in the vinyl butyral polymer component contained in the electrolyte gel composition is in the range of 0.1 to 0.8. Is preferred.
When the ratio is too low, the ionization degree of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium is lowered. On the other hand, if the ratio is too high, the ionic conductivity and the lithium ion transport number decrease. This is considered because the oxygen atom of the hydroxyl group having high electronegativity strongly interacts with lithium ions. From the viewpoint of ionization degree, ionic conductivity and lithium ion transport number of bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium, the above ratio is preferably in the range of 0.1 to 0.75, and 0.1 to 0.7. It is more preferable to be within the range.
When a polymer electrolyte gel composition having a high lithium ionization degree and a high lithium ion transport number is used, the performance as a lithium ion secondary battery is high.

また、本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物におけるブロック共重合体(P)の含有率は、ゲルの安定性と電解液の保持の双方を満足させる観点から、0.5〜15質量%の範囲内であることが好ましく、1〜12質量%の範囲内であることがより好ましく、2〜10質量%の範囲内であることがさらに好ましい。   The content of the block copolymer (P) in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of the present invention is 0.5 to 15 from the viewpoint of satisfying both the stability of the gel and the retention of the electrolyte. It is preferably within the range of mass%, more preferably within the range of 1 to 12 mass%, and even more preferably within the range of 2 to 10 mass%.

このような高分子電解質ゲル組成物では、高分子のゲル安定性が高めることができるため、電解液ひいては電解質の含有割合を高くすることができる。その結果、より優れたイオン伝導性を示す高分子電解質ゲル組成物を得ることが可能となり、リチウムイオン二次電池としての性能を向上することができる。   In such a polymer electrolyte gel composition, since the gel stability of the polymer can be increased, the content of the electrolytic solution and thus the electrolyte can be increased. As a result, it is possible to obtain a polymer electrolyte gel composition exhibiting more excellent ion conductivity, and the performance as a lithium ion secondary battery can be improved.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物は、上記した電解液およびブロック共重合体(P)に加えて、他の成分をさらに含んでいてもよい。このような他の成分としては、例えば、充填材、架橋促進剤やその反応生成物などが挙げられる。
二次電池用高分子電解質ゲル組成物に占める、電解液およびブロック共重合体(P)の合計の質量割合は、50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。
The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery of the present invention may further contain other components in addition to the above-described electrolytic solution and block copolymer (P). Examples of such other components include fillers, cross-linking accelerators and reaction products thereof.
The total mass ratio of the electrolytic solution and the block copolymer (P) in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. And more preferably 95% by mass or more.

なお、本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物には水が含まれていてもよく、例えば、ブロック共重合体(P)100質量部に対する含水量は0.5〜5質量部の範囲内であってもよい。当該含水量が0.5質量部未満の二次電池用高分子電解質ゲル組成物を調製するためには、水の混入を防ぐための特別な装置や操作が必要になる。一方、当該含水量が高すぎると、得られるリチウムイオン二次電池が劣化しやすくなる。   In addition, the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of the present invention may contain water. For example, the water content with respect to 100 parts by mass of the block copolymer (P) is 0.5 to 5 parts by mass. It may be within the range. In order to prepare the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery having a water content of less than 0.5 parts by mass, a special device and operation for preventing water from being mixed are required. On the other hand, when the water content is too high, the obtained lithium ion secondary battery tends to deteriorate.

上記含水量は、二次電池用高分子電解質ゲル組成物の製造時や使用時において水の混入を防止するための管理を厳密に行う必要性を解消することができるとともに得られる二次電池の劣化をより効果的に防止することができることから、0.6〜4質量部の範囲内であることが好ましく、0.7〜3質量部の範囲内であることがより好ましい。なお、二次電池用高分子電解質ゲル組成物における含水量はカールフィッシャー法により測定される水分率から容易に算出することができる。   The water content of the secondary battery obtained can eliminate the necessity of strictly performing management for preventing water contamination during the production and use of the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries. Since deterioration can be prevented more effectively, it is preferably in the range of 0.6 to 4 parts by mass, and more preferably in the range of 0.7 to 3 parts by mass. The water content in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries can be easily calculated from the moisture content measured by the Karl Fischer method.

[二次電池用高分子電解質ゲル組成物の製造方法]
本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物の製造方法は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、ビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)とを接触させる工程を有する。
[Method for producing polymer electrolyte gel composition for secondary battery]
The method for producing a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery of the present invention comprises an electrolytic solution containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and a non-aqueous solvent, a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component. A step of contacting the block copolymer (P).

前記接触させる工程では、ブロック共重合体(P)は、以下の形態などであってもよい。
(i)粉粒体
(ii)粉粒体以外の固体形状(例えば、フィルム状など)
(iii)ブロック共重合体(P)を溶解可能な有機溶媒により溶解された液状。
In the contacting step, the block copolymer (P) may be in the following form.
(I) Granule (ii) Solid shape other than powder (eg, film)
(Iii) A liquid form dissolved in an organic solvent capable of dissolving the block copolymer (P).

なお、ブロック共重合体(P)は、乾燥処理により水分を低下させた状態で用いてもよいが、ブロック共重合体(P)は、煩雑な水分の除去操作を施さずに通常の製造工程において含有するであろう水分量を有する状態、または比較的弱い乾燥条件を経た後の水分量を有する状態であってもよい。そのような水分含量はすでに上述している。 さらに、ブロック共重合体(P)、必要に応じて、水以外に有機溶媒などの成分をさらに含んでいてもよい。   The block copolymer (P) may be used in a state where the water content is lowered by a drying treatment, but the block copolymer (P) is a normal production process without performing a complicated water removal operation. It may be in a state having a moisture content that would be contained in or in a state having a moisture content after undergoing relatively weak drying conditions. Such moisture content has already been mentioned above. Furthermore, you may further contain components, such as an organic solvent, other than water as needed with a block copolymer (P).

(i)ブロック共重合体(P)が粉粒状である場合、電解液とブロック共重合体(P)とを接触させる方法としては、例えば、電解液と粉粒状のブロック共重合体(P)とを混合する工程が挙げられ、この混合工程により、ブロック共重合体(P)が電解液で膨潤し、ゲル化した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得ることができる。
この場合、混合物に対して所定の形状を付与することにより、得られる二次電池用高分子電解質ゲル組成物を成形加工してもよい。
(I) When block copolymer (P) is granular, as a method of making electrolyte solution and block copolymer (P) contact, electrolyte solution and granular block copolymer (P), for example In this mixing step, the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in which the block copolymer (P) is swollen with an electrolytic solution and gelled can be obtained.
In this case, the obtained polymer electrolyte gel composition for a secondary battery may be molded by giving a predetermined shape to the mixture.

(ii)ブロック共重合体(P)が粉粒状以外の固体形状である場合、粉粒状以外の固体形状のブロック共重合体(P)に対し、電解液を含浸させる工程が挙げられ、この含浸工程により、ブロック共重合体(P)が電解液で膨潤し、ゲル化した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得ることができる。
なお、このような固体形状としては、二次電池用高分子電解質ゲル組成物に対して求められる形状に応じて、適宜必要な形状であればよく、例えば、ブロック共重合体(P)をキャスト製膜、溶融押出製膜等により製膜して得られたフィルム形状などであってもよい。
(Ii) When the block copolymer (P) is in a solid form other than powder, a step of impregnating the block copolymer (P) with a solid form other than powder is impregnated. According to the process, the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in which the block copolymer (P) is swollen with an electrolyte and gelled can be obtained.
In addition, as such a solid shape, what is necessary is just a shape required suitably according to the shape calculated | required with respect to the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries, for example, cast block copolymer (P) It may be a film shape obtained by film formation, melt extrusion film formation, or the like.

(iii)ブロック共重合体(P)が、有機溶媒により溶解された液状である場合、電解液と、液状のブロック共重合体(P)とを相溶させる工程が挙げられ、この相溶工程の後、有機溶媒を蒸発させ、それに伴いブロック共重合体(P)が電解液で膨潤しゲル化した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得ることができる。
この場合も、相溶物に対して所定の形状を付与することにより、得られる二次電池用高分子電解質ゲル組成物を成形加工してもよい。
(Iii) In the case where the block copolymer (P) is in a liquid state dissolved in an organic solvent, a step of compatibilizing the electrolytic solution and the liquid block copolymer (P) can be mentioned. Thereafter, the organic solvent is evaporated, and accordingly, the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in which the block copolymer (P) is swollen with the electrolyte and gelled can be obtained.
Also in this case, the obtained polymer electrolyte gel composition for a secondary battery may be molded by applying a predetermined shape to the compatible material.

なお、有機溶媒としては、ブロック共重合体(P)を溶解することのできるものであれば特に制限はなく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル;メチレンクロライド、クロロホルム等の塩素化炭化水素;トルエン、キシレン、スチレン、ピリジン等の芳香族炭化水素;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド;酢酸等のカルボン酸などが挙げられる。   The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the block copolymer (P). Examples thereof include alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone; N Amides such as N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and chloroform; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, styrene and pyridine; dimethyl sulfoxide And carboxylic acids such as acetic acid.

これらの中うち、簡便でより均一な二次電池用高分子電解質ゲル組成物が得られることから、接触工程として、上記(i)の電解液と粉粒状のブロック共重合体(P)とを混合する方法が好ましい。   Among these, since a simpler and more uniform polymer electrolyte gel composition for a secondary battery can be obtained, as the contacting step, the electrolytic solution (i) and the granular block copolymer (P) are used. A method of mixing is preferred.

電解液とブロック共重合体(P)とを接触させるにあたっては、割合(MOH/MLi)が上述した範囲内になるように両成分の配合割合を適宜調整するのが好ましい。上記製造方法によって、本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物を容易に製造することができる。 In bringing the electrolytic solution into contact with the block copolymer (P), it is preferable to appropriately adjust the blending ratio of both components so that the ratio (M OH / M Li ) is within the above-described range. By the said manufacturing method, the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries of this invention can be manufactured easily.

本発明の二次電池用高分子電解質ゲル組成物を用いたリチウムイオン二次電池の構成に特に制限はなく、例えば、一対の電極、セパレータおよび各電極とセパレータの間に配設された上記二次電池用高分子電解質ゲル組成物を有するものが挙げられる。各電極には、通常、活物質が含まれる。リチウムイオン二次電池における上記二次電池用高分子電解質ゲル組成物の形状は、目的とするリチウムイオン二次電池の形状やその製造方法等にもよるが、例えば、厚さ1〜500μmの薄膜状や、あるいは、一対の電極とその間に配設されたセパレータにおける各隙間やこれらの周囲に溶融状態の二次電池用高分子電解質ゲル組成物が連続的に入り込んだ後に固化して形成される形状などが挙げられる。   The configuration of the lithium ion secondary battery using the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, a pair of electrodes, a separator, and the above-described second disposed between each electrode and the separator. What has a polymer electrolyte gel composition for secondary batteries is mentioned. Each electrode usually contains an active material. The shape of the polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in a lithium ion secondary battery depends on the shape of the target lithium ion secondary battery, the manufacturing method thereof, etc., but for example, a thin film having a thickness of 1 to 500 μm Or a solid polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in a molten state is continuously solidified and formed in each gap between the electrode and the separator disposed between the electrode and the periphery thereof. Examples include shape.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例において採用された、高分子電解質ゲル組成物のイオン伝導度・含水率の測定または算出方法を以下に示す。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. In addition, the measurement or calculation method of the ionic conductivity and the moisture content of the polymer electrolyte gel composition employed in the following examples and comparative examples is shown below.

[イオン伝導度]
2032型コインセルを作製して評価した。すなわち、正極ケース内側にガスケットを置き、「テフロン(登録商標)」製のリング状スペーサー(内径14mm、厚み1mm)を置き、高分子電解質ゲル組成物をその中にいれ、さらにステンレス製電極板(φ16mm、厚み0.5mm)をかぶせて、金属製ワッシャをのせ、負極ケースをかぶせ、かしめ機でかしめてコインセルを作製した。このコインセルを電池ホルダーにセットし、リード線で周波数応答アナライザー(Solartron社製1250型)につなぎ、交流インピーダンス法により、25℃にて、交流50mV、1〜65kHzの範囲で、インピーダンスを測定した。コインセル中の高分子電解質ゲル組成物の面積S[cm]、厚みd[cm]、得られたインピーダンスR[Ω]から、計算式(σ=(1/R)×(d/s))により、イオン伝導度σ[S/cm]を算出した。
[Ionic conductivity]
A 2032 type coin cell was prepared and evaluated. That is, a gasket is placed inside the positive electrode case, a ring-shaped spacer (inner diameter: 14 mm, thickness: 1 mm) made of “Teflon (registered trademark)” is placed, the polymer electrolyte gel composition is placed therein, and a stainless steel electrode plate ( A coin cell was manufactured by covering with a metal washer, covering with a negative electrode case, and caulking with a caulking machine. This coin cell was set in a battery holder, connected to a frequency response analyzer (Model 1250 made by Solartron) with a lead wire, and impedance was measured in the range of AC 50 mV and 1 to 65 kHz at 25 ° C. by the AC impedance method. From the area S [cm 2 ], the thickness d [cm], and the obtained impedance R [Ω] of the polymer electrolyte gel composition in the coin cell, a calculation formula (σ = (1 / R) × (d / s)) Was used to calculate ionic conductivity σ [S / cm].

[ブロック共重合体中の含水量]
(株)三菱化学アナリテック製卓上型 電量法水分計CA−200および水分気化装置VA−200を用いて、カールフィッシャー法にて測定した。
[Water content in block copolymer]
Using a Karl Fischer method, a tabletop coulometric moisture meter CA-200 and a moisture vaporizer VA-200 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. were used.

[製造例1]
共重合体(P’−1)
還流冷却管、攪拌翼を備え付けた500mLの四つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水212g、(株)クラレ製ポバールM−105(平均重合度500、けん化度98.5モル%の末端SH化PVA)を50.0gとAGCセイミケミカル(株)製ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドを6.2g仕込み、攪拌下90℃まで加熱して窒素をバブリングしつつ溶解した。窒素置換後、上記水溶液に2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液5.6mLを1.5時間かけて逐次的に添加して重合を進行させた後、系内温度を90℃に4時間維持して重合をさらに進行させ、ついで冷却して、ポリビニルアルコールとポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドのブロック共重合体P’−1の水溶液(固形分濃度20%)を作製した。水溶液の一部を乾燥した後、重水に溶解し、500MHzでの1H−NMR測定に付した結果、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド単位の変性量は2.5モル%であった。
[Production Example 1]
Copolymer (P'-1)
A 500 mL four-necked separable flask equipped with a reflux condenser and a stirring blade was charged with 212 g of ion-exchanged water and POVAL M-105 manufactured by Kuraray Co., Ltd. 50.0 g of PVA) and 6.2 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd. were charged and dissolved while bubbling nitrogen by heating to 90 ° C. with stirring. After nitrogen substitution, 5.6 mL of a 2.0% aqueous solution of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] was sequentially added to the above aqueous solution over 1.5 hours. And the polymerization is further continued by maintaining the system temperature at 90 ° C. for 4 hours, followed by cooling to block copolymer P′− of polyvinyl alcohol and polyvinylbenzyltrimethylammonium chloride. 1 aqueous solution (solid content concentration 20%) was prepared. A part of the aqueous solution was dried, dissolved in heavy water, and subjected to 1H-NMR measurement at 500 MHz. As a result, the modified amount of vinylbenzyltrimethylammonium chloride unit was 2.5 mol%.

[製造例2]
共重合体(P’−2)
製造例1のイオン交換水を232g、セイミケミカル製ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドを11.5g、2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液を11.5mLに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体P’−2の水溶液(固形分濃度20%)を作製した。ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド単位の変性量は5.0モル%であった。
[Production Example 2]
Copolymer (P'-2)
232 g of ion-exchange water of Production Example 1, 11.5 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride made by Seimi Chemical, 2 of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] A similar operation was performed except that the 0.0% aqueous solution was changed to 11.5 mL, to prepare an aqueous solution of copolymer P′-2 (solid content concentration 20%). The amount of modification of the vinylbenzyltrimethylammonium chloride unit was 5.0 mol%.

[製造例3]
共重合体(P’−3)
製造例1のイオン交換水を252g、セイミケミカル製ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドを19.5g、2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液を17.7mLに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体P’−3の水溶液(固形分濃度20%)を作製した。ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド単位の変性量は7.5モル%であった。
[Production Example 3]
Copolymer (P'-3)
252 g of ion-exchanged water of Production Example 1, 19.5 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride made by Seimi Chemical, 2 of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] A similar operation was performed except that the 0.0% aqueous solution was changed to 17.7 mL to prepare an aqueous solution (solid content concentration 20%) of copolymer P′-3. The amount of modification of the vinylbenzyltrimethylammonium chloride unit was 7.5 mol%.

[製造例4]
共重合体(P’−4)
製造例1のイオン交換水を273g、セイミケミカル製ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドを26.7g、2,2'-アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−2−プロピオンアミド]の2.0%水溶液を24.3mLに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体P’−4の水溶液(固形分濃度20%)を作製した。ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド単位の変性量は10.0モル%であった。
[Production Example 4]
Copolymer (P'-4)
273 g of ion-exchanged water of Production Example 1, 26.7 g of vinylbenzyltrimethylammonium chloride made by Seimi Chemical, 2 of 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -2-propionamide] A similar operation was performed except that the 0.0% aqueous solution was changed to 24.3 mL to prepare an aqueous solution of copolymer P′-4 (solid content concentration 20%). The amount of modification of the vinylbenzyltrimethylammonium chloride unit was 10.0 mol%.

[製造例5]
還流冷却器、温度計、イカリ型撹拌翼を備えた500リットルガラス製容器に、製造例1で得られた共重合体(P’−1)水溶液(固形分20%)200gを仕込み、内温90℃に維持し250rpmで撹拌しながら、完全に溶解した。この水溶液を250rpmで撹拌下、40℃まで冷却した後、n−ブチルアルデヒド22.7gを添加した。さらに12℃まで冷却した後、20質量%の塩酸26.7mLを12分かけて添加し、10分間攪拌した。その後、116分かけて73℃まで昇温し、120分間攪拌後、室温まで冷却した。析出した樹脂をろ過して200mLのイオン交換水で5回洗浄した後、1.0Mのリチウムビストリフルオロメチルスルホンイミド水溶液100mLに5時間浸漬した後にろ過・乾燥して、共重合体(P−1)を得た。得られた共重合体(P−1)のブチラール化度は80モル%であった。
[Production Example 5]
A 500 liter glass container equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a squid type stirring blade was charged with 200 g of the aqueous copolymer (P′-1) solution (solid content 20%) obtained in Production Example 1, and the internal temperature The solution was completely dissolved while maintaining at 90 ° C. and stirring at 250 rpm. The aqueous solution was cooled to 40 ° C. with stirring at 250 rpm, and 22.7 g of n-butyraldehyde was added. After further cooling to 12 ° C., 26.7 mL of 20 mass% hydrochloric acid was added over 12 minutes and stirred for 10 minutes. Thereafter, the temperature was raised to 73 ° C. over 116 minutes, stirred for 120 minutes, and then cooled to room temperature. The precipitated resin was filtered and washed 5 times with 200 mL of ion exchange water, then immersed in 100 mL of 1.0 M lithium bistrifluoromethylsulfonimide aqueous solution for 5 hours, filtered and dried to obtain a copolymer (P-1 ) The degree of butyralization of the obtained copolymer (P-1) was 80 mol%.

[製造例6]
製造例5の共重合体(P’−1)の代わりに共重合体(P’−2)を用い、n−ブチルアルデヒドの使用量を20.8g、20質量%の塩酸の使用量を23.9gに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体(P−2)を得た。得られた共重合体(P−2)のブチラール化度は80モル%であった。
[Production Example 6]
The copolymer (P′-2) was used in place of the copolymer (P′-1) of Production Example 5, the amount of n-butyraldehyde used was 20.8 g, and the amount of 20 mass% hydrochloric acid was 23. A copolymer (P-2) was obtained in the same manner as described above except that the amount was changed to 9 g. The degree of butyralization of the obtained copolymer (P-2) was 80 mol%.

[製造例7]
製造例5の共重合体(P’−1)の代わりに共重合体(P’−3)を用い、n−ブチルアルデヒドの使用量を18.8g、20質量%の塩酸の使用量を22.6gに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体(P−3)を得た。得られた共重合体(P−3)のブチラール化度は80モル%であった。
[Production Example 7]
The copolymer (P′-3) was used in place of the copolymer (P′-1) of Production Example 5, the amount of n-butyraldehyde used was 18.8 g, and the amount of 20 mass% hydrochloric acid was 22 A copolymer (P-3) was obtained in the same manner as described above except that the amount was changed to 0.6 g. The degree of butyralization of the obtained copolymer (P-3) was 80 mol%.

[製造例8]
製造例5の共重合体(P’−1)の代わりに共重合体(P’−4)を用い、n−ブチルアルデヒドの使用量を17.0g、20質量%の塩酸の使用量を19.6gに変えた以外は同様の操作を行い、共重合体(P−4)を得た。得られた共重合体(P−4)のブチラール化度は80モル%であった。
[Production Example 8]
The copolymer (P′-4) was used in place of the copolymer (P′-1) of Production Example 5, the amount of n-butyraldehyde used was 17.0 g, and the amount of 20 mass% hydrochloric acid was 19 A copolymer (P-4) was obtained in the same manner as described above except that the amount was changed to 0.6 g. The degree of butyralization of the copolymer (P-4) obtained was 80 mol%.

[製造例9]
特許文献5(特開2012−113849)に記載の方法で、(株)クラレ製ポリビニルアルコール(平均重合度:1000、けん化度:98モル%)を用いて、ポリビニルブチラールPVB−1を得た。PVB−1のブチラール化度は80モル%であった。
[Production Example 9]
Polyvinyl butyral PVB-1 was obtained by the method described in Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-113849) using Kuraray Co., Ltd. polyvinyl alcohol (average polymerization degree: 1000, saponification degree: 98 mol%). The degree of butyralization of PVB-1 was 80 mol%.

[製造例10]
特許文献6の製造例1(WO2011/087029A1)に記載の方法で、カチオン変性のランダム共重合体Q−1を得た。Q−1のブチラール化度は80モル%で、酢酸ビニル単位の含有率は2モル%で、(3−メタクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド変性量は5%であった。
[Production Example 10]
A cation-modified random copolymer Q-1 was obtained by the method described in Production Example 1 (WO2011 / 0887029A1) of Patent Document 6. The degree of butyralization of Q-1 was 80 mol%, the content of vinyl acetate units was 2 mol%, and the amount of (3-methacrylamidopropyl) trimethylammonium chloride modification was 5%.

[実施例1]
炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを炭酸エチレン:炭酸ジメチル=3:7の質量比で混合してなる非水系溶媒に、電解質としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムを0.79ミリモル/gの濃度で溶解した電解液を調製した。なお、電解液の調製に使用した上記各原料は十分に乾燥されたものを用いた。次いで、調製した電解液と共重合体(P−1)とを[電解液の質量]/[共重合体(P−1)]=95/5となる割合で混合し、50℃で加熱しながら撹拌し、充分均一になった後に室温まで冷却して高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Example 1]
Dissolve bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium as an electrolyte at a concentration of 0.79 mmol / g in a non-aqueous solvent obtained by mixing ethylene carbonate and dimethyl carbonate in a mass ratio of ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 3: 7. An electrolyte solution was prepared. In addition, the said each raw material used for preparation of electrolyte solution used what was fully dried. Next, the prepared electrolytic solution and copolymer (P-1) were mixed at a ratio of [electrolytic solution mass] / [copolymer (P-1)] = 95/5 and heated at 50 ° C. Then, the mixture was sufficiently homogenized and then cooled to room temperature to prepare a polymer electrolyte gel composition. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
実施例1において共重合体(P−1)の代わりに共重合体(P−2)を使用したこと以外は実施例1と同様の方法により、高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Example 2]
A polymer electrolyte gel composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copolymer (P-2) was used instead of the copolymer (P-1) in Example 1. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
実施例1において共重合体(P−1)の代わりに共重合体(P−3)を使用したこと以外は実施例1と同様の方法により、高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Example 3]
A polymer electrolyte gel composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copolymer (P-3) was used instead of the copolymer (P-1) in Example 1. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例1において共重合体(P−1)の代わりに共重合体(P−4)を使用したこと以外は実施例1と同様の方法により、高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Example 4]
A polymer electrolyte gel composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copolymer (P-4) was used instead of the copolymer (P-1) in Example 1. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1において共重合体(P−1)の代わりにPVB−1を使用したこと以外は実施例1と同様の方法により、高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
A polymer electrolyte gel composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that PVB-1 was used instead of the copolymer (P-1) in Example 1. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
実施例1において共重合体(P−1)の代わりに共重合体(Q−1)を使用したこと以外は実施例1と同様の方法により、高分子電解質ゲル組成物を作製した。得られた高分子電解質ゲル組成物を用いて、上記した方法によりイオン伝導度を測定した。結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
A polymer electrolyte gel composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copolymer (Q-1) was used instead of the copolymer (P-1) in Example 1. Using the obtained polymer electrolyte gel composition, the ionic conductivity was measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

Figure 2014192074
Figure 2014192074

表1の結果からも明らかなように、実施例1〜4では原料としてビニルブチラール重合体成分と特定のイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体を用いて二次電池用高分子電解質ゲル組成物を作製しているため、得られる二次電池用高分子電解質ゲル組成物はイオン伝導度が高く、充放電特性に優れた二次電池を与えることができる。   As is apparent from the results in Table 1, in Examples 1 to 4, a polymer electrolyte for a secondary battery using a block copolymer composed of a vinyl butyral polymer component and a specific ionic polymer component as raw materials. Since the gel composition is produced, the obtained polymer electrolyte gel composition for a secondary battery has a high ionic conductivity and can provide a secondary battery excellent in charge / discharge characteristics.

一方、比較例1は、イオン性重合体成分を有していないビニルブチラール重合体であるため、実施例1〜4と比べるとイオン伝導度が低減している。また、特許文献6の製造例1の方法により得られたランダム共重合体を用いている比較例2についても、実施例1〜4と比べ、イオン伝導度は低減している。   On the other hand, since the comparative example 1 is a vinyl butyral polymer which does not have an ionic polymer component, compared with Examples 1-4, ionic conductivity is reducing. Moreover, also in Comparative Example 2 using the random copolymer obtained by the method of Production Example 1 of Patent Document 6, the ionic conductivity is reduced as compared with Examples 1 to 4.

本発明によれば、イオン伝導度が高く、充放電特性に優れた二次電池を与え得る二次電池用高分子電解質ゲル組成物とその製造方法を提供することができ、充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池を製造することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery that can provide a secondary battery having high ionic conductivity and excellent charge / discharge characteristics, and a method for producing the same. A lithium ion secondary battery can be manufactured.

Claims (6)

ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、
下記一般式(1)
Figure 2014192074
[式中、Xはハロゲンアニオンもしくはビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンを示す。]
で示されるビニルブチラール重合体成分とイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)と、
で少なくとも構成された二次電池用高分子電解質ゲル組成物。
An electrolyte containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium and a non-aqueous solvent;
The following general formula (1)
Figure 2014192074
[Wherein, X represents a halogen anion or a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion. ]
A block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component represented by:
A polymer electrolyte gel composition for a secondary battery comprising at least
請求項1の二次電池用高分子電解質ゲル組成物において、式(1)示されるブロック共重合体(P)で、
80≦(a+c)/(a+b+c)×100≦99.99であり、
50≦c/(a+b+c)×100≦95であり、および
1≦d/(a+b+c+d)×100≦30である二次電池用高分子電解質ゲル組成物。
The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery according to claim 1, wherein the block copolymer (P) represented by the formula (1):
80 ≦ (a + c) / (a + b + c) × 100 ≦ 99.99,
A polymer electrolyte gel composition for a secondary battery, wherein 50 ≦ c / (a + b + c) × 100 ≦ 95, and 1 ≦ d / (a + b + c + d) × 100 ≦ 30.
請求項1または2の二次電池用高分子電解質ゲル組成物において、リチウム原子のモル数(MLi)に対するビニルブチラール系重合体成分に含まれるビニルアルコール単位のモル数(MOH)の割合(MOH/MLi)が0.1〜0.8である二次電池用高分子電解質ゲル組成物。 3. The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery according to claim 1, wherein the ratio of the number of moles of vinyl alcohol units (M OH ) contained in the vinyl butyral polymer component to the number of moles of lithium atoms (M Li ) ( A polymer electrolyte gel composition for a secondary battery, wherein M OH / M Li ) is 0.1 to 0.8. 請求項1から3のいずれか一項の二次電池用高分子電解質ゲル組成物において、二次電池用高分子電解質ゲル組成物中、ブロック共重合体(P)の含有率が0.5〜15質量%である二次電池用高分子電解質ゲル組成物。   The polymer electrolyte gel composition for secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the block copolymer (P) in the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries is 0.5 to The polymer electrolyte gel composition for secondary batteries which is 15 mass%. 請求項1から4のいずれか一項の二次電池用高分子電解質ゲル組成物において、ブロック共重合体(P)100質量部に対する含水量は0.5〜5質量部の範囲内である二次電池用高分子電解質ゲル組成物。   The polymer electrolyte gel composition for a secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the water content with respect to 100 parts by mass of the block copolymer (P) is in the range of 0.5 to 5 parts by mass. A polymer electrolyte gel composition for a secondary battery. ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウムおよび非水系溶媒を含む電解液と、ビニルブチラール重合体成分およびイオン性重合体成分から構成されるブロック共重合体(P)とを接触させる工程と、
前記ブロック共重合体(P)が電解液で膨潤し、ゲル化した二次電池用高分子電解質ゲル組成物を得るゲル化工程と、
を少なくとも備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池用高分子電解質ゲル組成物の製造方法。
Contacting an electrolytic solution containing bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium and a non-aqueous solvent with a block copolymer (P) composed of a vinyl butyral polymer component and an ionic polymer component;
A gelation step of obtaining a polymer electrolyte gel composition for a secondary battery in which the block copolymer (P) is swollen and gelled with an electrolyte;
The manufacturing method of the polymer electrolyte gel composition for secondary batteries as described in any one of Claims 1-5 provided with at least.
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