WO2004050747A1 - ポリエーテル重合体組成物の製造方法、ポリエーテル重合体組成物および固体電解質フィルム - Google Patents

ポリエーテル重合体組成物の製造方法、ポリエーテル重合体組成物および固体電解質フィルム Download PDF

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antioxidant
stabilizer
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Hideyuki Nishio
Hidenori Onishi
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Definitions

  • the present invention relates to a composition comprising a polyether polymer and an antioxidant, a method for producing the composition, and a solid electrolyte film obtained by molding the composition.
  • polyether polymers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide show high ionic conductivity when mixed with an electrolyte salt compound, and are therefore suitable as solid polymer electrolytes.
  • a polymer solid electrolyte film made of a polyether polymer is used for lithium ion batteries and the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-136407 has already proposed an attempt to blend an ethylene oxide-propylene oxide copolymer with an alkali metal salt and apply it to an ion-conductive solid electrolyte. Is being planned. And indeed, Echirenokishido - propylene O sulfoxide copolymer and, by dissolving the L i CF 3 S 0 3 to Asetonitoriru cast, obtained by removing the Asetonitoriru in and under reduced pressure in an inert gas stream Films are reported to exhibit high ionic conductivity.
  • a polyether polymer is generally a material that is liable to decrease in molecular weight due to molecular chain scission, and therefore, for example, when forming a film by an extrusion molding method, when storing a polyether polymer as a molding material, When the polymer was molded, the molecular weight was reduced, and it was difficult to obtain a film having sufficient mechanical strength.
  • the present inventors attempted to form a film by extrusion molding by adding an antioxidant to the polyether polymer at the time of molding, but sufficiently suppressed the decrease in molecular weight. The power that I can't do.
  • An object of the present invention is to provide a solid electrolyte film molding material that has a molecular weight that is reduced by molecular chain breakage when stored for a long period of time or when formed into a film by extrusion molding.
  • Polyether polymer composition which does not decrease or does not easily gel, a production method suitable for obtaining the same, and excellent mechanical properties and ionic conductivity obtained by molding the composition It is to provide a solid electrolyte film.
  • the present inventors have intensively studied a method of blending an antioxidant into a polyether polymer to achieve the above object.
  • a polyether polymer composition obtained by dispersing an antioxidant insoluble in the organic solvent in a slurry in which the polyether polymer is dispersed in the organic solvent and then removing the organic solvent is obtained as follows. It has been found that the molecular weight does not decrease even when stored for a long period of time, or even when formed into a film by an extrusion molding method or the like. We have also been studying how to add stabilizers to the polyether polymer.
  • a polyether polymer composition obtained by dissolving a stabilizer soluble in the organic solvent in a slurry in which the polyester polymer is dispersed in the organic solvent, and then removing the organic solvent. It was found that the product did not gel when stored for a long period of time or when formed into a film by extrusion or the like. Further, they have found that a solid electrolyte film produced using a polymer composition obtained by blending an antioxidant and / or a stabilizer as described above exhibits excellent mechanical properties and ionic conductivity. The present invention has been completed based on these findings.
  • a slurry in which a polyether polymer is dispersed in an organic solvent is selected from an antioxidant insoluble in the organic solvent and a stabilizer soluble in the organic solvent.
  • a method for producing a polyether polymer composition comprising adding and dispersing or dissolving at least one selected member, and then removing the organic solvent.
  • a slurry in which the polyether polymer is dispersed in an organic solvent is added with at least one selected from an antioxidant insoluble in the organic solvent and a stabilizer soluble in the organic solvent, and dispersed.
  • a polyether polymer composition obtained by dissolving and then removing the organic solvent.
  • polyether polymer particles and oxidation insoluble in organic solvents in which the polymer particles are insoluble A polyether polymer composition comprising an inhibitor and at least one selected from stabilizers soluble in said organic solvent, wherein the polyether polymer composition comprises the following (1), (2) and (3) A polyether polymer composition satisfying at least one of the following:
  • the gel fraction of the polyether polymer is 5% by weight or less
  • the method for producing a polyether polymer composition according to the present invention comprises the steps of: dispersing a polyether polymer in an organic solvent in a slurry prepared by dispersing the polyether polymer in an organic solvent; At least one selected from agents is added and dispersed or dissolved, and then the organic solvent is removed.
  • the polyether polymer is not particularly limited as long as it is a polymer having an oxyalkylene repeating unit as a main structural unit.
  • This polyether polymer can be efficiently prepared by slurry polymerizing an oxysilane monomer in an organic solvent in which the polymer is insoluble, and the polymer slurry produced by slurry polymerization is The slurry in which the polyether polymer is dispersed in an organic solvent can be used in the method for producing a polyether polymer composition of the present invention.
  • the type of oxysilane monomer used for the slurry polymerization is not particularly limited, but it is preferable to use an ethylene oxide monomer (a) as at least one component of the oxysilane monomer used for the polymerization. More specifically, the oxysilane monomer is composed of 70 to 99 mol% of an ethylene oxide monomer (a) and 30 to 1 mol of an oxysilane monomer (b) copolymerizable with ethylene oxide. % Of the monomer mixture.
  • the solid electrolyte film produced using the polyether polymer obtained by polymerizing the oxylan monomer mixture may be used. If the mechanical strength is insufficient, on the other hand, if it is too large, the ionic conductivity of the solid electrolyte film may be reduced and battery characteristics may be reduced.
  • Examples of the oxysilane monomer (b) copolymerizable with ethylene oxide include those having 3 to 20 carbon atoms. Examples thereof include alkylene oxides, glycidyl ethers having 4 to 10 carbon atoms, oxides of aromatic biel compounds, and crosslinkable oxysilane monomers obtained by introducing a crosslinkable group into these oxysilane monomers.
  • oxysilane monomers (b) copolymerizable with ethylene oxide may be used alone or in combination of two or more.
  • an alkylene oxide having 3 to 20 carbon atoms or a glycidyl ether having 4 to 10 carbon atoms is preferably used as at least one component.
  • an alkylene oxide having 3 to 20 carbon atoms is used.
  • Specific examples of the alkylene oxide having 3 to 20 carbon atoms include propylene oxide and 1,2-epoxybutane.
  • a crosslinkable oxysilane monomer may be used as at least one component of the oxysilane monomer (b).
  • the obtained polyether polymer composition is used as an ion-conductive electrolyte membrane for a battery, it is preferable to use a crosslinkable oxysilane monomer.
  • a crosslinkable oxysilane monomer the above-mentioned monomer obtained by introducing a crosslinkable group into an oxysilane monomer such as an alkylene oxide having 3 to 20 carbon atoms and a glycidyl ether having 4 to 10 carbon atoms is used.
  • a crosslinkable oxysilane monomer having a crosslinkable group capable of crosslinking by light or peroxide such as a beer group, a hydroxyl group, and an acid anhydride group, is preferable, and among them, an oxysilane monomer having a vinyl group is most preferable.
  • crosslinkable oxysilane monomer having a Bier group examples include ethylenically unsaturated daricidyl ether, monoepoxide of gen or polyene, alkenyl epoxide, and glycidyl esters of ethylenically unsaturated carboxylic acid. Among them, ethylenically unsaturated daricidyl ether is most preferred. Specific examples of the ethylenically unsaturated glycidyl ether include pinyl glycidyl ether, arylidicidyl ether, and the like.
  • an oxysilane monomer having a halogen atom such as epichlorohydrin and epibu-mouth mohydrin. (Epihachirohydrin) may be used in combination.
  • the oxolane monomer (b) used in the present invention contains a crosslinkable oxolane monomer, in particular, the above-mentioned crosslinkable oxolane monomer which can be crosslinked by light or a peroxide, the resulting polyester polymer is obtained. Crosslinking of the coalesced by ultraviolet rays or heat is facilitated.
  • the oxysilane monomer (b) contains a crosslinkable oxysilane monomer, its amount is usually 9 mol% or less, preferably 7 mol% or less, more preferably 5 mol% or less.
  • a known ring-opening polymerization catalyst can be used as a polymerization catalyst used for slurry polymerization.
  • a ring-opening polymerization catalyst include a catalyst obtained by reacting water and acetylacetone with an organoaluminum (Japanese Patent Publication No. 35-157977), triisobutylaluminum and phosphoric acid.
  • a catalyst obtained by reacting triethylamine with a diazabiacycloundecene organic acid salt and phosphoric acid with triisobutylaluminum Japanese Patent Publication No. 46-27553.
  • a catalyst obtained by reacting an organic acid salt of diazabiacycloundecene with triphosphate and phosphoric acid with triisobutylaluminum is used. This is preferable because the generation of a gel component is reduced.
  • the organic solvent in which the polyether polymer is dispersed is not particularly limited as long as the polyether polymer is insoluble, but when the polyether polymer is obtained by slurry polymerization, the above-mentioned oxysilane monomer is further added.
  • An organic solvent in which is dissolved, does not deactivate the polymerization catalyst, and precipitates the resulting polyether polymer is preferable.
  • Examples of such an organic solvent include chain saturated hydrocarbons such as n-pentane and n-hexane; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane; and among these, Chain saturated hydrocarbons are preferred.
  • the polyether polymer obtained by the above method has a gel fraction of 5% by weight or less, preferably 3% or less, and most preferably 1% or less. If the gel content in the polyether polymer is too large, it becomes difficult to form a solid electrolyte film using the polymer, or the mechanical properties of the obtained solid electrolyte film deteriorate.
  • the gel component in the polyether polymer is a crosslinked product generated in the polyether polymer, and its content can be measured as a toluene-insoluble component.
  • the polyether polymer obtained by the above method preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 to 150,000, more preferably 150,000 to 100,000, and particularly preferably 200,000. 10,000 to 600,000. If the weight average molecular weight of the polyether polymer is too small, the flexibility and mechanical strength of the solid electrolyte film using the polyether polymer are reduced, and if the weight average molecular weight is too large, the ion of the solid electrolyte film is reduced. Conductivity may be reduced.
  • Mw weight average molecular weight
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn, where Mn is the number average molecular weight) of the polyether polymer is preferably 1.5 to 13, more preferably 1.6 to 12, and particularly preferably 1. 7 to 11.
  • an insoluble antioxidant and / or a soluble stabilizer are dispersed in a slurry in which a polyether polymer is dispersed in the above organic solvent.
  • the insoluble antioxidant used in the method of the present invention is generally used as an antioxidant for rubber, and has a molecular weight obtained by molecular chain scission at each stage of production, storage and processing of the polyether polymer composition.
  • the method is not particularly limited as long as it can suppress the decrease in water content and is insoluble in the organic solvent constituting the slurry.
  • Antioxidants meeting the above requirements include, for example, hinders such as 4,4'-thiopis (6-tert-butyl-m-cresol) and 4,4'butylidenebis (6-tert-butyl-m-cresol).
  • Amine-ketone antioxidants such as dophenol-based antioxidants; 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline polymer, 6-ethoxy-1,2-dihydro-2,2,4-trimethylquinoline; N-phen N-N-isopropyl-p-phenylenediamine, N, N'-Di-2-naphthyl-aromatic secondary amine-based antioxidants such as p-phenylenediamine; benzimidazoles such as 2-mercaptomethylbenzimidazole Antioxidants; and the like.
  • hindered phenol-based antioxidants are preferable from the viewpoint of the effect of suppressing molecular chain scission of the polyether polymer, and 4,4′-thiobis (6-tert-butyl-m-cresol), 4, 4 '' Butylidene bis
  • the insoluble antioxidants may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the antioxidant to be dispersed in the slurry is preferably 0.05 to 2% by weight, more preferably 0.07 to 1.5% by weight, and most preferably the total amount of the polyether polymer in the slurry. 0.1 to 1.2% by weight. If the amount of the antioxidant dispersed in the slurry is too small, the molecular weight of the polyether polymer may be easily reduced in the storage stage and the molding stage.
  • the soluble stabilizer used in the method of the present invention has an action of suppressing gelation at each stage of production, storage and processing of the polyether polymer composition.
  • the above-mentioned soluble stabilizer exhibits a remarkable gelation-inhibiting action.
  • the soluble stabilizer used in the method of the present invention is generally used as a rubber stabilizer, has an action of suppressing gelation, and is soluble in the organic solvent constituting the slurry. There is no particular limitation if it exists.
  • Preferred examples of the stabilizer satisfying the above requirements include salts of cyclic amidine, hindered phenol compounds, phosphite compounds, and fatty acids having 5 or more carbon atoms.
  • Specific examples of the cyclic amidine include 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane, 1,6-diazabicyclo (3,4,0) nonen-5,1,1,8-diazabicyclo (5,4,0) Pendene-1 and the like.
  • organic acid salts of these cyclic amidines such as oleic acid, octylic acid and 2-ethylhexanoic acid are used.
  • hindered phenol compounds include octadecyl 3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,6-di-t-butyl-p-cresol, and 4,6-bis ( Octylthiomethyl) 1-cresol, 2,6-di-t-butyl-4- (4,6-bis (octylthio) -1,3,5-triazine-2-ylamino) phenol, 2 , 2'-methylenebis (4-methyl-16-t-butylphenol), among which octadecyl-3- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate and 4,6-bis ( Octylthiomethyl) -o-cresol is preferred.
  • the phosphite-based compound examples include tridecyl phosphite, tris (nonylphenyl) phosphite and the like. Of these, tridecyl phosphite is preferred.
  • the fatty acid having 5 or more carbon atoms include myristic acid, palmitic acid, stearic acid, lauric acid, linoleic acid, and oleic acid, with myristic acid being preferred.
  • One of the above-mentioned soluble stabilizers may be used alone, or two or more may be used in combination.
  • the amount of the stabilizer dissolved in the slurry is preferably 0.05 to 2% by weight, more preferably 0.07 to 1.5% by weight, and most preferably the total amount of the polyether polymer in the slurry. Is from 0.1 to 1.2% by weight. If the amount of the stabilizer dissolved in the slurry is too small, the polyether polymer may be liable to gel at the storage stage and the molding stage.On the other hand, if the amount is too large, the polyether polymer composition may not be dissolved. The performance of a battery using the solid electrolyte film obtained by molding may be adversely affected.
  • the insoluble antioxidant and / or soluble stabilizer is added to the slurry as it is, It may be dispersed and / or dissolved.
  • the insoluble antioxidant is prepared by dissolving the antioxidant in a slurry by mixing a solution previously dissolved in a solvent in which the antioxidant is soluble with the slurry. Is preferred. Using this method, the antioxidant becomes finer particles and disperses in the slurry. In this method, an aromatic hydrocarbon such as toluene or xylene is used as the solvent in which the antioxidant is soluble.
  • the soluble stabilizer may be a mixture of a solution previously dissolved in an organic solvent and the slurry.
  • a solution in which both are dissolved in a solvent in which both are soluble is used in advance. You may mix with a slurry.
  • the slurry is preferably agitated.
  • the stirring is carried out at 0 to 80 ° C, preferably at 10 to 50 ° C, for 1 to 120 minutes, preferably for 5 to 60 minutes.
  • the polyether polymer and the antioxidant and / or the stabilizer An ether polymer composition can be obtained.
  • the removal of the organic solvent is performed by filtering the polymer slurry through a wire mesh or the like, collecting the polyether polymer particles dispersed in the slurry, and then heating and / or maintaining a reduced pressure. Is preferred.
  • the polymer is recovered in the form of particles, it is preferable to dry under reduced pressure at 30 to 45 ° C. If the temperature is too low, the solvent does not easily evaporate, and if the temperature is too high, the polymer particles may adhere to each other to form a lump.
  • the polyether polymer composition of the present invention includes the following two polyether polymer compositions (i) and (ii).
  • polyether polymer composition (i) A slurry in which a polyether polymer is dispersed in an organic solvent is dispersed by adding at least one selected from an antioxidant insoluble in the organic solvent and a stabilizer soluble in the organic solvent. Or a polyester polymer composition obtained by dissolving and then removing the organic solvent (hereinafter sometimes referred to as “polyether polymer composition (i)”).
  • polyether polymer composition which satisfies at least one of the following (1), (2) and (3) (hereinafter referred to as “polyether polymer composition”): (Ii) sometimes j);
  • the gel fraction of the polyether polymer is 5% by weight or less
  • the polyether polymer composition of the present invention comprises a polyether polymer composition (i) and a polyether polymer composition.
  • the polymer may have both properties of the terpolymer composition (ii).
  • the type of the polyether polymer In the polyether polymer composition (1), the type of the polyether polymer, its production method, the organic solvent of the slurry, the type of the antioxidant and the stabilizer, their dispersion method, and the organic solvent
  • the removal method and the like are the same as those in the above-described method for producing the polyether polymer composition of the present invention.
  • the polyester polymer is composed of polymer particles, and 50% by weight or more of the total amount of the antioxidant in the composition is: What adhere
  • the gel fraction of the polyether polymer is 5% by weight or less.
  • 50% by weight or more of the total amount of the stabilizer in the composition is present in the polyether polymer particles.
  • the particle diameter of the polyether polymer particles in the polyether polymer composition (i) and the polyether polymer composition (ii) is usually from 0.02 to 2 mm, preferably from 0.05 to 1 mm. Preferably it is 0.1 to 0.5 mm.
  • the amount of the antioxidant attached to the surface of the polyether polymer particles is preferably at least 70% by weight, more preferably at least 80% by weight, based on the total amount of the antioxidant in the composition.
  • Polyether Polymer As the adhesion ratio of the antioxidant to the particle surface increases, the molecular weight of the polyether polymer composition hardly decreases in the storage stage and the molding stage.
  • the amount of the antioxidant adhering to the surface of the polyether polymer particles was determined by washing the polyether polymer particles with getyl ether to elute the antioxidant adhering to the surface, and then irradiating the gel solution with ultraviolet light. The antioxidant concentration can be determined quantitatively through spectral analysis.
  • the content of the antioxidant in the polyether polymer composition (i) and the polyether polymer composition (ii) is preferably 0.05 to 2.0% by weight, more preferably 0.07% by weight. ⁇ 1.5% by weight, most preferably 0.1-1.2% by weight. If the content of the antioxidant is too small, the molecular weight of the polyether polymer may be easily reduced in the preservation stage or the molding stage. Conversely, if the content is too large, the solid obtained by molding the composition may be used. The performance of the battery using the electrolyte film may be adversely affected.
  • the amount of stabilizer present in the polyether polymer particles is preferably at least 70% by weight, more preferably at least 80% by weight of the total amount of stabilizer in the composition. As the proportion of the stabilizer present in the polyether polymer particles in the polyether polymer composition increases, the polyether polymer composition becomes less likely to gel during the storage stage and the molding stage.
  • the content of the stabilizer present in the polyether polymer particles can be determined by washing the polyether polymer composition with n-hexane and adding a stabilizer that adheres to the surface of the polyether polymer particles. The stabilizer, which is present independently outside the particles, is washed out and the weight of the polymer particles is measured. The coalesced particles are dissolved in water, the obtained solution is filtered, the weight of the stabilizer captured on the filter paper is measured, and the weight can be calculated from these measured values.
  • the content of the stabilizer in the polyether polymer composition (i) and the polyether polymer composition (ii) is preferably 0.05 to 2.0% by weight, more preferably 0.07 to It is 5% by weight, most preferably 0.1 to 1.2% by weight. If the content of the stabilizer is too small, the polyether polymer may be liable to gel at the storage stage or the molding stage. Conversely, if the content is too large, the solid electrolyte film obtained by molding the composition may be obtained. This may adversely affect the performance of the battery using the battery.
  • the polyether polymer composition (i) and the polyether polymer composition (ii) suppress the molecular weight reduction and Z or gelation of the polyether polymer during the preservation step, the molding step, and the like.
  • a film having excellent mechanical properties can be obtained even when formed into a film by a heat-melt molding method such as an extrusion molding method. Therefore, it is particularly suitable as a material for a solid electrolyte film.
  • the solid electrolyte film of the present invention comprises a polyether polymer composition selected from the above polyether polymer composition (and the polyester polymer composition (ii)), and a polyether polymer composition soluble in the polymer composition. It consists of an electrolyte salt compound.
  • the electrolyte salt compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound capable of moving a cation and is soluble in the polyether polymer composition used in the present invention.
  • electrolytic salt compound a halogen ion, perchlorate ion, Chioshian acid ion, 1, Riffle O b methanesulfonate ion (CF 3 S0 3 -), bis (triflate Ruo b methanesulfonyl Honiru) Imi Doion (N (CF 3 SO z) 2 -), bis (hepta full O b propylsulfonyl two Le) Imi Doion (N (C 2 F 5 S0 2) 2 -), triflate Ruo b sulfonic I Mi Doion, Tet Rafuruorohou periodate ion (BF 4 _), nitrate ion, as F 6 -, PF 6 primary, Sutearirusu sul
  • L i BF 4 L i PF 6, L i CF 3 S0 3, L i N (CF 3 S0 2) 2, L i N (C 2 F 5 S 0 2 ) 2 is more preferred.
  • electrolyte salt compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the electrolyte salt compound to be used for the polyester polymer is usually 0.001 to 5, preferably (the number of moles of alkali metal in the electrolyte salt compound) / (the total number of moles of ether oxygen in the polymer). Is an amount to be 0.005 to 3, more preferably 0.01 to 1. Large amount of electrolyte salt compound used Too If, lowered mechanical strength of the solid electrolyte film, a d contrary that may ionic conductivity decreases, the amount of the electrolyte salt compound is too small, the battery performance decreases ion conductivity of the solid electrolyte film May decrease.
  • the method of forming the above-mentioned polyether polymer composition into a film is as follows: (1) The above-mentioned polyester polymer composition and electrolyte salt compound are mixed in advance by a known method using a roll or a Banbury mixer. And (2) a method of molding all or a part of each of the above components while mixing them in an extruder, for example, during molding.
  • an extrusion molding method, a press molding method, an injection molding method, a solution casting method, or the like can be used.
  • the extrusion molding method is used in view of the surface smoothness and productivity of the solid electrolyte film. It is preferable to use the method.
  • the film is formed by an extrusion method, it is most preferable to use a die extrusion method using a twin screw extruder.
  • any method such as a method in which a crosslinking agent is blended with the polyether polymer composition and crosslinking is performed by heating or the like, or a method in which crosslinking is performed by active energy rays such as ultraviolet rays or electron beams, can be used. it can.
  • the solid electrolyte film of the present invention is preferably one crosslinked by ultraviolet light.
  • the thickness of the solid electrolyte film of the present invention is usually 1 to 200 m, preferably 2 to 100 ⁇ ⁇ , more preferably 5 to 30 im. If the thickness is too thin, manufacturing stability may be lacking. Conversely, if the thickness is too thick, ionic conductivity may decrease, and the output of a battery using the same may not be able to be increased.
  • the solid electrolyte film of the present invention can be suitably used as a solid electrolyte of a battery. More specifically, it can be used for an ion-conductive electrolyte membrane and a force sword film for batteries.
  • the type of battery to which the solid electrolyte film of the present invention can be applied is not particularly limited. Examples thereof include alkali metal batteries such as lithium, potassium, and sodium, and halogen salts such as zinc monochloride, magnesium silver chloride, and magnesium copper monochloride. Batteries, nickel-metal hydride batteries, and other small-sized conduction-type batteries. Among them, a high voltage and high energy lithium battery is preferable.
  • the most preferable form of the battery is a battery in which the electrolyte does not contain an electrolytic solution and is composed of only a solid polymer electrolyte.
  • the polymer composition of the polyether polymer, H- NMR and C 13 in 50 OMH z - was measured using NMR.
  • Mw and Mw / Mn were measured using gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
  • the polyether polymer composition is washed with n-hexane to remove the stabilizer attached to the surface of the polyether polymer particles and the stabilizer independently existing outside the particles, and to weigh the polymer particles. Then, the polymer particles are dissolved in water, the obtained solution is filtered, the weight of the stabilizer captured on the filter paper is measured, and the weight is calculated from these measured values.
  • the ratio of the amount of polyether polymer particle surface adhering to the total amount of antioxidant in the polyether polymer composition is determined by the following method. A specific amount of polyether polymer particles having an antioxidant attached to the surface is sampled, washed with a specific amount of getyl ether to wash out the antioxidant, and the oxidized solution dissolved in a UV spectrum of the getyl ether solution. Quantify the concentration of antioxidant and calculate the amount of antioxidant dissolved in a specific amount of getyl ether.
  • the storage stability can be determined by examining whether the molecular weight of the polyether polymer composition has been reduced after storage at 40 ° C for 70 hours, or the gel content after storage under a nitrogen atmosphere for 70 hours. It was evaluated by measuring the rate.
  • Processing stability can be determined by examining the molecular weight of the polyether polymer composition after kneading for 2 minutes at 60 ° C with Brabender, or at 60 ° C with Brabender. Evaluation was performed by measuring the gel fraction after kneading for 3 minutes.
  • the presence or absence of a decrease in molecular weight was determined by measuring the rate of decrease in reduced viscosity of the polyether polymer due to molecular chain cleavage.
  • the reduced viscosity of the polyether polymer was determined by dissolving 0.25 g of the polyether polymer composition in 100 g of toluene and measuring the solution falling time at 25 ° C using an Ubbelohde viscometer (Viscometer No. 1). It was measured and calculated by the following equation.
  • Ion conductivity is measured by the complex impedance method using an AC method with a voltage of 0.5 V and a frequency range of 5 Hz to 13 MHz, sandwiching a solid electrolyte film vacuum-dried at 30 ° C and ImmHg or less for 72 hours with a platinum electrode. did.
  • Slurry polymerization was carried out by using a known method using ethylene oxide and propylene oxide in n-hexane, and 90 mol% of ethylene oxide units (EO) and 10 mol% of propylene oxide units (PO) were used.
  • EO ethylene oxide units
  • PO propylene oxide units
  • a slurry of a polyether polymer (EO / PO) having a weight average molecular weight (Mw) of 350,000 and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 10.2 was obtained.
  • a 0.05 g gnil toluene solution of 4,4′-thiopis (3-methyl-6-tert-butylphenol) (Nocrack 300 manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.) was prepared, and the amount of the antioxidant was measured.
  • the solution was added to the slurry so that the content of the solution became 0.5% with respect to the polyether polymer, and the mixture was stirred at 30 ° C. for 30 minutes to precipitate an antioxidant.
  • the slurry was filtered through a wire mesh, and the particles of the polyester polymer captured on the wire mesh were dried under vacuum at 35 ° C. for 4 hours to obtain a polyether polymer composition.
  • the amount of the antioxidant in this composition was 0.45%, and almost all (90% or more) of the antioxidant was attached to the surface of the polyether polymer particles.
  • the storage stability and the processing stability of the polyether polymer composition were evaluated based on the presence or absence of a decrease in molecular weight. The results are shown in Table 1.
  • the type of antioxidant was changed to 4'4butylidene-bis- (6-tert-butyl-m-cresol) (Antage W-500, manufactured by Kawaguchi Chemical Co., Ltd.) and the amount added was changed to 0.4%. Otherwise, a polyether polymer composition was produced in the same manner as in Example 1. The amount of the antioxidant in this composition was 0.37%, of which almost all (90% or more) adhered to the surface of the polyether polymer particles.
  • Example 2 To the slurry obtained in Example 1 was added, as an antioxidant, octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-1-hydroxyphenyl) propionate (Ilganox 107, manufactured by Nippon Ciba Geigy Co., Ltd.) 6) was added so that the amount was 0.5% by weight based on the polyether polymer.
  • the antioxidant was completely dissolved in the slurry solvent (n-hexane). The slurry was stirred at 35 ° C. for 30 minutes, then the slurry was filtered through a wire mesh, and the polyether polymer particles captured on the wire mesh were dried under vacuum at 35 for 4 hours. A polyester polymer composition was obtained. The amount of the antioxidant in the composition was 0.15%, and hardly adhered to the surface of the polyether polymer particles.
  • Example 1 The polymer slurry obtained in Example 1 was filtered through a wire mesh without adding an antioxidant, and the particles of the polyether polymer captured on the wire mesh were dried under vacuum for 4 hours at 35, 0.5% by weight of 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol) powder based on the total amount of the polymer particles was added and mixed well to obtain a polyether polymer composition.
  • 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol) powder based on the total amount of the polymer particles was added and mixed well to obtain a polyether polymer composition.
  • Example 1 Nesting Example 2 1 tSC15 "J-tell 9 polyether polymer ⁇ / ⁇ EO / PO EO / PO EO / PO Slurry ⁇ xane n xan n xane ⁇ ⁇ hexane Antioxidant content 0.4 5% 0.37% 0.15% 0.5% Antioxidant surface adhesion rate 90% or more 90% or more
  • Polyether polymer composition consisting of polyether polymer particles mixed only with antioxidant powder, reduced viscosity due to molecular chain scission, even during long-term storage or kneading with a brand-bender (Comparative Example 2)
  • lithium bistrifluoromethyl sulfonylimidide was added, (mol number of lithium atom of electrolyte salt) / (oxygen atom of polyether polymer). (Molar number) to obtain a composition for solid electrolyte.
  • This composition was fed to a twin-screw extruder, and at a screw temperature of 80 and a rotation speed of 150 r pm, extruded at a die temperature of 1.55 ° C.
  • the obtained solid electrolyte film having a thickness of 20 m was excellent in mechanical strength without cracking or cutting even when wound on a roll at a maximum winding speed of 20 m / min.
  • the ion conductivity is 1 X 1 0- 5, showed excellent ionic conductivity.
  • slurry polymerization is carried out by a known method using ethylene oxide, propylene oxide and aryl glycidyl ether.
  • 1,8-diazapicyclo (5,4,0) pentacene 17 oleate (U-CAT SA No. 106 manufactured by Sun Abbott Co., Ltd.) was added in an amount of polyether. It was added so as to be 0.5% with respect to the polymer, and stirred at 30 ° C. for 30 minutes to dissolve the stabilizer. Next, the slurry was filtered through a wire mesh, and the particles of the polyether polymer captured on the wire mesh were dried under vacuum at 35 ° C. for 4 hours to obtain a polyether polymer composition. The gel fraction in the composition was measured to be 0.3% by weight based on the polyether polymer. Further, the amount of the stabilizer in the composition was 0.46%.
  • Example 4 The same as in Example 4, except that the type of stabilizer was tridecylphosphite (ADEKA KABUSHIKI KABUSHIKI KAISHA, Adekas Corp. 31010) and the amount added was 0.7%. A united composition was produced. The gel fraction in the composition was 0.1% by weight with respect to the polyester polymer. Further, the amount of the stabilizer in the composition was 0.65%.
  • the type of stabilizer was tridecylphosphite (ADEKA KABUSHIKI KABUSHIKI KAISHA, Adekas Corp. 31010) and the amount added was 0.7%.
  • a united composition was produced.
  • the gel fraction in the composition was 0.1% by weight with respect to the polyester polymer. Further, the amount of the stabilizer in the composition was 0.65%.
  • the polyether polymer composition produced using a stabilizer insoluble in the organic solvent in which the polyether polymer is insoluble was recovered from the slurry and dried by heating.
  • the polyether polymer composition of the present invention produced using a stabilizer soluble in n-hexane has a gel fraction of less than 5% by weight even when recovered from the slurry and dried by heating. Furthermore, it can be confirmed that the gel fraction hardly increases even after storage under nitrogen or kneading with a Blambender (Examples 4 and 5).
  • Lithium bistrifluoromethylsulfonilimide was added to 3,000 parts of the polyether polymer composition prepared in Example 4, and (mol number of lithium atom of electrolyte salt) / (oxygen atom of polyether polymer) ), And 3 parts of benzyldimethyl ketal as a photopolymerization initiator were added and mixed well to obtain a composition for a solid electrolyte.
  • This composition was fed to a twin-screw extruder, where the screw temperature was 80 ° C, the rotation speed was 150 rpm, and the die temperature was 15
  • the extruded film was continuously adhered to a polypropylene (PP) film and crosslinked by UV irradiation.
  • the solid electrolyte film with a thickness of 20 obtained by peeling off the solid electrolyte thin film on the PP film does not crack or break even when wound on a roll at a maximum winding speed of 20 m / min. The strength was excellent. Also, the ionic conductivity is
  • a 1 X 1 0- 5 showed excellent ionic conductivity.
  • Example 7 To the slurry of the polyether polymer (EO / PO / AGE) produced in Example 4, tridecyl phosphite (Adeka Stab 3010 manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) was added as a stabilizer in an amount based on the polyether polymer. 0.7%. Further, as an antioxidant, a 0.05 g / ml toluene solution of, 4-thiopis (3-methyl-1-tert-butylphenol) (Nocrack 300 manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.) was prepared, and the antioxidant was prepared. The solution was added to the slurry such that the amount was 0.5% based on the polyether polymer.
  • the stabilizer was dissolved by stirring at 30 ° C for 30 minutes, and the antioxidant was precipitated. Next, the slurry was filtered through a wire mesh, and the particles of the polyester polymer captured on the wire mesh were dried under vacuum at 35 ° C. for 4 hours to obtain a polyether polymer composition.
  • the amount of the antioxidant in this composition was 0.46%, of which almost all (90% or more) adhered to the surface of the polyether polymer particles.
  • the gel fraction in this composition was measured to be 0% by weight based on the polyether polymer.
  • the amount of the stabilizer in the composition was 0.67%.
  • the storage stability and processing stability of the polyether polymer composition were evaluated by measuring the presence or absence of a decrease in molecular weight and measuring the gel fraction. The results were as follows.
  • the polyether polymer composition of the present invention produced by using the antioxidant insoluble in n-hexane and the soluble stabilizer together showed 90% or more of the antioxidant added to the slurry. It remains in the composition, and more than 90% of the remaining antioxidant adheres to the surface of the polyether polymer particles.
  • the reduced viscosity does not decrease due to molecular chain scission, and only slightly decreases during kneading with a Blambender.
  • the gel fraction does not increase even when the slurry is recovered from the slurry and heated and dried, and then stored under nitrogen, and the gel fraction hardly increases even when kneading with a blender. Can be confirmed. Industrial applicability
  • the polyether polymer composition obtained by the method of the present invention is stored for a long period of time as a material for a solid electrolyte film, or when it is formed into a film by extrusion or the like, the molecular weight obtained by molecular chain cleavage is used. Since no deterioration occurs and no gelation occurs, a solid electrolyte film having excellent mechanical properties and ion conductivity can be provided.
  • the solid electrolyte film of the present invention can be suitably used as a solid electrolyte of a battery. More specifically, it can be used for an ion-conductive electrolyte membrane, a cathode film, an anode film and the like for a battery.

Abstract

ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、該有機溶媒に不溶の酸化防止剤および/または可溶の安定剤を加えて分散または溶解し、次いで、該有機溶媒を除去することによりポリエーテル重合体組成物を製造する方法。ポリエーテル重合体粒子ならびに、該重合体粒子が不溶な有機溶媒に不溶の酸化防止剤および/または可溶の安定剤を含有してなり、次の(1)、(2)および(3)の少なくとも1つを満足するポリエーテル重合体組成物;(1)該酸化防止剤の大部分が重合体粒子の表面に付着している、(2)ポリエーテル重合体のゲル分率が5重量%以下である、(3)該安定剤の大部分が重合体粒子中に存在している。上記の製造方法により得られるポリエーテル重合体組成物、および上記(1)、(2)および(3)の少なくとも1つを満足するポリエーテル重合体組成物は、機械的特性に優れた固体電解質フィルムを与える。

Description

ポリエーテル重合体組成物の製造方法、 ポリエーテル重合体組成物および固体電 解質:
技術分野
本発明は、 ポリエーテル重合体と酸化防止剤とからなる組成物およびその製造方法、 な らびに該組成物を成形してなる固体電解質フィルムに関する。 背景技術
ポリエチレンォキシドゃポリプロピレンォキシドなどのポリエーテル重合体は、 電解質 塩化合物を配合すると高いイオン伝導性を示すため、 高分子固体電解質として好適である ことが知られている。 特にリチウムイオン電池などにはポリエーテル重合体を材料とする 高分子固体電解質フィルムが用いられている。
例えば、 特開昭 6 3— 1 3 6 4 0 7号公報には、 エチレンォキシド—プロピレンォキシ ド共重合体にアルカリ金属塩を配合してイオン伝導性固体電解質に応用する試みが既に提 案されている。 そして実際に、 エチレンォキシド—プロピレンォキシド共重合体と、 L i C F 3 S 0 3とをァセトニトリルに溶解してキャストし、 不活性ガス気流中および減圧下で ァセトニトリルを除去して得られたフィルムが、 高いイオン伝導度を示すことが報告され ている。
ところで、 近年のポリマー電池の普及に伴い、 高分子固体電解質フィルムも工業的に効 率よく生産する必要がある。 しかし、 ポリエーテル重合体は、 一般的に分子鎖切断による 分子量低下が起き易い材料であるため、 例えば押出成形法によりフィルムを成形する際、 成形材料としてのポリエーテル重合体を保存する際、 さらには該重合体を成型する際に、 分子量が低下し、 機械的強度が十分なフィルムを得るのが困難であった。 そこで、 この問 題を解決すべく、 本発明者らは、 成形の際にポリエーテル重合体に酸化防止剤を添加して 押出成形法によるフィルムの成形を試みたが、 分子量低下を十分に抑制することができな 力、つた。
また、 エチレンォキシドープロピレンォキシド共重合体に、 ァリルグリシジルエーテル を共重合させて、 パーオキサイドで架橋させることにより、 イオン伝導性に加えて柔軟性 などの機械的強度も改良されたフィルムが得られることが、 例えば特開 2 0 0 0 - 1 2 3 6 3 2号公報に報告されている。 しかし、 本発明者らの検討によると、 このポリエーテル 重合体は、 押出成形法などによりフィルムに成形しょうとした場合、 成形前の保存段階な どで既に一部架橋してゲル化を起こして成形困難になったり、 仮に成形できても機械的特 性が低下したりするなどの問題があつた。 発明の開示 ' 本発明の目的は、 固体電解質フィルム用の成形材料として、 長期間保存する場合や、 押 出成形法などでフィルムに成形加工する場合のいずれにおいても、 分子鎖切断により分子 量が低下せず、 または、 容易にゲル化しないポリエーテル重合体組成物、 それを得るのに 好適な製造方法、 および、 該組成物を成形して得られる、 機械的特性およびイオン伝導性 に優れた固体電解質フィルムを提供することにある。
本発明者らは、 前記目的を達成すべく、 ポリエーテル重合体への酸化防止剤の配合方法 について鋭意検討を重ねてきた。 その結果、 ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してな るスラリーに、 前記有機溶媒に不溶の酸化防止剤を分散させ、 次いで前記有機溶媒を除去 することにより得られるポリエーテル重合体組成物は、 長期間保存しても、 さらには押出 成形法などでフィルムに成形しても分子量低下が起きないことを見出した。 また、 ポリエ —テル重合体への安定剤の配合方法についても検討を重ねてきた。 その結果、 ポリェ一テ ル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に可溶の安定剤を溶解し、 次 いで前記有機溶媒を除去することにより得られるポリエーテル重合体組成物は、 長期間保 存時および押出成形法などによるフィルムへの成形時に、 ゲル化が起きないことを見出し た。 さらに、 上記のように酸化防止剤および/または安定剤を配合して得られる重合体組 成物を用いて製造した固体電解質フィルムは、 優れた機械的特性およびイオン伝導性を示 すことを見出し、 これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。
かくして、 本発明によれば、 第 1に、 ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるス ラリーに、 該有機溶媒に不溶の酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ば れた少なくとも一種を加えて分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去することを 特徴とするポリエーテル重合体組成物の製造方法が提供される。
第 2に、 ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不溶 の酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を加えて 分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去して得られることを特徴とするポリエー テル重合体組成物が提供される。
第 3に、 ポリエーテル重合体粒子および、 該重合体粒子が不溶な有機溶媒に不溶の酸化 防止剤およぴ該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を含有してなる ポリエーテル重合体組成物であって、 次の (1 ) 、 (2 ) および (3 ) の少なくとも 1つ を満足することを特徴とするポリエーテル重合体組成物;
( 1 ) 該酸化防止剤の全量の 5 0重量%以上がポリエーテル重合体粒子の表面に付着し ている、
( 2 ) ポリエーテル重合体のゲル分率が 5重量%以下である、
( 3 ) 該安定剤の全量の 5 0重量%以上がポリエーテル重合体粒子中に存在している。 さらに、 第 4に、 上記第 2または第 3のポリエーテル重合体組成物、 および該重合体組 成物に可溶の電解質塩化合物からなる固体電解質フィルムが提供される。 発明を実施するための最良の形態
(ポリエーテル重合体組成物の製造方法)
本発明の、 ポリエーテル重合体組成物の製造方法は、 ポリエーテル重合体が有機溶媒に 分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不溶の酸化防止剤およぴ該有機溶媒に可溶の安定 剤の中から選ばれた少なくとも一種を加えて分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を 除去することを特徴とする。
上記ポリエーテル重合体は、 ォキシアルキレン繰り返し単位を主構造単位とする重合体 であれば格別限定されない。 このポリエーテル重合体は、 該重合体が不溶な有機溶媒中で ォキシラン単量体をスラリー重合することにより効率よく調製することができ、 そして、 スラリー重合により生成する重合体スラリーは、 そのまま、 「ポリエーテル重合体が有機 溶媒に分散してなるスラリー」 として、 本発明の、 ポリエーテル重合体組成物の製造方法 に用いることができる。
スラリー重合に用いるォキシラン単量体の種類は特に限定されないが、 重合に用いるォ キシラン単量体の少なくともその一成分として、 エチレンォキシド単量体 (a ) を用いる ことが好ましい。 より具体的には、 ォキシラン単量体は、 エチレンォキシド単量体 (a ) 7 0〜 9 9モル%と、 エチレンォキシドと共重合可能なォキシラン単量体 (b ) 3 0〜 1 モル%とからなる単量体混合物であることが好ましい。
ォキシラン単量体中のエチレンォキシド単量体 (a ) の量が少なすぎると、 該ォキシラ ン単量体混合物を重合して得られるポリエーテル重合体を用いて製造した固体電解質フィ ルムの機械的強度が不足し、 逆に、 多すぎると該固体電解質フィルムのイオン伝導度が低 下して電池特性が低下する恐れがある。
エチレンォキシドと共重合可能なォキシラン単量体 (b ) としては、 炭素数 3 ~ 2 0の アルキレンォキシド、 炭素数 4〜 1 0のグリシジルエーテル、 芳香族ビエル化合物のォキ シド、 および、 これらのォキシラン単量体に架橋性基を導入した架橋性ォキシラン単量体 などが挙げられる。
エチレンォキシドと共重合可能なこれらのォキシラン単量体 (b ) は、 1種のみを用い ても、 2種以上を組み合わせて用いてもよい。 本発明においては、 ォキシラン単量体 (b ) として、 炭素数 3〜2 0のアルキレンォキシドまたは Zおよび炭素数 4〜 1 0のグリシジ ルエーテルを、 少なくともその一成分に用いるのが好ましく、 中でも、 炭素数 3〜 2 0の アルキレンォキシドを用いるのが最も好ましい。 炭素数 3〜2 0のアルキレンォキシドの 具体例としては、 プロピレンォキシド、 1 , 2—エポキシブタンなどが挙げられる。 本発明方法においては、 必要に応じて、 上記のォキシラン単量体 (b ) の少なくとも一 成分に、 架橋性ォキシラン単量体を用いてもよい。 得られるポリエーテル重合体組成物を 電池用のイオン電導性電解質膜として用いる場合は、 架橋性ォキシラン単量体を用いるこ とが好ましい。 架橋性ォキシラン単量体としては、 上記の、 炭素数 3〜2 0のアルキレン ォキシド、 炭素数 4 ~ 1 0のグリシジルエーテルなどのォキシラン単量体に架橋性基を導 入した単量体が用いられる。 特に、 ビエル基、 水酸基および酸無水物基などの、 光または パーォキサイドで架橋し得る架橋性基を有する架橋性ォキシラン単量体が好ましく、 その 中でも、 ビニル基を有するォキシラン単量体が最も好ましい。
ビエル基を有する架橋性のォキシラン単量体としては、 例えば、 エチレン性不飽和ダリ シジルエーテル、 ジェンまたはポリェンのモノエポキシド、 アルケニルエポキシドおよび エチレン性不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類などが挙げられる。 中でも、 ェチレ ン性不飽和ダリシジルエーテルが最も好ましい。 エチレン性不飽和グリシジルエーテルの 具体例としては、 ピニルグリシジルエーテル、 ァリルダリシジルェ一テルなどが挙げられ る。
さらに、 本発明においては、 上記の光またはパ一オキサイ ドで架橋し得る架橋性ォキシ ラン単量体に加えて、 ェピクロルヒドリン、 ェピブ口モヒドリンなどのハロゲン原子を有 するォキシラン単量体 (ェピ八ロヒドリン) を併用してもよい。
本発明に用いるォキシラン単量体 (b ) が、 架橋性ォキシラン単量体、 特に上記の光ま たはパ一ォキサイドで架橋し得る架橋性ォキシラン単量体を含有すると、 得られるポリエ 一テル重合体の、 紫外線や熱による架橋が容易になる。 ォキシラン単量体 (b ) が架橋性 ォキシラン単量体を含有する場合、 その量は、 通常 9モル%以下、 好ましくは 7モル%以 下、 より好ましくは 5モル%以下とする。
スラリー重合に用いる重合触媒としては、 公知の開環重合触媒を用いることができる。 そのような開環重合触媒の具体例としては、 有機アルミニウムに水とァセチルアセトンと を反応させた触媒 (特公昭 3 5 - 1 5 7 9 7号公報) 、 トリイソブチルアルミニウムにリ ン酸とトリェチルァミンとを反応させた触媒 (特公昭 4 6— 2 7 5 3 4号公報) 、 トリイ ソブチルアルミニウムにジァザビアシクロウンデセンの有機酸塩とリン酸とを反応させた 触媒 (特公昭 5 6 - 5 1 1 7 1号公報) などが挙げられるが、 中でも、 トリイソプチルァ ルミ二ゥムにジァザビアシクロウンデセンの有機酸塩とリン酸とを反応させて得られる触 媒を用いると、 ゲル分の生成が少なくなるので好ましい。
ポリエーテル重合体を分散させる有機溶媒は、 該ポリエーテル重合体が不溶な有機溶媒 であれば限定はないが、スラリー重合によりポリエーテル重合体を得る場合には、さらに、 前述のォキシラン単量体が溶解し、 且つ、 重合触媒を失活させず、 生成するポリエーテル 重合体が析出する有機溶媒が好ましい。 このような有機溶媒としては、 例えば、 n—ペン タン、 n—へキサンなどの鎖状飽和炭化水素; シクロペンタン、 シクロへキサンなどの脂 環式炭化水素; などが挙げられ、 これらの中でも、 鎖状飽和炭化水素が好ましい。
これらの有機溶媒中で、 前述のォキシラン単量体を公知の方法でスラリ一重合すると、 ポリエーテル重合体が上記有機溶媒に分散してなる、 ポリエーテル重合体のスラリ一が得 られる。
上記方法で得られるポリエーテル重合体は、 ゲル分率が 5重量%以下、 好ましくは 3 % 以下、 最も好ましくは 1 %以下である。 ポリエーテル重合体中のゲル分が多すぎると、 該 重合体を用いて固体電解質フィルムを成形するのが困難になったり、 得られる固体電解質 フィルムの機械的特性が低下したりする。 なお、 ポリエーテル重合体中のゲル分とは、 ポ リエーテル重合体中に生成する架橋物であり、 トルエン不溶分としてその含有量を測定す ることができる。
また、 上記方法で得られるポリエーテル重合体は、 その重量平均分子量 (Mw) が好ま しくは 1 0万〜 1 5 0万、 より好ましくは 1 5万〜 1 0 0万、 特に好ましくは 2 0万〜 6 0万である。 ポリエーテル重合体の重量平均分子量が小さすぎると、 これを用いた固体電 解質フィルムの柔軟性および機械的強度が低下し、逆に、重量平均分子量が大きすぎると、 該固体電解質フィルムのイオン伝導性が低下するおそれがある。
さらに、 ポリエーテル重合体の分子量分布 (Mw/M n , ここで M nは数平均分子量) は、 好ましくは 1 . 5〜 1 3、 より好ましくは 1 . 6〜 1 2、 特に好ましくは 1 . 7〜 1 1である。
本発明方法においては、 ポリエーテル重合体が上記有機溶媒に分散してなるスラリーに 不溶性酸化防止剤および/または可溶性安定剤を分散させる。 本発明方法に用いる不溶性酸化防止剤は、 ゴムの酸化防止剤として一般的に用いられて いるものであり、 上記ポリエーテル重合体組成物の製造、 保存および加工それぞれの段階 における分子鎖切断による分子量の低下を抑制し得るものであって、 かつ、 スラリーを構 成する有機溶媒に不溶のものであれば特に限定されない。
上記要件を満たす酸化防止剤としては、 例えば、 4, 4 ' ーチオピス (6— t e r t— プチルー m—クレゾール) 、 4、 4 ' ーブチリデン ビス (6— t e r t—プチルー m—ク レゾ一ル) などのヒンダードフエノール系酸化防止剤; 2, 2, 4—トリメチルー 1, 2 ージヒドロキノリン重合物、 6—エトキシー 1, 2—ジヒドロー 2, 2, 4—トリメチル キノリンなどのアミンーケトン系酸化防止剤; N—フエ二ルー N' —イソプロピル— p— フエ二レンジァミン、 N, N' —ジー 2—ナフチルー ρ〜フエ二レンジァミンなどの芳香 族第二級ァミン系酸化防止剤; 2—メルカプトメチルベンズイミダゾールなどのベンズィ ミダゾール系酸化防止剤; などが挙げられる。 これらの中でも、 ポリエーテル重合体の分 子鎖切断の抑制効果という観点より、ヒンダードフエノール系酸化防止剤が好ましく、 4 , 4 ' ーチォビス (6— t e r t—ブチル—m—クレゾール) 、 4、 4' ーブチリデン ビス
(6 - t e r t—プチルー m—クレゾール) が特に好ましい。
上記不溶性酸化防止剤は、 1種のみを単独で用いても、 または、 2種以上を組み合わせ て用いてもよい。 スラリーに分散させる酸化防止剤の量は、 スラリー中のポリエーテル重 合体全量に対して、 好ましくは 0. 05〜2重量%、 より好ましくは 0. 07〜1. 5重 量%、 最も好ましくは 0. 1~1. 2重量%である。 スラリーに分散させる酸化防止剤の 量が少なすぎると、 ポリエーテル重合体が保存段階および成形段階で分子量低下を生じ易 くなるおそれがある。 _ 本発明方法に用いる可溶性安定剤は、 上記ポリエーテル重合体組成物の製造、 保存およ び加工それぞれの段階におけるゲル化を抑制する作用を示す。 特に、 電池用のイオン電導 性固体電解質膜として好適な、 架橋性のォキシラン単量体を共重合せしめたポリエーテル 重合体においては、 上記可溶性安定剤は、 顕著なゲル化抑制作用を示す。 本発明方法に用 いる可溶性安定剤は、 ゴムの安定剤として一般的に用いられているものであり、 ゲル化を 抑制する作用を示し、 かつ、 スラリーを構成する有機溶媒に可溶のものであれば特に限定 されない。
上記要件を満たす安定剤の好ましい例としては、 環状アミジンの塩、 ヒンダードフエノ ール系化合物、 亜リン酸エステル系化合物および炭素数 5以上の脂肪酸が挙げられる。 環状アミジンの具体例としては、 1, 4ージァザビシクロ (2, 2, 2) オクタン、 1, 6—ジァザビシクロ (3, 4, 0) ノネンー 5、 1, 8—ジァザビシクロー (5, 4, 0) ゥンデセン一 7などが挙げられる。 本発明においては、 これらの環状アミジンの、 ォレイ ン酸、 ォクチル酸および 2—ェチルへキサン酸などの有機酸塩を用いる。 中でも、 1, 8 ージァザビシクロー (5 , 4, 0 ) ゥンデセン一 7のォレイン酸塩を用いるのが好ましい。 ヒンダードフエノール系化合物の具体例としては、 ォクタデシルー 3— (3 , 5—ジー t一プチルー 4—ヒドロキシフエニル) プロピオネート、 2, 6—ジ— t—プチルー p— クレゾール、 4, 6—ビス (ォクチルチオメチル) 一 0—クレゾ一ル、 2 , 6——ジ— t— プチル—4— ( 4, 6—ビス (ォクチルチオ) 一 1, 3 , 5—トリアジンー 2—ィルアミ ノ) フエノール、 2 , 2 '—メチレンビス (4一メチル一 6— t—ブチルフエノール) な どが挙げられ、 中でも、 ォクタデシル— 3— (3, 5—ジー t一プチルー 4ーヒドロキシ フエニル) プロピオネートおよび 4, 6—ビス (ォクチルチオメチル) - o—クレゾール が好ましい。
亜リン酸エステル系化合物の具体例としては、 トリデシルホスファイト、 トリス (ノニ ルフエニル) ホスファイ トなどが挙げられ、 中でもトリデシルホスフアイ 卜が好ましい。 炭素数 5以上の脂肪酸としては、 ミリスチン酸、 パルミチン酸、 ステアリン酸、 ラウり ン酸、 リノール酸、 ォレイン酸などが挙げられ、 中でもミリスチン酸が好ましい。
上記可溶性安定剤は、 1種のみを単独で用いても、 または、 2種以上を組み合わせて用 いてもよい。 スラリーに溶解させる安定剤の量は、 スラリー中のポリエーテル重合体全量 に対して、 好ましくは 0 . 0 5〜2重量%、 より好ましくは 0 . 0 7〜1 . 5重量%、 最 も好ましくは 0 . 1〜1 . 2重量%である。 スラリーに溶解させる安定剤の量が少なすぎ ると、 ポリエーテル重合体が保存段階および成形段階でゲル化を生じ易くなるおそれがあ り、 逆に、 多すぎると、 ポリエーテル重合体組成物を成形して得られる固体電解質フィル ムを用いた電池の性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
ポリエーテル重合体のスラリーに前記不溶性酸化防止剤および/または可溶性安定剤を 分散およびノまたは溶解させる方法としては、 該スラリーに不溶性酸化防止剤および/ま たは可溶性安定剤をそのまま添加して、 分散および/または溶解させてもよい。 しかしな がら、 不溶性酸化防止剤は、 該酸化防止剤が可溶な溶媒に予め溶解させた溶液と、 前記ス ラリーとを混合することにより、 スラリー中で酸化防止剤を析出させて分散させる方法が 好ましい。 この方法を用いると、 酸化防止剤がより細かい粒子となってスラリー中に分散 する。 なお、 この方法において、 酸化防止剤が可溶な溶媒としては、 ^えば、 トルエンや キシレンなどの芳香族炭化水素を用いる。 可溶性安定剤も、 予め有機溶媒に溶解させた溶 液と、 前記スラリーとを混合させてもよい。 また、 不溶性酸化防止剤と可溶性安定剤の両 者を共に用いる場合は、 予め、 これら両者が可溶な溶媒に両者を溶解させた溶液と、 前記 スラリーとを混合させてもよい。
酸化防止剤を分散させ、 および または、 安定剤を溶解させた後、 該スラリーを好まし くは撹拌する。 撹拌は、 0〜8 0 °C、 好ましくは 1 0〜5 0 °Cにて、 1〜1 2 0分、 好ま しくは 5〜6 0分行う。
このようにして酸化防止剤が分散し、 および/または、 安定剤が溶解した重合体スラリ 一から有機溶媒を除去することにより、 ポリエーテル重合体と酸化防止剤および/または 安定剤とからなるポリエーテル重合体組成物を得ることができる。 有機溶媒の除去は、 重 合体スラリーを金網などで濾過して、 該スラリー中に分散しているポリエーテル重合体粒 子を回収し、 次いで、 加熱および/または減圧状態に保持する方法によって行うのが好ま しい。 重合体を粒子状のまま回収する場合には、 3 0〜4 5 °Cで減圧乾燥するのが好まし い。 温度が低すぎると溶媒が蒸発し難く、 温度が高すぎるとポリマ一粒子同士が固着して 塊になるおそれがある。
(ポリエーテル重合体組成物)
本発明のポリエーテル重合体組成物には、次の 2つのポリエーテル重合体組成物( i ), ( i i ) が含まれる。
( i ) ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不溶の 酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を加えて分 散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去して得られることを特徴とするポリェ一テ ル重合体組成物 (以下、 「ポリエーテル重合体組成物 ( i ) 」 ということがある) 。
( i i ) ポリエーテル重合体粒子および、 該重合体粒子が不溶な有機溶媒に不溶の酸化 防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を含有してなる ポリエーテル重合体組成物であって、 次の (1 ) 、 (2 ) および (3 ) の少なくとも 1つ を満足することを特徴とするポリエーテル重合体組成物 (以下、 「ポリエーテル重合体組 成物 ( i i ) j ということがある) ;
( 1 ) 該酸化防止剤の全量の 5 0重量%以上がポリエーテル重合体粒子の表面に付着し ている、
( 2 ) ポリエーテル重合体のゲル分率が 5重量%以下である、
( 3 ) 該安定剤の全量の 5 0重量%以上がポリエ一テル重合体粒子中に存在している。 本発明のポリエーテル重合体組成物は、 ポリエーテル重合体組成物 ( i ) およびポリエ
—テル重合体組成物 ( i i ) の両者の特性を兼備するものであってもよい。
ポリエーテル重合体組成物(1 ) における、 ポリエーテル重合体の種類、その製造方法、 スラリーの有機溶媒、 酸化防止剤および安定剤の種類、 それらの分散方法および有機溶媒 の除去方法などは、 前述の本発明のポリエーテル重合体組成物の製造方法におけるものと 同一である。
ポリエーテル重合体組成物 U ) は、 不溶性酸化防止剤を含むものにおいては、 ポリエ 一テル重合体が重合体の粒子からなり、該組成物中の酸化防止剤全量の 5 0重量%以上が、 前記ポリエーテル重合体粒子の表面に付着しているものが好ましい。 また、 ポリエーテル 重合体組成物 ( i ) は、 可溶性安定剤を含むものにおいては、 ポリエーテル重合体のゲル 分率が 5重量%以下であるものが好ましく、 また、 ポリエーテル重合体が重合体の粒子か らなり、 該組成物中の安定剤全量の 5 0重量%以上が、 前記ポリエーテル重合体粒子中に 存在しているものが好ましい。
ポリエーテル重合体組成物 ( i ) およびポリエーテル重合体組成物 ( i i ) におけるポ リエーテル重合体粒子の粒子径は、 通常、 0 . 0 2〜2 mm、 好ましくは 0 . 0 5〜 l m m、 より好ましくは 0 . 1〜0 . 5 mmである。
ポリエーテル重合体粒子表面への酸化防止剤の付着量は、組成物中の酸化防止剤全量の、 好ましくは 7 0重量%以上、 より好ましくは 8 0重量%以上である。 ポリエーテル重合体 粒子表面への酸化防止剤の付着割合が大きくなるに伴い、 ポリエーテル重合体組成物は、 保存段階および成形段階において分子量低下を起こし難くなる。 なお、 ポリエーテル重合 体粒子表面への酸化防止剤の付着量は、 ポリエーテル重合体粒子をジェチルエーテルで洗 浄して表面に付着した酸化防止剤を溶出し、 そのジェチルェ一テル溶液を紫外線スぺクト ル分析にかけて酸化防止剤濃度を定量して求めることができる。
ポリエーテル重合体組成物 ( i ) およびポリエーテル重合体組成物 ( i i ) 中の酸化防 止剤の含有量は、 好ましくは 0 . 0 5〜2 . 0重量%、 より好ましくは 0 . 0 7〜 1 . 5 重量%、 最も好ましくは 0 . 1〜 1 . 2重量%である。 酸化防止剤の含有量が少なすぎる と、 ポリエーテル重合体が、 保存段階や成形段階でその分子量が低下し易くなるおそれが あり、 逆に、 多すぎると該組成物を成形して得られる固体電解質フィルムを用いた電池の 性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
ポリエーテル重合体粒子中に存在する安定剤の量は、 組成物中の安定剤全量の、 好まし くは 7 0重量%以上、 より好ましくは 8 0重量%以上である。 ポリエーテル重合体組成物 中のポリエーテル重合体粒子中に存在する安定剤の割合が大きくなるに伴い、 ポリエーテ ル重合体組成物は、 保存段階および成形段階においてゲル化を起こし難くなる。 なお、 ポ リエーテル重合体粒子中に存在している安定剤の含有量は、 ポリエーテル重合体組成物を n—へキサンで洗浄して、 ポリエーテル重合体粒子表面に付着する安定剤や、 該粒子の外 部に独立して存在する安定剤を洗い流して該重合体粒子の重量を測定し、 次いで、 前記重 合体粒子を水に溶解し、 得られた溶液を濾過し、 濾紙上に捕捉された安定剤の重量を測定 して、 これらの測定値から算出することができる。
ポリエーテル重合体組成物 ( i) およびポリエーテル重合体組成物 ( i i) 中の安定剤 の含有量は、好ましくは 0. 05〜2. 0重量%、より好ましくは 0. 07〜; L. 5重量%、 最も好ましくは 0. 1〜1· 2重量%である。 安定剤の含有量が少なすぎると、 ポリエー テル重合体が、 保存段階や成形段階でゲル化を起こし易くなるおそれがあり、 逆に、 多す ぎると該組成物を成形して得られる固体電解質フィルムを用いた電池の性能に悪影響を及 ぼすおそれがある。
これらのポリエーテル重合体組成物( i )およびポリエーテル重合体組成物( i i ) は、 保存段階、 成形加工段階などにおいて、 ポリエーテル重合体の分子量低下および Zまたは ゲル化が抑制されるため、 特に、 押出成形法などの加熱溶融成形法によりフィルム状に成 形しても、 機械的特性に優れるフィルムが得られる。 よって、 特に固体電解質フィルムの 材料として好適である。
(固体電解質フィルム)
本発明の固体電解質フィルムは、 上記ポリエーテル重合体組成物 ( およびポリエ 一テル重合体組成物 ( i i) の中から選ばれたポリエーテル重合体組成物、 および該重合 体組成物に可溶の電解質塩化合物からなる。
本発明で用いる電解質塩化合物は、 陽イオンを移動させ得る化合物であって、 本発明に 用いるポリエーテル重合体組成物に可溶のものであれば特に限定されない。 このような電 解質塩化合物の具体例としては、ハロゲンイオン、過塩素酸イオン、チォシアン酸イオン、 1、リフルォロメタンスルホン酸イオン (CF3S03— ) 、 ビス (トリフルォロメタンスル ホニル) イミ ドイオン (N (CF3SOz) 2— ) 、 ビス (ヘプタフルォロプロピルスルホ二 ル) イミ ドイオン (N (C2F5S02) 2 -) 、 トリフルォロスルホンィミ ドイオン、 テト ラフルォロホウ素酸イオン (BF4_) 、 硝酸イオン、 As F6—、 PF6一、 ステアリルス ルホン酸イオン、 ォクチルスルホン酸イオンなどの陰イオンと、 L i、 Na、 K、 Rb、 C sなどの金属の陽イオンとからなる塩が挙げられる。 中でも、 特に、 リチウムポリマー 電池の固体電解質に用いる場合には、 L i B F4、 L i P F6、 L i CF3S03、 L i N (C F3S02) 2、 L i N (C2 F 5 S 02) 2がより好ましい。
これら電解質塩化合物は単独で用いても、 または、 2種以上を併用してもよい。 ポリエ 一テル重合体に対する電解質塩化合物の使用量は、 (電解質塩化合物中のアル力リ金属の モル数) / (重合体中のエーテル酸素の総モル数) が通常 0. 001〜5、 好ましくは 0. 005〜3、 より好ましくは 0. 01〜 1となる量である。 電解質塩化合物の使用量が多 すぎると、 固体電解質フィルムの機械的強度が低下したり、 イオン伝導性が低下する場合 がある d 逆に、 電解質塩化合物の量が少なすぎると、 固体電解質フィルムのイオン伝導性 が低くなり電池性能が低下することがある。
上記ポリエーテル重合体組成物をフィルム状にする方法としては、 (1 ) 上記のポリエ 一テル重合体組成物および電解質塩化合物を、 予め、 ロールやバンバリ一ミキサーなどに より公知の方法で混合してから成形する方法、 (2 ) 上記各成分の全部または一部を、 成 形の際に、 例えば押出機中で混合しながら成形する方法、 のいずれを採ることもできる。 成形法としては、 押出成形法、 プレス成形法、 射出成形法および溶液キャスト法などを 用いることができるが、 本発明においては、 固体電解質フィルムの表面平滑性、 生産性な どの観点より、 押出成形法を用いるのが好ましい。 また、 押出成形法によりフィルム成形 を行う場合は、 二軸押出機を用いたダイ押出法によるのが最も好ましい。
上記方法で得られたフィルムは、 必要に応じて架橋させることにより、 柔軟性や機械的 強度などの機械的特性をより向上させることができる。 架橋の方法としては、 ポリエーテ ル重合体組成物に架橋剤を配合し、 加熱などの方法で架橋する方法、 紫外線や電子線など の活性エネルギー線で架橋する方法など、 いずれの方法を採ることもできる。 本発明の固 体電解質フィルムは、 紫外線により架橋したものであることが好ましい。
本発明の固体電解質フィルムは、 その厚みが、 通常 l〜2 0 0 m、 好ましくは 2〜1 0 0 β τ , より好ましくは 5〜3 0 i mである。 厚さが過度に薄いと製造の安定性に欠け るおそれがあり、 逆に、 過度に厚いとイオン伝導性が低下して、 それを用いた電池の出力 を上げられない可能性がある。
本発明の固体電解質フィルムは、 電池の固体電解質として好適に用いることができる。 より具体的には、 電池用の、 イオン伝導性電解質膜および力ソードフィルムなどに用いる ことができる。
本発明の固体電解質フィルムを適用できる電池の種類は特に限定されないが、 例えば、 リチウム、 カリウム、 ナトリウムなどのアルカリ金属系電池、 亜鉛一塩化銀、 マグネシゥ ムー塩化銀、 マグネシウム一塩化銅などのハロゲン塩電池、 ニッケル一水素電池などのプ 口トン伝導型電池などが挙げられる。 中でも、 高電圧かつ高エネルギーのリチウム電池が 好ましい。 また、 電池の形態としては、 電解質が電解液を含まずに、 高分子固体電解質の みからなる電池が最も好ましい。
(実施例)
以下に実施例、 比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、 本発明はこれらによ つて限定されるものではない。 なお、 実施例および比較例中の部および%は、 断りのない 限り重量基準である。
(1) 重合体組成
ポリエーテル重合体のポリマー組成は、 50 OMH zにおける H— NMRおよび C13— NMRを用いて測定した。
(2) 重量平均分子量 (Mw) および分子量分布 (Mw/Mn)
Mwおよび Mw/Mnは、 ゲルパ一ミエ一ションクロマトグラフィー (GP C) を用い て以下の条件により測定した。
装置:東ソ一株式会社製 GP Cシステム
カラム :東ソー株式会社製 G 7000 HHR + GMHHR-H
溶媒: DMF (リチウムブロマイド 5mmo 1 /L)
流速: lml Zm i n カラム温度: 40°C
分子量標準物質:ポリマーラボラトリー社製標準ポリスチレン
(3) ポリエーテル重合体粒子中の安定剤の含有量
ポリエーテル重合体組成物を n—へキサンで洗浄して、 ポリエーテル重合体粒子表面に 付着する安定剤や、 該粒子の外部に独立して存在する安定剤を洗い流して該重合体粒子の 重量を測定し、 次いで、 前記重合体粒子を水に溶解し、 得られた溶液を濾過し、 濾紙上に 捕捉された安定剤の重量を測定して、 これらの測定値から算出する。
(4) ゲル分率
ポリエーテル重合体組成物 0. 2 gと 100mlのトルエンとを 100ml三角フラス コに入れ、 40°Cで 3時間振とうして溶解分を完全に溶解し、 1 50メッシュの金網で濾 過してトルエン可溶分を除去した後、 金網上の残渣を乾燥して重量を算出した。 この乾燥 した残渣の元の重合体の重量に対する割合をゲル分率として算出した。
( 5 ) 酸化防止剤の重合体粒子表面付着率
ポリエーテル重合体組成物中の、 酸化防止剤全量に対するポリエーテル重合体粒子表面 付着量の比率は次の方法により求める。 酸化防止剤が表面に付着したポリエーテル重合体 粒子を特定量採取し、 特定量のジェチルエーテルで洗浄して該酸化防止剤を洗い出し、 該 ジェチルエーテル溶液を紫外線スぺクトルにかけて溶存する酸化防止剤濃度を定量して特 定量のジェチルエーテルに溶存する酸化防止剤量を算出する。
( 6 ) 保存安定性および加工安定性
a) 保存安定性は、 ポリエーテル重合体組成物を、 40°Cで、 70時間保存した後の分子 量低下の有無を調べることにより、 または、 窒素雰囲気下で 70時間保存した後のゲル分 率を測定することにより評価した。 b) 加工安定性は、 ポリエーテル重合体組成物を、 ブラベンダーにて 60°Cで、 2分間混 練した後の分子量低下の有無を調べることにより、 または、 ブラベンダーにて 60°Cで 3 分間混練した後のゲル分率を測定することにより評価した。
分子量低下の有無は、 分子鎖切断によるポリエーテル重合体の還元粘度の低下率を測定 することにより判定した。 なお、 ポリエーテル重合体の還元粘度は、 ポリエーテル重合体 組成物 0. 25 gをトルエン 100 gに溶解し、 ウベローデ粘度計 (粘度計 No. 1) を 用いて 25 °Cで溶液落下時間を測定し、 下記式より算出した。
還元粘度 (7] s p/C) = 〔 (t - t 0) / t。〕 /0. 217
t :ポリエーテル溶液の落下時間 (秒)
t 0 : トルエンの落下時間 (秒)
(7) 固体電解質フィルムの機械的特性
ポリエーテル重合体組成物を用いて押出成形法にて固体電解質フィルムを成形する際に、 フィルムにクラックが発生したり切断したりしないでロールに巻き取れる範囲の最大巻き 取り速度を測定して評価した。
(8) イオン伝導度
イオン伝導度の測定は 30°C、 ImmHg以下で 72時間真空乾燥した固体電解質フィ ルムを白金電極ではさみ、電圧 0.5 V、周波数範囲 5Hz〜l 3 MHzの交流法を用い、 複素インピーダンス法により算出した。
実施例 1
n—へキサン中で、 エチレンォキシドおよびプロピレンォキシドを用いて公知の方法に よりスラリー重合を行い、 エチレンォキシド単位 (EO) 90モル%ぉよびプロピレンォ キシド単位 (PO) 10モル%であり、 重量平均分子量 (Mw) が 350, 000、 分子 量分布 (Mw/Mn) が 10. 2であるポリエーテル重合体 (EO/PO) のスラリーを 得た。
酸化防止剤として、 4, 4 ' ーチオピス (3—メチルー 6— t e r t—ブチルフエノー ル) (大内新興化学工業株式会社製 ノクラック 300) の 0. 05 gZnil トルエン溶 液を調製し、 酸化防止剤の量がポリエーテル重合体に対して 0. 5%となるように該溶液 をスラリーに添加し、 30°Cにて 30分間撹拌して酸化防止剤を析出させた。 次いで、 こ のスラリ一を金網で濾過し、 金網上に捕捉されたポリエ一テル重合体の粒子を、 35°Cで 4時間真空乾燥させて、 ポリエーテル重合体組成物を得た。 この組成物中の酸化防止剤の 量は 0. 45%であり、 そのうちのほぼ全量 (90%以上) がポリエーテル重合体粒子表 面に付着していた。 上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性を分子量低下の有無によ り評価した。 結果を表 1に記載する。
実施例 2
酸化防止剤の種類を 4 ' 4ーブチリデン—ビス一 (6— t e r t—ブチル— m—クレゾ —ル) (川口化学社製 アンテージ W— 5 0 0 ) に、 その添加量を 0 . 4 %に変えた他 は、 実施例 1同様にポリエーテル重合体組成物を製造した。 この組成物中の酸化防止剤の 量は 0 . 3 7 %であり、 そのうちのほぼ全量 (9 0 %以上) がポリエーテル重合体粒子表 面に付着していた。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性を分子量低下の有無によ り評価した。 結果を表 1に記載する。
比較例 1
実施例 1において得られたスラリーに、 酸化防止剤として、 ォク夕デシル一 3— ( 3, 5—ジ一 t一ブチル一4ーヒドロキシフエニル) プロピオネート (日本チバガイギ一社 製 ィルガノックス 1 0 7 6 ) を、 その量がポリエーテル重合体に対して 0 . 5重量%と なるように添加した。 該酸化防止剤は、 スラリーの溶媒 (n—へキサン) に完全に溶解し た。 該スラリーを 3 5 °Cにて 3 0分攪拌し、 次いで、 このスラリーを金網で濾過し、 金網 上に捕捉されたポリエーテル重合体の粒子を、 3 5でで 4時間真空乾燥させて、 ポリエ一 テル重合体組成物を得た。 組成物中の酸化防止剤の量は 0 . 1 5 %であり、 ポリエーテル 重合体粒子表面にはほとんど付着していなかった。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性を分子量低下の有無によ り評価した。 結果を表 1に記載する。
比較例 2
実施例 1において得られた重合体スラリーを、 酸化防止剤を添加することなくそのまま 金網で濾過し、 金網上に捕捉されたポリエーテル重合体の粒子を、 3 5 で 4時間真空乾 燥させ、 該重合体粒子全量に対して 0 . 5重量%の 4 , 4 ' —チォビス (3—メチルー 6 - t e r t一ブチルフエノール) の粉体を加えてよく混ぜ合わせてポリエーテル重合体組 成物を得た。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性を分子量低下の有無によ り評価した。 結果を表 1に記載する。 実施例 1 寧 例 2 1 tSC15"J -tell 9 ポリエーテル重合体 ΕΟ/ΡΟ EO/PO EO/PO EO/PO スラリ一溶媒 η キサン n キサン n キサン η一へキサン 酸化防止剤含有量 0 . 4 5 % 0 . 3 7 % 0 . 1 5 % 0 . 5 % 酸化防止剤表面付着率 9 0 %以上 9 0 %以上
40°C 70時間保存後 0 . 5 % 1 . 2 % 2 0 % 3 5 % 還元粘度低下率
フ"ラヘ"ンダ' -混練後 2 % 3 % 5 0 % 3 8 % 還元粘度低下率 表 1より、 ポリエーテル重合体が不溶なスラリー重合の有機溶媒 (本実施例では η キサン) に可溶の酸化防止剤を用いて製造したポリエーテル重合体組成物は、 スラリーに 添加した酸化防止剤全量の 3 0 %しか組成物中に残存しておらず、 さらに、 残存した酸化 防止剤はポリ テル重合体粒子表面にはほとんど付着していなかった。 そしてこの組成 物は、 長期保存段階においても、 ブランベンダ一で混練しても、 分子鎖切断により還元粘 度が低下している (比較例 1 )
ポリエーテル重合体粒子に、 酸化防止剤粉末を混合しただけのポリエーテル重合体組成 物も、 長期保存段階においても、 ブランベンダーで混練しても、 分子鎖切断により還元粘 度が低下している (比較例 2 )
これに対し、 スラリー重合の有機溶媒に不溶の酸化防止剤を用いて製造したポリェ一テ ル重合体組成物は、 スラリーに添加した酸化防止剤の 9 0 %以上が組成物中に残存してお り、 さらに本発明に規定されるようにポリエーテル重合体粒子表面に、 残存した酸化防止 剤の 9 0 %以上が付着している。 そしてこの組成物は、 長期保存段階においても、 ブラン ベンダーで混練しても、 分子鎖切断による還元粘度の低下が小さいことが確認できる (実 施例 1 2 )
実施例 3
実施例 1で製造したポリエーテル重合体組成物 3 , 0 0 0部にビストリフルォロメチル スルホ二ルイミ ドリチウムを、 (電解質塩のリチウム原子のモル数) / (ポリエーテル重 合体の酸素原子のモル数) の比の値が 0 . 0 5となるように添加して固体電解質用組成物 を得た。 この組成物を二軸押し出し機に供給し、 スクリュー温度 8 0で、 回転数 1 5 0 r pm、 ダイ温度 1 5 5°Cで押し出した。 得られた厚み 20 mの固体電解質フィルムは、 最大巻き取り速度 2 0m/分でロールに巻き取ってもクラックや切断が生じずに、 機械的 強度に優れていた。 また、 イオン伝導度は 1 X 1 0—5であり、 優れたイオン伝導性を示し た。
実施例 4
n—へキサン中で、 エチレンォキシド、 プロピレンォキシドおよびァリルグリシジルェ 一テルを用いて公知の方法によりスラリー重合を行い、 エチレンォキシド単位 (E0) 9 0モル%、 プロピレンォキシド単位 (P0) 5モル%およぴァリルギリシジルエーテル単 位 (AGE) 5モル%であり、 重量平均分子が 3 5 0, 0 0 0、 分子量分布が 1 0. 2で あるポリエーテル重合体 (EO/PO/AGE) のスラリーを得た。
上記スラリーに、 安定剤として、 1, 8—ジァザピシクロー (5, 4, 0) ゥンデセン 一 7のォレイン酸塩 (サンアボット株式会社製 U— CAT S A No. 1 0 6) を、 その量がポリエーテル重合体に対して 0. 5 %となるように添加し、 3 0°Cで 3 0分撹拌 して安定剤を溶解させた。 次いで、 このスラリーを金網で濾過し、 金網上に捕捉されたポ リエ一テル重合体の粒子を、 3 5°Cにて 4時間真空乾燥させて、 ポリエーテル重合体組成 物を得た。 該組成物中のゲル分率を測定した結果、 ポリエーテル重合体に対して 0. 3重 量%であった。 また、 組成物中の安定剤の量は 0. 46 %であった。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性をゲル分率の測定により 評価した。 結果を表 2に記載する。
実施例 5
安定剤の種類をトリデシルフォスファイ ト (旭電化工業株式会社製 アデカス夕プ 3 0 1 0) に、 その添加量を 0. 7 %に変えた他は、 実施例 4と同様にポリエーテル重合体組 成物を製造した。 該組成物中のゲル分率は、 ポリエ一テル重合体に対して 0. 1重量%で あった。 また、 組成物中の安定剤の量は 0. 6 5 %であった。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性をゲル分率の測定により 評価した。 結果を表 2に記載する。
比較例 3
実施例 4において得られたスラリーに、 安定剤として、 2, 2 —メチレンビス (4 - メチルー 6— t一ブチルフエノール) を、 その量がポリエーテル重合体に対して 0. 5 % となるように添加した。 該安定剤は、 スラリーに溶解しなかったが、 該スラリーを 3 0で で 3 0分間撹拌し、 次いで、 このスラリーを金網で濾過し、 金網上に捕捉されたポリエー テル重合体の粒子を、 3 5°Cにて 4時間真空乾燥させて、 ポリエーテル重合体組成物を得 た。 該組成物中のゲル分率は、 ポリエーテル重合体に対して 6 . 5重量%であった。 上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性をゲル分率の測定により 評価した。 結果を表 2に記載する。 表 2
Figure imgf000018_0001
表 2より、 ポリエーテル重合体が不溶な有機溶媒 (本実施例では n —へキサン) に不溶 の安定剤を用いて製造したポリエーテル重合体組成物は、 スラリーから回収して加熱乾燥 した時点で、 すでにゲル分率が 5重量%を超えており、 さらに、 その後に窒素下で保存し ても、 プランベンダ一で混練しても、 ゲル分率が増加している (比較例 3 ) 。
これに対し、 n—へキサンに可溶の安定剤を用いて製造した本発明のポリエーテル重合 体組成物は、 スラリーから回収して加熱乾燥した時点でもゲル分率は 5重量%よりも少な く、 さらに、 その後に窆素下で保存しても、 ブランベンダ一で混練しても、 ゲル分率が殆 ど増加しないことが確認できる (実施例 4、 5 ) 。
実施例 6
実施例 4で製造したポリエーテル重合体組成物 3 , 0 0 0部にビストリフルォロメチル スルホ二ルイミドリチウムを、 (電解質塩のリチウム原子のモル数) / (ポリエーテル重 合体の酸素原子のモル数) の比の値が 0 . 0 5となるように添加し、 光重合開始剤として ベンジルジメチルケタールを 3部加えてよく混合して固体電解質用組成物を得た。 この組 成物を二軸押出機に供給し、 スクリユー温度 8 0 °C、 回転数 1 5 0 r p m、 ダイ温度 1 5
5 °Cで押し出した。 押し出されたフィルムをポリプロピレン (P P ) フィルムに連続的に 張り付け、 紫外線照射によって架橋した。 P Pフィルム上の固体電解質薄膜を剥離して得 られた厚み 2 0 の固体電解質フィルムは、 最大巻き取り速度 2 0 m/分でロールに卷 き取ってもクラックや切断が生じずに、 機械的強度に優れていた。 また、 イオン伝導度は
1 X 1 0— 5であり、 優れたイオン伝導性を示した。
実施例 7 実施例 4で製造したポリエーテル重合体 (EO/PO/AGE) のスラリーに、 安定剤 として、 トリデシルフォスフアイト(旭電化工業株式会社製 アデカスタブ 3010)を、 その量がポリエーテル重合体に対して 0. 7 %となるように添加した。 さらに、 酸化防止 剤として、 , 4, ーチオピス (3—メチル一6— t e r t—ブチルフエノール) (大内 新興化学工業株式会社製 ノクラック 300)の 0.05 g/ml トルエン溶液を調製し、 酸化防止剤の量がポリエーテル重合体に対して 0. 5 %となるように該溶液をスラリーに 添加した。 30°Cにて 30分間撹拌して安定剤を溶解するとともに、 酸化防止剤を析出さ せた。 次いで、 このスラリーを金網で濾過し、 金網上に捕捉されたポリエ一テル重合体の 粒子を、 35 °Cにて 4時間真空乾燥させて、 ポリエーテル重合体組成物を得た。
この組成物中の酸化防止剤の量は 0. 46 %であり、 そのうちのほぼ全量 (90 %以上) がポリエーテル重合体粒子表面に付着していた。 この組成物中のゲル分率を測定した結果、 ポリエーテル重合体に対して 0重量%であった。また、組成物中の安定剤の量は 0. 67 % であった。
上記ポリエーテル重合体組成物の保存安定性および加工安定性を分子量低下の有無およ びゲル分率の測定により評価した。 結果は以下のとおりであつた。
ポリエーテル重合体 EO/PO/AGE
スラリー溶媒 n—へキサン
酸化防止剤含有量 0. 46%
酸化防止剤表面付着率 90 %以上
40°C, 70時間保持後還元粘度低下率 一 0. 1 % *
ブラベンダ一混練後還元粘度低下率 0. 2%
加熱乾燥後ゲル分率 0 %
窒素下保存後ゲル分率 0 %
ブラベンダー混練後ゲル分率 0. 1 %
* 還元粘度が 0. 1 %増大した。
上記結果より、 n—へキサンに不溶の酸化防止剤と可溶の安定剤を併用して製造した本 発明のポリエーテル重合体組成物は、 スラリ一に添加した酸化防止剤の 90 %以上が組成 物中に残存しており、 さらに、 ポリエーテル重合体粒子表面に、 残存した酸化防止剤の 9 0%以上が付着している。 そしてこの組成物は、 長期保存段階においても、 分子鎖切断に よる還元粘度の低下は起こらず、 ブランベンダーによる混練時に僅かに低下が起こるにす ぎない。 また、 スラリーから回収して加熱乾燥した時点でも、 その後に窒素下で保存して も、 ゲル分率は増大せず、 さらに、 ブランベンダ一で混練しても、 ゲル分率が殆ど増加し ないことが確認できる。 産業上の利用可能性
本発明方法により得られたポリエーテル重合体組成物は、 固体電解質フィルム用の材料 として長期間保存する際、 および押出成形などでフィルムに成形する際、 いずれの場合に も、 分子鎖切断による分子量低下を生じることなく、 またゲル化も起きないため、 機械的 特性とィォン伝導性に優れた固体電解質フィルムが提供できる。
従って、 本発明の固体電解質フィルムは、 電池の固体電解質として好適に用いることが できる。 より具体的には、 電池用の、 イオン伝導性電解質膜、 カゾードフィルムおよびァ ノードフィルムなどに用いることができる。

Claims

請求の範囲
1 . ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不 溶の酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を加え て分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去することを特徴とするポリエーテル重 合体組成物の製造方法。
2 . 酸化防止剤が溶解してなる溶液と、 前記スラリーとを混合することにより、 スラリー中に酸化防止剤を分散させる請求の範囲 1に記載のポリエーテル重合体組成物の 製造方法。
3 . 安定剤が、 環状アミジンの塩、 ヒンダードフエノール系化合物、 亜リン酸ェ ステル系化合物および炭素数 5以上の脂肪酸からなる群から選ばれる少なくとも 1種の化 合物である請求の範囲 1に記載のポリエーテル重合体組成物の製造方法。
4 . スラリ一の有機溶媒が鎖状飽和炭化水素である請求の範囲 1 ~ 3のいずれか に記載のポリエーテル重合体組成物の製造方法。
5 . ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不 溶の酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を加え て分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去して得られることを特徴とするポリェ 一テル重合体組成物。
6 . ポリエーテル重合体粒子および、 該重合体粒子が不溶な有機溶媒に不溶の酸 化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を含有してな るポリエーテル重合体組成物であって、 次の (1 ) 、 (2 ) および (3 ) の少なくとも 1 つを満足することを特徴とするポリエーテル重合体組成物;
( 1 ) 該酸化防止剤の全量の 5 0重量%以上がポリエーテル重合体粒子の表面に付 着している、
( 2 ) ポリエーテル重合体のゲル分率が 5重量%以下である、
( 3 ) 該安定剤の全量の 5 0重量%以上がポリエーテル重合体粒子中に存在してい る。
7 . ポリエーテル重合体が有機溶媒に分散してなるスラリーに、 該有機溶媒に不 溶の酸化防止剤および該有機溶媒に可溶の安定剤の中から選ばれた少なくとも一種を加え て分散または溶解し、 次いで、 前記有機溶媒を除去して得られるものである請求の範囲 6 に記載のポリエーテル重合体組成物。
8 . 安定剤が、 環状アミジンの塩、 ヒンダードフエノ一ル系化合物、 亜リン酸ェ ステル系化合物および炭素数 5以上の脂肪酸からなる群から選ばれる少なくとも 1種の化 合物である請求の範囲 5〜7のいずれかに記載のポリエーテル重合体組成物の製造方法。
9 . 請求の範囲 5 ~ 8のいずれかに記載のポリエーテル重合体組成物および該重 合体組成物に可溶の電解質塩化合物からなる固体電解質:
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