(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式（１）で示される化合物を含有することを特徴とするイオン導電性固体電解質。
【化１】
0006417975.tif 000022
〔化学式（１）において、Ｒ１は、炭素数６〜２０のアルキル基、アルコキシ基、エチレンオキシド基を示す。Ａは−Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−又は−（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数を示す。）から選ばれる基を示す。Ｘは化学式（２）〜（５）から選ばれる基を示す。〕
【化２】
0006417975.tif 000023
【化３】
0006417975.tif 000024
【化４】
0006417975.tif 000025
【化５】
0006417975.tif 000026
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン導電性固体電解質に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているイオン導電性材料としては、無機材料を用いた無機固体電解質、有機高分子を用いた高分子固体電解質、水または非水溶媒を用いた液状電解質が挙げられる。
【０００３】
また、固体と液体の中間的性質を有する液晶材料を用い、液晶材料が有する配向性等の特性を利用した固体電解質が提案されている（特許文献１参照）。固体電解質は形状が液体ではないので、部外への漏れがなく、耐熱性、信頼性、デバイスの小型化に対して液状電解質に比べ有利である。
【０００４】
この液晶材料を用いた固体電解質は、電池などの蓄電デバイスへの応用が期待されているものの、現状ではまだ高温下においてイオン導電性が得られているにすぎない。実際の使用を考慮した場合には、より低温でイオン導電性を示す固体電解質が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１６７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、良好なイオン導電性を有するイオン導電性固体電解質を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるイオン導電性固体電解質は、化学式（１）で示される化合物を含有することを特徴とする。
【化１】
0006417975.tif 000002
〔化学式（１）において、Ｒ１は、炭素数６〜２０のアルキル基、アルコキシ基、エチレンオキシド基を示す。Ａは−Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−又は−（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数を示す。）から選ばれる基を示す。Ｘは化学式（２）〜（５）から選ばれる基を示す。〕
【化２】
0006417975.tif 000003
【化３】
0006417975.tif 000004
【化４】
0006417975.tif 000005
【化５】
0006417975.tif 000006
【０００８】
化学式（１）で示される化合物が屈曲構造を取ることによる熱運動の向上とＬｉイオンの解離度向上の２つの作用が相乗的に働くことで、引用文献に示された化合物に比べ、より低い温度での導電性発現が実現できるものと推測される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好なイオン導電性を有するイオン導電性固体電解質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１において、昇温させながら交流電圧を印加し電流測定を行った際の、温度と電流値の関係を示す図である。
【図２】比較例１において、昇温させながら交流電圧を印加し電流測定を行った際の、温度と電流値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明にかかるイオン導電性固体電解質は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
本発明にかかるイオン導電性固体電解質は、化学式（１）で示される化合物を含む。
【００１３】
【化６】
0006417975.tif 000007
【００１４】
式中のＲ１は、炭素数６〜２０のアルキル基、アルコキシ基、エチレンオキシド基を示す。分岐状であっても直鎖状であっても良い。また、炭素数が６以上であればＬｉイオンを輸送するために必要な適度な分子運動を得ることが出来て好ましく、炭素数が２０以下であれば、分子全体に占めるＬｉイオンの濃度を過度に下げることがないためより好ましい。
【００１５】
式中のＡは−Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−又は−（ＣＨ２）ｎ−（式中、ｎは１〜２０の整数を示す。）から選ばれる基を示す。（ＣＨ２）ユニットが１以上であればＬｉイオンを輸送するために必要な適度な分子運動を得ることが出来て好ましく、（ＣＨ２）ユニットが２０以下であれば、分子全体に占めるＬｉイオンの濃度を過度に下げることがないためより好ましい。
【００１６】
式中のＸは化学式（２）〜（５）から選ばれる基を示す。
【化７】
0006417975.tif 000008
【化８】
0006417975.tif 000009
【化９】
0006417975.tif 000010
【化１０】
0006417975.tif 000011
【００１７】
分子間力を緩和し、分子の熱運動を向上させるという点において、Ｘは、化学式（２）もしくは化学式（３）で示される基がより好ましい。Ｘに存在する２つのメチル基もしくはフルオロメチル基が分子鎖から張り出すことでより効果的に分子間力を緩和していると推測される。
【００１８】
化学式（１）で示される化合物を含有することによる効果発現のメカニズムははっきりとしないが、本発明者らは以下のように考えている。
【００１９】
化学式（１）の化合物は、２つのベンゼン環が１つの炭素原子もしくは１つの硫黄原子によって結合しており、この結合部分、つまりＸの部分で屈曲した構造を取るため、このような構造では液晶性を発現することが出来ない。特許文献１に示された化合物のように液晶性を発現させるには、２つのベンゼン環を連結する結合子（Ｘに相当）の主鎖の数を偶数個として、直線構造を取る必要がある。  
【００２０】
つまり、化学式（１）の化合物は、屈曲構造を取ることで液晶性は示さないものの、分子間力が適度に緩和されることで分子運動がしやすくなり、その熱運動によってＬｉイオンの動きが良くなるものと推測される。その結果、引用文献に示された化合物に比べ、より低い温度での導電性発現が実現できるものと考えられる。
【００２１】
また、Ｌｉイオンの解離度を高めることも重要である。スルホン酸基はリン酸基やカルボン酸基に比べて解離度の点で有利であるが、更なる改善のため化学式（１）の化合物のように、スルホン酸基の近傍にＯＨ基を導入したところ、より低い温度での導電性発現を実現した。恐らく、ＯＨ基の電子供与性によりＬｉイオンが引き寄せられ、効果的にスルホン酸基からＬｉイオンを引き離すことが出来るものと考えられる。その結果、Ｌｉイオンの動きが良くなり、引用文献に示された化合物に比べ、より低い温度での導電性発現が実現できるものと推測される。
【００２２】
上述の２つの作用、すなわち、熱運動の向上とＬｉイオンの解離度向上の２つの作用が相乗的に働くことで、引用文献に示された化合物に比べ、より低い温度での導電性発現が実現できるものと推測される。
【００２３】
本発明にかかるイオン導電性固体電解質は、上述した化合物、金属塩以外に、ゲル化剤、ポリエチレンオキサイドなどのその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分の含有率は、０．２モル％以下とすることが好ましい。
【００２４】
本発明にかかるイオン導電性固体電解質は、リチウムイオン電池、燃料電池などの各種デバイスへの適用が可能である。これらデバイスでは、不揮発性のイオン導電性固体電解質が求められているが、本発明にかかるイオン導電性固体電解質は十分に要求特性を満たすことができる。
【００２５】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。
【実施例】
【００２６】
以下に示す手順により、実施例１〜８および比較例１のイオン導電性測定用サンプルを作製し、イオン導電性評価を行った。
【００２７】
（実施例１）
まず、グローブボックス内でイオン導電性固体電解質の溶液を作製した。化学式（６）の化合物０．０５ｇを２ｍｌのアセトニトリルに溶解させた。
【００２８】
【化１１】
0006417975.tif 000012
【００２９】
次に、イオン導電性測定用のサンプルを作製した。櫛形ＩＴＯ電極を備えた基板（電極：縦１ｃｍ、横１ｃｍ、ランド：１０μｍ、スペース：１０μｍ、ＥＨＣ社製）に、縦１ｃｍ、横１ｃｍの四角穴を設けた厚さ７０μｍのマスキングテ−プを、電極部分以外がマスキングされるように貼り、当該四角穴に、前記溶液を１００μＬ滴下した。自然乾燥させてアセトニトリルを揮発させた後、マスキングテ−プを剥がし、８０℃で１２時間真空乾燥した。
【００３０】
このように準備したイオン導電性測定用セルに対して、昇温させながら交流電圧を印加し、その時の電流値をモニターした。直流電圧ではなく交流電圧を印加したのは、電極界面でのイオンの焼き付きを防ぐためである。具体的には、任意波形ファンクションジェネレータ（ＡＦＧ−２０００、ＧＷ  ＩＮＳＴＥＫ社製）により、電圧６Ｖｐｐ、方形波ｄｕｔｙ５０、周波数１ＫＨｚの条件で交流電圧を印加し電流測定を行った。結果を図１に示す。また、電流値が０．１ｍＡを示した時の温度を「電流の立ち上がり温度（℃）」とし、最大到達電流値を「到達電流値（ｍＡ）」とした。その結果を表１に示す。
【００３１】
（実施例２）
化学式（６）の化合物を化学式（７）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１２】
0006417975.tif 000013
【００３２】
（実施例３）
化学式（６）の化合物を化学式（８）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１３】
0006417975.tif 000014
【００３３】
（実施例４）
化学式（６）の化合物を化学式（９）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１４】
0006417975.tif 000015
【００３４】
（実施例５）
化学式（６）の化合物を化学式（１０）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１５】
0006417975.tif 000016
【００３５】
（実施例６）
化学式（６）の化合物を化学式（１１）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１６】
0006417975.tif 000017
【００３６】
（実施例７）
化学式（６）の化合物を化学式（１２）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１７】
0006417975.tif 000018
【００３７】
（実施例８）
化学式（６）の化合物を化学式（１３）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を表１に示す。
【化１８】
0006417975.tif 000019
【００３８】
（比較例１）
化学式（６）の化合物を化学式（１４）の化合物に変更する以外は、実施例１と同様にしてイオン導電性測定を行った。結果を図２および表１に示す。
【化１９】
0006417975.tif 000020
【００３９】
実施例１〜８と比較例１との比較より、イオン導電性固体電解質が化学式（１）で示される化合物を含むことで、より低温でのイオン導電性と優れた電流値が確認された。
【００４０】
【表１】
0006417975.tif 000021
【図１】
0006417975.tif 000027
【図２】
0006417975.tif 000028