JPH11154416A - 高分子固体電解質 - Google Patents

高分子固体電解質

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JPH11154416A
JPH11154416A JP9321270A JP32127097A JPH11154416A JP H11154416 A JPH11154416 A JP H11154416A JP 9321270 A JP9321270 A JP 9321270A JP 32127097 A JP32127097 A JP 32127097A JP H11154416 A JPH11154416 A JP H11154416A
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electrolyte
solid electrolyte
lithium
high polymer
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毅彦 中島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン伝導性の高い高分子固体電解質を提供
する。 【解決手段】 下式 【化1】 (上式中、Xは電子求引性基である)で表されるモノマ
ー単位より構成されるポリマーを固体電解質として用い
る。電子求引性基としては、CF3 、SO2 CF3
F、Cl、Br、I、SO3 CF 3 、SO2 2 5
SO3 CH3 、SO3 2 5 を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子固体電解質
に関する。より詳細には、リチウム二次電池の電解質と
して使用できる、イオン伝導性の高い高分子固体電解質
に関する。
【0002】
【従来の技術】電池の電解質として固体電解質を用いる
ことは、液体を収容するための容器が不要となり電池構
造の小型簡略化が可能になり、液漏れ、蒸発散失の心配
がなく、耐久性及び長期信頼性に優れた電池を構成する
ことができるという利点を有している。
【0003】このような固体電解質としては、従来、ポ
リエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシ
ド(PPO)等の高分子化合物にアルカリ金属塩(例え
ば過塩素酸リチウム(LiClO4 )、四フッ化ホウ酸
リチウム(LiBF4 )等)を複合化した高分子固体電
解質が知られている。
【0004】しかしながら、このようなPEO系高分子
固体電解質を用いた二次電池は、電池特性として電解液
を用いたものと比較してそれほど際立ったものではな
く、また充放電サイクルを繰り返すと、PEOが負極の
リチウムと反応して、負極と電解質の間の界面に電子伝
導性の低い酸化リチウム等の被膜が形成してしまうた
め、充放電特性が低いといった問題があり、実用化には
到っていなかった。
【0005】このような問題を解決するため、特開平7
−320781号公報では、負極と反応しにくい高分子固体電
解質が提案されている。この高分子固体電解質は、塩化
ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−アクリロニ
トリル共重合体等のビニル共重合体に、LiClO4
の従来より用いられている電解質塩を複合化したもので
ある。この高分子固体電解質は、金属リチウム等より形
成された負極と反応しにくいため、充放電サイクルを繰
り返しても内部抵抗が上昇しにくく、充放電サイクル特
性にすぐれたリチウム二次電池が得られるとされてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この開
示されたビニル共重合体系固体電解質は、Liの移動が
ポリマー鎖のセグメント運動に起因しているため低温時
におけるイオン伝導性が低いという問題がある。さら
に、この固体電解質においては、アニオン及びカチオン
の両者が電荷を運ぶが、アニオンは電極側に受入れ先が
なく、充放電の末期にはこの受入れ先のないアニオンが
過飽和となり内部抵抗が増大するという問題がある。
【0007】そこで本発明者らは先に、各モノマー単位
ごとにLiイオンを有し、電子求引性の高い主鎖構造と
することによりイオン伝導性を高くすることを提案した
が、このような構造を有するポリマーを製造するには特
殊な合成法が必要であり、かつその合成が困難であっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、下式
【化2】 (上式中、Xは電子求引性基である)で表されるモノマ
ー単位より構成されるポリマーからなる、高分子固体電
解質が提供される。この高分子電解質は、その分子主鎖
内に電子求引性基を有するため、アニオン電荷の非極在
化が促進され、その結果Li+ イオンも非極在化して移
動し易くなり、イオン伝導性が向上する。また、電荷は
Li+ イオンによってのみ運ばれるため、従来のような
アニオンの過飽和によって生ずる内部抵抗の増大の問題
がない。
【0009】
【発明の実施の形態】上記のように、本発明の高分子固
体電解質は、その分子主鎖内に電子求引性基を有するこ
とを特徴としている。この電子求引性基としては特に制
限はなく、例えばCF3 、SO2 CF3 、F、Cl、B
r、I、SO3 CF3 、SO2 2 5 、SO3
3 、SO3 2 5 等が例示される。本発明の高分子
固体電解質は、通常の有機合成法により、例えばポリア
クリロニトリルを出発材料として用いて合成することが
できる。
【0010】本発明の高分子固体電解質の重合度は、好
ましくは10〜1,000,000 であり、10未満であると電解質
が液体になるおそれがあり、一方1,000,000 を越えると
固くなり機械的強度及びイオン伝導性に問題が生ずるお
それがある。さらに、重合度が100 未満であれば、この
固体電解質はゲル状であり、ゴム状の弾性を示すため正
極及び負極との密着性が高くなり、電解質と電極との接
触抵抗を低減することができる。重合度が100 以上であ
り完全な固体であっても、従来用いられている電解質及
び溶媒を用いてこの固体電解質を膨潤させることにより
ゲル状にすることができる。
【0011】この固体電解質を膨潤させるために用いて
よい電解質としては、過塩素酸リチウム(LiCl
4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiS
3 CF 3)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四
フッ化ホウ酸リチウム(LiBF 4)、六フッ化ヒ酸リチ
ウム(LiAsF6)、六フッ化アンチモン酸リチウム
(LiSbF6)、リチウムトリフルオロメタンスルホン
酸イミド(LiN(CF3 SO2)2)等が例示される。
【0012】溶媒としては非プロトン性溶媒、例えばエ
チレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート
(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、γ−ブチロ
ラクトン(γ−BL)、スルホラン(SL)、1,2-ジメ
トキシエタン(DME)、1,2-ジエトキシエタン(DE
E)、エトキシメトキシエタン(EMC)、テトラヒド
ロフラン(THF)、2-メチルテトラヒドロフラン(2
M−THF)、1,3-ジオキソラン(DOXL)、4-メチ
ル-1,3- ジオキソラン(4M−DOXL)等を単独でも
しくは混合物として用いることができる。
【0013】また、本発明の高分子固体電解質を電解質
として用いることにより、リチウム二次電池が構成され
る。このリチウム二次電池は正極と、負極と、上記の高
分子固体電解質から構成される。この二次電池の正極及
び負極は通常のリチウム二次電池に用いられているもの
を使用することができ、例えば負極としては、金属リチ
ウム、もしくはリチウム−アルミニウム、リチウム−炭
素等のリチウム合金を用いることができ、正極活物質と
しては、マンガン、コバルト、ニッケル、バナジウム、
ニオブ等の酸化物を用いることができる。
【0014】
【実施例】下式
【化3】 のポリアクリロニトリル56g をジエチレングリコールジ
メチルエーテル(CH3OCH2CH2OCH2CH2OCH3)1500ml に入
れ、0℃においてBH3SCH3 を240.3g滴下し、徐々に室温
まで、次いで40℃まで昇温させた。次いで150 ℃に加熱
してこの 150℃に36時間保持し、(CH3)2S を除去した。
放冷後0℃に冷却し、6NのHCl を14リットル加え、2
時間還流した。放冷後0℃において7NのNaOHを24リッ
トル加え、濾過し、水洗し、さらにジオキサン、次いで
エーテルで洗浄した。その後、減圧乾燥して下式で表わ
される中間体Aを60g 得た。
【化4】
【0015】この中間体A88g を1,2-ジクロロエタン15
00mlに加え、20℃において(C2H5)3Nを467g及び(CH3)2O
を1300g 加え、60℃において10時間放置した。放冷後、
水洗、ジオキサン洗浄、エーテル洗浄を行い、12時間減
圧乾燥によって下式で表わされる中間体Bを126g得た。
【化5】
【0016】この中間体B10g をTHF40ml に加え、30分
間攪拌後、−20℃においてさらに1.6Mのt-BuLiを96.7ml
加えて、15時間放置し、室温において一晩放置した。次
いで濾過し、ジオキサン洗浄し、減圧乾燥して下式で表
わされる本発明の高分子固体電解質を7.8g得た。
【化6】
【0017】
【発明の効果】本発明の高分子固体電解質は、その主鎖
中に電子求引性基を有するため、アニオン電荷の非極在
化が促進され、結果的にリチウムカチオンも非極在化し
て移動が容易になり、イオン伝導性が向上する。さら
に、電荷はリチウムカチオンのみによって運ばれるた
め、アニオンの移動によって生ずる内部抵抗の増加を防
ぐことができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下式 【化1】 (上式中、Xは電子求引性基である)で表されるモノマ
    ー単位より構成されるポリマーからなる、高分子固体電
    解質。
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