(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ア）少なくとも、式（Ｉ）：
【化１】
0004491103.tif 000010
（式中、Ｒ1〜Ｒ3はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ4は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアシル基を示す。ｎは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ａ）及び式(II)：
【化２】
0004491103.tif 000011
（式中、Ｒ5〜Ｒ7はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ8〜Ｒ12はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のハロアルキル基を示す。ただし、Ｒ8〜Ｒ12の少なくとも一つは炭素数１〜４のα−ハロアルキル基を示す。）で表される単量体（Ｂ）を含有してなる単量体混合物（ａ）を共重合させて得られる多分岐高分子、
（イ）単量体（Ａ）、単量体（Ｂ）、及び式(III)：
【化３】
0004491103.tif 000012
（式中、Ｒ13〜Ｒ15はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基を示す。ｍは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ｃ）をさらに含有してなる単量体混合物（ｂ）を共重合させて得られる多分岐高分子、
（ウ）単量体混合物（ａ）又は（ｂ）において、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物及び／又は単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物をさらに含有してなる単量体混合物（ｃ）を共重合させて得られる多分岐高分子、並びに
（エ）単量体混合物（ｃ）において、前記アクリル化合物及び／又はスチレン化合物が多官能性で架橋性を有する多分岐高分子、からなる群より選択されるいずれか一種の、数平均分子量が２，０００〜１００，０００の多分岐高分子に、少なくとも式（Ｉ）：
【化４】
0004491103.tif 000013
（式中、Ｒ1〜Ｒ3はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ4は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアシル基を示す。ｎは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ａ）及び式(II)：
【化５】
0004491103.tif 000014
（式中、Ｒ5〜Ｒ7はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ8〜Ｒ12はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のハロアルキル基を示す。ただし、Ｒ8〜Ｒ12の少なくとも一つは炭素数１〜４のα−ハロアルキル基を示す。）で表される単量体（Ｂ）をグラフト重合させて得られる、数平均分子量が４，０００〜１，０００，０００の多分岐高分子。
【請求項２】
式(III)：
【化６】
0004491103.tif 000015
（式中、Ｒ13〜Ｒ15はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基を示す。ｍは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ｃ）、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物ならびに単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種を、単量体（Ａ）及び／又は単量体（Ｂ）とは独立してグラフト重合させて得られる、あるいは単量体（Ａ）及び／又は単量体（Ｂ）とともにグラフト重合させて得られる請求項１記載の多分岐高分子。
【請求項３】
アクリル化合物及び／又はスチレン化合物が多官能性で架橋性を有する請求項２記載の多分岐高分子。
【請求項４】
分岐回数が１〜１０回である請求項１〜３いずれか記載の多分岐高分子。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載の多分岐高分子をカチオン交換し、リチウムイオンを結合させた多分岐高分子。
【請求項６】
請求項１〜４いずれか記載の多分岐高分子の製造方法であって、リビングラジカル重合によりグラフト重合を行う多分岐高分子の製造方法。
【請求項７】
金属触媒の存在下でリビングラジカル重合を行う請求項６記載の多分岐高分子の製造方法。
【請求項８】
金属触媒が塩化銅(I)と２，２'−ビピリジル誘導体のコンプレックスである請求項７記載の多分岐高分子の製造方法。
【請求項９】
少なくとも基材高分子と電解質塩からなる固体電解質であって、該基材高分子が請求項１〜５いずれか記載の多分岐高分子である固体電解質。
【請求項１０】
電解質塩がリチウム塩である請求項９記載の固体電解質。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の固体電解質を含んでなる電気化学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多分岐高分子及びその製造方法に関する。さらに、本発明は、該多分岐高分子を基材高分子とした固体電解質及び該固体電解質を含んだ電気化学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電池、コンデンサー、センサー、エレクトロクロミック素子、電気化学ダイオード等の電気化学素子の開発において、その主要構成部分である電解質を固体化することにより、信頼性及び安全性の向上が図られている（特開昭５８−１９７３号公報、特開昭５８−１９８０７号公報、特開昭５８−７５７７９号公報等）。しかし、電解質の完全固体化に関しては、そのイオン伝導度は十分とは言えない。これに対し、例えば、特開昭５９−１９６５７７号公報、特開昭６１−２１４３７４号公報、特開平１−２１３３５５号公報等では、高分子固体電解質に有機溶媒を含有させゲル化したものを電解質に適用することが提案されており、これによって、イオン伝導度が改善されている。しかし電気化学素子の信頼性、安全性等を考慮すると、本来の意味での完全固体化の実現が待ち望まれているが現状である。
【０００３】
多くの高分子材料は絶縁体であるが、ある種の高分子材料は電解質塩と固溶体を形成しイオンの良導体となる。例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）は電解質塩を溶解し、塩を解離し、自由体積空間をイオンとして輸送することができる。これはＰＥＯの特異的な構造によるもので、こうした働きはポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリエチレンイミン、ポリエチレンスルフィド等の官能基（イオン解離基）を有する高分子に特有の性質であることが知られている。しかし、これらの高分子材料においても、一分岐高分子では高いイオン伝導度が報告されているものの、液体並みのイオン伝導度は達成されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、均質性及び固体強度に優れた高いイオン伝導度を有する固体電解質の基材高分子となる多分岐高分子及びその製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、該多分岐高分子を基材高分子とした固体電解質、及び該固体電解質を含んだ電気化学素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、
（１）  少なくとも、式（Ｉ）：
【０００６】
【化７】
0004491103.tif 000002
【０００７】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ3 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ4 は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアシル基を示す。ｎは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ａ）及び式（II）：
【０００８】
【化８】
0004491103.tif 000003
【０００９】
（式中、Ｒ5 〜Ｒ7 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ8 〜Ｒ12はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のハロアルキル基を示す。ただし、Ｒ8 〜Ｒ12の少なくとも一つは炭素数１〜４のα−ハロアルキル基を示す。）で表される単量体（Ｂ）を含有してなる単量体混合物を共重合させて得られる多分岐高分子、
（２）  前記（１）記載の多分岐高分子に、少なくとも式（Ｉ）：
【００１０】
【化９】
0004491103.tif 000004
【００１１】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ3 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ4 は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアシル基を示す。ｎは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ａ）及び式（II）：
【００１２】
【化１０】
0004491103.tif 000005
【００１３】
（式中、Ｒ5 〜Ｒ7 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ8 〜Ｒ12はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のハロアルキル基を示す。ただし、Ｒ8 〜Ｒ12の少なくとも一つは炭素数１〜４のα−ハロアルキル基を示す。）で表される単量体（Ｂ）をグラフト重合させて得られる多分岐高分子、
（３）  前記（２）記載の多分岐高分子をカチオン交換し、リチウムイオンを結合させた多分岐高分子、
（４）  前記（２）記載の多分岐高分子の製造方法であって、リビングラジカル重合によりグラフト重合を行う多分岐高分子の製造方法、
（５）  少なくとも基材高分子と電解質塩からなる固体電解質であって、該基材高分子が前記（１）〜（３）いずれか記載の多分岐高分子である固体電解質、並びに
（６）  前記（５）記載の固体電解質を含んでなる電気化学素子
に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の多分岐高分子には、種々の態様がある。
【００１５】
１．第１の態様
本発明の多分岐高分子の第１の態様は、少なくとも、式（Ｉ）：
【００１６】
【化１１】
0004491103.tif 000006
【００１７】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ3 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ4 は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のアシル基を示す。ｎは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ａ）及び式（II）：
【００１８】
【化１２】
0004491103.tif 000007
【００１９】
（式中、Ｒ5 〜Ｒ7 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ8 〜Ｒ12はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基又は炭素数１〜４のハロアルキル基を示す。ただし、Ｒ8 〜Ｒ12の少なくとも一つは炭素数１〜４のα−ハロアルキル基を示す。）で表される単量体（Ｂ）を含有してなる単量体混合物を共重合させて得られる。
【００２０】
本明細書において、炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基等が挙げられる。炭素数１〜４のアシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。炭素数１〜４のハロアルキル基としては、フルオロメチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、１−クロロエチル基、１−クロロプロピル基、１−クロロ−１−メチルエチル基、１−クロロブチル基、１−クロロ−１−メチルプロピル基等が挙げられる。式（Ｉ）において、ｎは１〜２０、好ましくは２〜１５の整数を示す。
【００２１】
式（Ｉ）で表される単量体（Ａ）の好適な市販品としては、「ブレンマーＰＭＥ−１００」〔Ｒ1 、Ｒ2 ＝水素原子、Ｒ3 ＝メチル基、Ｒ4 ＝メチル基、ｎ≒２〕、「ブレンマーＰＭＥ−２００」〔Ｒ1 、Ｒ2 ＝水素原子、Ｒ3 ＝メチル基、Ｒ4 ＝メチル基、ｎ≒４〕、「ブレンマーＰＭＥ−４００」〔Ｒ1 、Ｒ2 ＝水素原子、Ｒ3 ＝メチル基、Ｒ4 ＝メチル基、ｎ≒９〕（以上、日本油脂製）等が挙げられる。
【００２２】
式（II）で表される単量体（Ｂ）の好適な例としては、４−クロロメチルスチレン等が挙げられる。
【００２３】
本発明では、単量体混合物に、式(III）：
【００２４】
【化１３】
0004491103.tif 000008
【００２５】
（式中、Ｒ13〜Ｒ15はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基を示す。ｍは１〜２０の整数を示す。）で表される単量体（Ｃ）がさらに含有されていることが好ましい。
【００２６】
式(III）において、ｍは１〜２０、好ましくは２〜１５の整数を示す。式(III）で表される単量体（Ｃ）の好適な市販品としては、「ライトエステルＰ−１Ｍ」〔Ｒ13、Ｒ14＝水素原子、Ｒ15＝メチル基、ｍ≒２〕（共栄社製）等が挙げられる。
【００２７】
また、単量体混合物には、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物及び／又は単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物がさらに含有されていることが好ましい。
【００２８】
単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物としては、アクリロニトリル、アクリル酸、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-（エトキシカルボニルオキシ）エチル、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、メタクリロイルコリン等が挙げられる。
【００２９】
単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物としては、スチレン−４−スルホン酸、１，４−ジビニルベンゼン、４，４’−ジビニルビフェニル等が挙げられる。
【００３０】
なお、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物並びに単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物は、多官能性で架橋性を有する化合物であっても良い。又、イオン解離を促進する極性官能基（イオン解離基）を有していることが好ましい。
【００３１】
単量体混合物中の単量体（Ａ）の量は２０〜９９モル％が好ましく、単量体（Ｂ）の量は１〜８０モル％が好ましい。単量体混合物中の、単量体（Ｃ）、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物並びに単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物の量は、いずれも０〜２０モル％が好ましい。
【００３２】
本発明の単量体（Ａ）、単量体（Ｂ）、単量体（Ｃ）及び単量体（Ａ）、（Ｃ）以外のアクリル化合物、単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物は、それぞれ単一のものであっても良いし、２種以上の混合物であってもよい。
【００３３】
少なくとも単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）を含有した単量体混合物の共重合は、例えば、重合開始剤等の触媒の存在下、単量体混合物を溶媒に溶解させて行うことができる。
【００３４】
溶媒としては、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、ベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられ、これらの中ではトルエンが好ましい。溶媒の量は、特に限定されないが、通常、単量体混合物１００重量部に対して、５０〜５００重量部程度であることが好ましい。
【００３５】
重合開始剤としては、ペルオキシピバル酸ｔ−ブチル、過酸化ベンゾイル、α, α'-アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、通常、単量体混合物１００重量部に対して、０．５〜５重量部が好ましい。
【００３６】
反応温度は、特に限定されないが、通常、２０〜２００℃が好ましく、反応雰囲気は、大気であってもよく、あるいは窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であってもよい。
【００３７】
反応の終了は、薄層クロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、 1Ｈ−ＮＭＲ等により容易に確認することができる。
【００３８】
反応終了後は、濾過、濃縮、抽出、精製等の公知の操作により、得られた多分岐高分子を単離することができる。
【００３９】
このようにして得られる多分岐高分子の数平均分子量は、特に限定されないが、２，０００〜１００，０００が好ましく、５，０００〜５０，０００がより好ましい。なお、多分岐高分子の数平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーにより測定することができる。
【００４０】
本発明の第１の態様の多分岐高分子は、通常、共重合に供した単量体に由来する構造単位が線状に不規則に配列した主鎖と、単量体のオレフィン置換基を側鎖として有する。
【００４１】
２．第２の態様
本発明では、第２の態様として、第１の態様の多分岐高分子に対して、さらに、少なくとも式（Ｉ）で表される単量体（Ａ）及び式（II）で表される単量体（Ｂ）をグラフト重合させて、より高度に分岐した多分岐高分子を得ることができる。グラフト重合による分岐鎖は主鎖に対し１回のみ分岐していてもよいし、グラフト重合による一次分岐鎖からさらに１回以上分岐していてもよい。なお、単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）は、第１の態様の多分岐高分子に対してグラフト重合させてもよく、あるいは別々にグラフト重合させてもよい。同時にグラフト重合する場合は、単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）を含有した単量体混合物を同時にグラフト重合させればよい。また、別々にグラフト重合させる場合、その順序は特に限定されず、例えば、第１の態様の多分岐高分子に対して単量体（Ａ）をグラフト重合させた後に、単量体（Ｂ）をグラフト重合させる方法や、第１の態様の多分岐高分子に対して単量体（Ｂ）をグラフト重合させた後に、単量体（Ａ）をグラフト重合させる方法、さらに第１の態様の多分岐高分子に対して単量体（Ａ）をグラフト重合させた後に、単量体（Ｂ）をグラフト重合させ、再度単量体（Ａ）をグラフト重合させる方法のように、第１の態様の多分岐高分子に対して２回以上グラフト重合させる態様であってもよい。
【００４２】
本発明では、式(III）で表される単量体（Ｃ）、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物及び／又は単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物からなる群より選ばれた少なくも１種を、単量体（Ａ）及び／又は単量体（Ｂ）とは独立してグラフト重合させてもよく、あるいは単量体（Ａ）及び／又は単量体（Ｂ）とともにグラフト重合させてもよい。その態様としては、単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）と共に単量体混合物に含有させて同時にグラフト重合させてもよく、あるいは単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）と別々にグラフト重合させてもよい。
【００４３】
グラフト重合させる単量体総量中の単量体（Ａ）の量は５０〜９９モル％が好ましく、単量体（Ｂ）の量は１〜５０モル％が好ましい。グラフト重合させる単量体総量中の、単量体（Ｃ）、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物並びに単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物の量は、いずれも０〜２０モル％が好ましい。
【００４４】
なお、グラフト重合に用いる単量体（Ａ）〜（Ｃ）、単量体（Ａ）及び単量体（Ｃ）以外のアクリル化合物並びに単量体（Ｂ）以外のスチレン化合物は、いずれも第１の態様で例示したものを同様に使用することができる。
【００４５】
本発明では、グラフト重合の方法は特に限定されないが、リビングラジカル重合により行うことが好ましい。グラフト重合をリビングラジカル重合で行うことにより、単量体及び／又は触媒の投入量や投入時期を調節することで、ブロック共重合、重合度を調節した重合、分岐回数の調節等が可能になる。なお、前記共重合反応の終了後は、反応溶液から、生成した多分岐高分子を単離することなく、該反応溶液中で該多分岐高分子のグラフト重合を行ってもよい。
【００４６】
グラフト重合は第１の態様の多分岐高分子が有する単量体（Ｂ）由来の側鎖部分を開始点として起こる。この側鎖部分を開始点として起こるグラフト重合により生じる分岐鎖を一次分岐鎖と呼び、この時分岐回数を１回とする。従って、主鎖を形成する共重合の際、単量体中の単量体（Ｂ）の割合を多くしておけば、グラフト重合による一次分岐鎖の数は多くなる。グラフト重合を行う際にも単量体（Ｂ）を用いることにより、グラフト重合で形成された一次分岐鎖にも単量体（Ｂ）由来の側鎖部分、すなわちグラフト重合の開始点が生じ、さらに新たな二次分岐鎖が生じ、この時分岐回数を２回とする。そして、この二次分岐鎖にもグラフト重合の開始点が生じるので、三次、四次等の高次の分岐鎖を生じ、この時分岐回数をそれぞれ３回、４回とする。よって、グラフト重合を複数回行うことにより、より高度に分岐した多分岐回数の多分岐高分子を得ることができる。
【００４７】
リビングラジカル重合は、金属触媒の存在下で行うことが好ましい。金属触媒としては、銅触媒が好ましく、特に塩化銅(I) と２，２' −ビピリジル誘導体のコンプレックスが好ましい。金属触媒の使用量は、グラフト重合させる単量体の総量１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部が好ましい。
【００４８】
溶媒としては、コハク酸ジエチル、コハク酸ジメチル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等が挙げられ、これらの中ではコハク酸ジエチルが好ましい。溶媒の量は、特に限定されないが、通常、単量体の総量１００重量部に対して、５０〜５００重量部程度であることが好ましい。
【００４９】
反応温度は、特に限定されないが、通常、２０〜２００℃が好ましく、反応雰囲気は、大気であってもよく、あるいは窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であってもよい。
【００５０】
反応の終了は、薄層クロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、 1Ｈ−ＮＭＲ等により容易に確認することができる。
【００５１】
反応終了後は、濾過、濃縮、抽出、精製等の公知の操作により、得られた多分岐高分子を単離することができる。
【００５２】
前記グラフト重合により得られる多分岐高分子の数平均分子量は、特に限定されないが、４，０００〜１，０００，０００が好ましく、８，０００〜５００，０００がより好ましい。なお、多分岐高分子の数平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーにより測定することができる。
【００５３】
前記グラフト重合により得られる多分岐高分子の分岐回数は、１〜１０回が好ましく、１〜５回がより好ましい。なお、本発明における分岐の有無は以下の方法で確認することができる。即ち、単量体（Ａ）及び単量体（Ｂ）のみを用いた共重合により得られた第１の態様の多分岐高分子には、 1Ｈ−ＮＭＲでσ＝約４．５ｐｐｍにベンジル位のシグナルが、７．１〜７．３ｐｐｍに多数の芳香族領域シグナルが観測され、単量体（Ｂ）のグラフト重合開始点の残存が確認することができる。一方、得られた多分岐高分子にさらにグラフト重合を行った第２の態様の多分岐高分子では、 1Ｈ−ＮＭＲでσ＝約４．５ｐｐｍのベンジル位のシグナルはほぼ消失し、芳香族領域で観測されるシグナルは約７．２ｐｐｍに１本のみとなり、単量体（Ｂ）のグラフト重合開始点は全てグラフト重合に費やされ消失していることを確認することができる。
【００５４】
また、本発明の多分岐高分子は、カチオン交換により、リチウムイオンを結合させた多分岐高分子であることが好ましい。カチオン交換は、例えば、金属リチウム、水素化リチウム、酸化リチウム、水酸化リチウム等により、行うことができる。
【００５５】
本発明ではさらに、このようにして得られた多分岐高分子からなる基材高分子と電解質塩とを含有した固体電解質を提供する。
【００５６】
電解質塩としては、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ、ＣＦ3 ＣＯ2 Ｌｉ、Ｃ2 Ｆ4 （ＳＯ3 Ｌｉ）2 、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 ＣＬｉ、ＬｉＣｌＦ4 、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＡｌＯ4 、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ、これらの混合塩等のリチウム塩電解質が好ましく、なかでもＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ及び（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 ＣＬｉが特に好ましい。
【００５７】
固体電解質中の電解質塩の含有量は、固体電解質の基材高分子である多分岐高分子のエチレンオキシドユニット（エチレングリコールユニット）、即ち−ＯＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ−に対し、０．５〜３０モル％が好ましく、１〜１０モル％がより好ましい。
【００５８】
本発明の固体電解質には、必要に応じて、電気化学的に不活性な可塑剤、酸化チタン、酸化珪素等の金属酸化物、プラスチックフィラー及び／又はイオン伝導性フィラー等のフィラー等が添加されていてもよい。
【００５９】
本発明の固体電解質は、例えば、基材高分子及び電解質塩をアセトニトリル等の溶媒に溶解させ、溶媒を蒸発させて得ることができるが、電解液及び電解質塩を含むゲルの状態でも使用することができる。
【００６０】
さらに、本発明では、本発明の固体電解質を含んだ電気化学素子を提供する。かかる電気化学素子としては、一次、二次電池、キャパシタ、エレクトロクロミック素子等が挙げられ、本発明の固体電解質は、それらの電解質、電極バインダー等として使用することができるが、特にリチウム二次電池、キャパシタの電解質として有効である。
【００６１】
本発明の電気化学素子が好ましく適用される電池としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子化合物のセパレーター、容器、正負極端子等からなる、角型、円筒型、コイン型、ペーパー型等の各種電池が挙げられる。
【００６２】
リチウム二次電池の場合、正極材料としては、例えばＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎＯ4 等が挙げられ、負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵・離することのできるカーボンで石油系コークス、天然グラファイト、グラファイト化メソフェーズ小球体、ＰＩＣ（Pseudo Isotropic Carbon ）、ＦＭＣ（Fine Mosaic Carbon）、有機物の焼成品等が挙げられる。
【００６３】
固体電解質が実用電池の電気化学素子として使用される場合、以下の性能：
１．広い温度範囲での液体並のイオン伝導度
２．電極（リチウム）／電解質界面の低抵抗化
３．レドックス反応安定性
４．成膜性／隔膜としての強度
５．不燃性、難燃性、自己消火性等の燃焼特性
が求められるが、本発明の多分岐高分子を含有した固体電解質はこれらの性能を満足するものである。
【００６４】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００６５】
実施例１
＜共重合＞  単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）２９ｇ（１１０ミリモル）及び単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン１．３ｇ（８．５ミリモル）からなる単量体混合物をトルエン４５ｇに溶解した。この溶液に、重合開始剤としてペルオキシピバル酸ｔ−ブチル「パーブチルＰＶ」（日本油脂製）１．５ｇを加え、アルゴン気流下、８０℃で３時間加熱撹拌した。反応液を室温に冷却した後、ヘキサン４５ｇを加え、良く撹拌すると粘稠な沈澱を生じた。上澄みを除去し、残渣にもう一度ヘキサン４５ｇを加えて良く撹拌して、上澄みを除去した。残渣を７０℃で３時間真空乾燥した。得られた多分岐高分子（数平均分子量：３１，０００）の 1Ｈ−ＮＭＲ測定では、δ＝約４．５ｐｐｍにベンジル位のプロトンシグナルが、また７．１〜７．３ｐｐｍに多数の芳香族プロトンシグナルが観測された。
【００６６】
＜グラフト重合＞  上記の共重合操作で得られた多分岐高分子１０ｇ、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）１４ｇ（５１ミリモル）及び単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン０．６３ｇ（４．１ミリモル）からなる単量体混合物をコハク酸ジエチル２８ｇに溶解した。この溶液に、アルゴン気流下、塩化銅(I) ０．６３ｇ及び４，４’−ビピリジル０．０９ｇを加えた。この混合液を、アルゴン気流下で１１０℃、５時間加熱撹拌した。反応液に活性炭３ｇ及び水酸化マグネシウム５ｇを加え、加圧濾過器で濾過した。濾液を減圧濃縮し得られた粘稠な残渣を７０℃で、５時間減圧乾燥した。得られた多分岐高分子（数平均分子量：６８，０００）の 1Ｈ−ＮＭＲ測定では、δ＝約４．５ｐｐｍのベンジル位のプロトンシグナルがほぼ消失し、芳香族領域は約７．２ｐｐｍに１本のシグナルのみが観測された。
【００６７】
＜イオン伝導度測定＞  上記のグラフト重合操作で得られた多分岐高分子をアセトニトリルに溶解させ、得られた溶液に電解質塩としてＬｉＢＦ4 を溶解させた後、厚さ８０μｍのＰＥＴフィルム上にアプリケータを用いて流延し、アセトニトリルを揮発させて均一な固体電解質膜（膜厚：約２００μｍ）を得た。その後、イオン伝導度σを下記の方法で測定した。なお、以上の操作は、アルゴンガスを充填したグローブボックス内において行った。
【００６８】
得られた固体電解質膜から２ｃｍ2 の試験片を切り出し、ＳＵＳ電極を用いた導電率測定セルを用いて、グローブボックス内で電極間の交流インピーダンスを測定した（周波数：１〜１０6 Ｈｚ）。イオン伝導度は複素インピーダンス解析により求めた。測定装置は「ＳＩ１２５５型インピーダンスアナライザ」（ソーラトロン社製）を用いた。測定したイオン伝導度σを表１に示す。
【００６９】
実施例２
＜共重合＞  単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）２９ｇ（１１０ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン１．３ｇ（８．５ミリモル）及び単量体（Ｃ）として「ライトエステルＰ−１Ｍ」（共栄社製）０．７ｇ（２．８ミリモル）からなる単量体混合物を使用した他は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：２６，０００）を得た。
【００７０】
＜グラフト重合＞  上記の共重合操作で得られた多分岐高分子１０ｇ、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）１４ｇ（５１ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン０．６３ｇ（４．１ミリモル）及び単量体（Ｃ）として「ライトエステルＰ−１Ｍ」（共栄社製）０．３５ｇ（１．４ミリモル）からなる単量体混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：５３，０００）を得た。
【００７１】
＜イオン伝導度測定＞  実施例１と同様にして固体電解質膜を調製し、イオン伝導度測定を行った。
【００７２】
実施例３
＜共重合＞  単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−１００」（日本油脂製）２８．６ｇ（１１０ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン１．３ｇ（８．５ミリモル）及びアクリロニトリル０．２６ｇ（４．９ミリモル）からなる単量体混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：２９，０００）を得た。
【００７３】
＜グラフト重合＞  上記の共重合操作で得られた多分岐高分子１０ｇ、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−１００」（日本油脂製）１３．９ｇ（７４ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン０．６３ｇ（４．１ミリモル）及びアクリロニトリル０．１３ｇ（２．５ミリモル）からなる単量体混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：６４０００）を得た。
【００７４】
＜イオン伝導度測定＞  実施例１と同様にして固体電解質膜を調製し、イオン伝導度測定を行った。
【００７５】
実施例４
＜共重合＞  単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−１００」（日本油脂製）２９ｇ（１５０ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン１．３ｇ（８．５ミリモル）、単量体（Ｃ）として「ライトエステルＰ−１Ｍ」（共栄社製）０．４ｇ（１．６ミリモル）及びスチレン−４−スルホン酸０．４ｇ（２．２ミリモル）からなる単量体混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：３０，０００）を得た。
【００７６】
＜グラフト重合＞  上記の共重合操作で得られた多分岐高分子を１０ｇ、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−１００」（日本油脂製）１３．９ｇ（７４ミリモル）、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン０．６３ｇ（４．１ミリモル）、単量体（Ｃ）として「ライトエステルＰ−１Ｍ」（共栄社製）０．２ｇ（０．７９ミリモル）及びスチレン−４−スルホン酸０．２ｇ（２．２ミリモル）からなる単量体混合物を使用した以外は、実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：６６，０００）を得た。
【００７７】
＜イオン伝導度測定＞  実施例１と同様にして固体電解質膜を調製し、イオン伝導度測定を行った。
【００７８】
実施例５
＜共重合＞  実施例１と同様にして多分岐高分子（数平均分子量：３１，０００）を得た。
【００７９】
＜グラフト重合＞  上記の共重合操作で得られた多分岐高分子１０ｇ、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）５．０ｇ（１８ミリモル）からなる単量体混合物をコハク酸ジエチル２８ｇに溶解した。この溶液に、アルゴン気流下、塩化銅(I) ０．２１ｇ及び４，４’−ビピリジル０．０３ｇを加えた。この混合液を、アルゴン気流下、１１０℃で４時間加熱撹拌した。反応液に活性炭３ｇ及び水酸化マグネシウム５ｇを加え加圧濾過器で濾過した。濾液を減圧濃縮して残渣を得た。
【００８０】
この残渣をコハク酸ジエチル２８ｇに溶解し、単量体（Ｂ）として４−クロロメチルスチレン０．２１ｇ（１．４ミリモル）を加えた。この溶液に、アルゴン気流下、塩化銅(I) ０．２１ｇ及び４，４’−ビピリジル０．０３ｇを加えた。この混合液を、アルゴン気流下、１１０℃で１時間加熱撹拌した。その後、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）５．０ｇ（１８ミリモル）を加え、アルゴン気流下、３時間加熱撹拌した。反応液に活性炭３ｇ及び水酸化マグネシウム５ｇを加え加圧濾過器で濾過した。濾液を減圧濃縮して残渣を得た。得られた多分岐高分子の 1Ｈ−ＮＭＲ測定では、δ＝約４．５ｐｐｍにベンジル位のプロトンシグナルが観測され、芳香族プロトンとして、約７．２ｐｐｍのシグナルと７．１〜７．３ｐｐｍの多数のシグナルとが観測された。
【００８１】
この残渣をコハク酸ジエチル２８ｇに溶解し、単量体（Ａ）として「ブレンマーＰＭＥ−２００」（日本油脂製）５．０ｇ（１８ミリモル）を加えた。この溶液に、アルゴン気流下、塩化銅(I) ０．２１ｇ及び４，４’−ビピリジル０．０３ｇを加えた。この混合液を、アルゴン気流下、１１０℃で４時間加熱撹拌した。反応液に活性炭３ｇ及び水酸化マグネシウム５ｇを加え加圧濾過器で濾過した。濾液を減圧濃縮し得られた粘稠な残渣を７０℃、５時間減圧乾燥した。得られた多分岐高分子（数平均分子量：６６，０００）の 1Ｈ−ＮＭＲ測定では、芳香族領域としては、約７．２ｐｐｍに１本のシグナルのみが観測された。
【００８２】
＜イオン伝導度測定＞  実施例１と同様にして固体電解質膜を調製し、イオン伝導度測定を行った。
【００８３】
比較例１
ポリエチレンオキサイドのアセトニトリル溶液をＬｉＢＦ4 との塩溶効果により調製し、実施例１と同様にして製膜して、イオン伝導度を測定した。
【００８４】
【表１】
0004491103.tif 000009
【００８５】
以上の結果より、実施例１〜５で得られた固体電解質膜は、比較例１で得られたものよりも、高いイオン伝導度を有することが分かる。
【００８６】
実施例６
ホモジナイザーの容器に所定量のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）と「セフラルソフトＧ１８０」〔フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体を主鎖、側鎖にポリフッ化ビニリデンにより構成されている〕（セントラル硝子社製）とを入れ、これを加温しながら３５００ｒｐｍから７０００ｒｐｍで分散溶解させた。この溶液にさらにＤＭＦを添加し、２５００ｒｐｍから７０００ｒｐｍで分散溶解させた。セフラルソフト溶液の濃度は１０重量％とした。上記セフラルソフト溶液４０ｇをホモジナイザーの容器に入れ、正極活物質としてコバルト酸リチウム（セイミケミカル社製、粒径２〜３μｍ）４３ｇ及びアセチレンブラック「ＨＳ−１００」（電気化学工業社製）３ｇを添加し、１２０００ｒｐｍで５分間室温で分散・混合して正極用塗布液とした。この塗布液をアルミ箔（縦：３０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚み：３０μｍ）にメタルマスク印刷機で直径１５ｍｍの円形状に印刷し、２４時間放置してＤＭＦを蒸発させ、正極とした。この電極の膜厚は０．１５ｍｍであった。上記セフラルソフト溶液４０ｇをホモジナイザーの容器に入れ、負極活物質として黒鉛「ＳＦＧ２５」（ロンザ社製、９０％累積粒径：２５μｍ）９ｇを添加し、１２０００ｒｐｍで５分間室温で分散・混合して負極用塗布液とした。この塗布液を銅箔（縦：３０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚み：３０μｍ）にメタルマスク印刷機で直径１５ｍｍの円形状に印刷し、２４時間放置してＤＭＦを蒸発させ、負極とした。この電極の膜厚は０．１５ｍｍであった。この両金属箔を直径１５ｍｍの円形に切り出し、両塗布膜の間に実施例１で調製した直径１７ｍｍの固体電解質膜を挟み、周囲をポリオレフィン系のホットメルト接着剤でシールしてコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８７】
この電池の内部抵抗は５０Ωと小さかった。また、両電極と固体電解質膜との密着性に問題のないことがわかった。このセルを１ｍＡで２Ｖまで充電後、１Ｖまで放電した。放電容量は、１．５Ｆであった。また、良好なキャパシタ特性を示し、３日後も特性の劣化は見られなかった。
【００８８】
実施例７
固体電解質膜として実施例３で得られた固体電解質膜を使用した以外は、実施例５と同様にしてコイン型リチウムイオン二次電池を作製し、評価した。
【００８９】
この電池の内部抵抗は２０Ωと極めて小さく、さらに、両電極と固体電解質膜との密着性に問題のないことがわかった。このセルを１ｍＡで２Ｖまで充電後、１Ｖまで放電した。放電容量は、１．８Ｆであった。また、良好なキャパシタ特性を示し、３日後も特性の劣化は見られなかった。
【００９０】
比較例２
比較例１で作製した固体電解質膜を使用した以外は、実施例６と同様にしてリチウム二次電池を作製した。この電池の初期の内部抵抗は２００Ωで、両電極と固体電解質との密着性が悪く、３日後の内部抵抗は１０００Ωと大きくなり充放電が不可能になった。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、均質性及び固体強度に優れた高いイオン伝導度を有する高分子固体電解質の基材となる多分岐高分子及びその製造方法を提供することが可能となった。よって、該多分岐高分子を用いることにより、均質性及び固体強度に優れた高いイオン伝導度を有する固体電解質を得ることができる。そして、このような固体電解質を、電気化学素子に用いた場合、電極との良好な電気化学的界面の形成が可能である等の良好な特性を得ることができる。