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新規オキセタン化合物及びそのポリマー

国内特許コード P150012225
整理番号 H26-004
掲載日 2015年8月26日
出願番号 特願2014-088359
公開番号 特開2015-205849
出願日 平成26年4月22日(2014.4.22)
公開日 平成27年11月19日(2015.11.19)
発明者
  • 堤 宏守
  • 中野 陽平
出願人
  • 国立大学法人山口大学
発明の名称 新規オキセタン化合物及びそのポリマー
発明の概要 【課題】二次電池用の固体電解質として使用可能な伝導性の高いポリマー及びその原料のモノマーを提供すること。
【解決手段】式(1)で表されるオキセタン化合物、及び該化合物を重合させたポリマーを含む固体電解質。



[RはC1~6のアルキル基;RはC1~4のアルキレン基;R~Rは各々独立して、H、C1~10のアルキル基、又は式(2)で表される末端にニトリル基を有する基



(Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~10のアルキレン基、波線は炭素原子に対する共有結合)ただし、R~Rの少なくとも一つは式(2)で表される末端にニトリル基を有する基]
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


リチウムイオン電池は、携帯電話やノート型パソコンといった小型電子機器の電源として使用され、現代社会に不可欠な存在となっている。通常、リチウムイオン電池には、例えばプロピレンカーボネートやエチレンカーボネートといった可燃性有機溶媒が電解質として含まれる。近年、電気自動車や家庭用大型二次電池の電源としてもリチウムイオン電池が使用されるようになってきており、それら電源の大型化に伴い、液漏れや火災の危険の対策をして、安全性のさらなる向上が必要とされている。



安全性の問題を解決する手段として、電解質に溶媒を全く含まない固体電解質、すなわち、真性ポリマー電解質のリチウムイオン電池への利用が注目されている。真性ポリマー電解質は、金属塩とポリマーから構成され、溶媒を含まないことに加えて、電池の形状を自由に設計できる利点がある。



しかし、真性ポリマー電解質は、液状である電解質と比べてイオン伝導度が低い、柔軟性が低いために電極との密着性が良くない等の問題点がある。



本発明の発明者らは、上記の問題を解決すべく検討し、これまでにトリメチレンオキシド構造(-CHCHCHO-)をポリマーの繰り返し構造として有し、側鎖末端にニトリル基を有する基をもつポリマーを開示している(特許文献1、2、3)。前記ポリマーを含む電解質は、トリメチレンオキシド構造によって柔軟性が付与され、ニトリル基によりリチウム塩が解離してイオン伝導度を示すことがわかった。



しかし、真性ポリマー電解質の材料として用いられるポリマーの種類は特許文献1及び3に示されるものに限られており、実際に電池に使用可能である、柔軟性と高い伝導度を備えた新規ポリマーをさらに見出し、材料であるポリマーの選択の幅を広げることが課題となっている。

産業上の利用分野


本発明は、新規なオキセタン化合物及びそのポリマーに関し、また、該ポリマーを含む固体電解質に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
式(1)で表されるオキセタン化合物。
【化1】



[式中、Rは、C1~C6のアルキル基を表す。Rは、C1~C4のアルキレン基を表す。R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、C1~C10のアルキル基、又は式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化2】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)を表す。ただし、R、R及びRの少なくとも一つは式(2)で表される末端にニトリル基を有する基である。]

【請求項2】
が、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化3】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)であり、R及びRが水素原子又はC1~C10のアルキル基である請求項1に記載の化合物。

【請求項3】
及びRが、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化4】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)であり、Rが水素原子又はC1~C10のアルキル基である請求項1に記載の化合物。

【請求項4】
、R及びRのすべてが式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化5】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)である請求項1に記載の化合物。

【請求項5】
式(2)で表される末端にニトリル基を有する基が、
【化6】


である請求項1~4のいずれかに記載の化合物。

【請求項6】
がエチル基であり、Rがメチレン基であり、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基が
【化7】


である請求項1~4のいずれかに記載の化合物。

【請求項7】
式(3)で表される繰り返し単位をもつポリマー。
【化8】



[式中、Rは、C1~C6のアルキル基を表す。Rは、C1~C4のアルキレン基を表す。R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、C1~C10のアルキル基、又は式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化9】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)を表す。ただし、R、R及びRの少なくとも一つは式(2)で表される末端にニトリル基を有する基である。nは繰り返し単位の数を示す。]

【請求項8】
が、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化10】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)であり、R及びRが水素原子又はC1~C10のアルキル基である請求項7に記載のポリマー。

【請求項9】
及びRが、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化11】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)であり、Rが水素原子又はC1~C10のアルキル基である請求項7に記載のポリマー。

【請求項10】
、R及びRのすべてが式(2)で表される末端にニトリル基を有する基
【化12】



(式中、Rは、エーテル(-O-)、スルフィド(-S-)及びアミン(-NH-)からなる群から選択される基を1又は2以上含んでもよいC1~C10のアルキレン基を表し、波線は炭素原子に対する共有結合を表す。)である請求項7に記載のポリマー。

【請求項11】
式(2)で表される末端にニトリル基を有する基が
【化13】


である請求項7~10のいずれかに記載のポリマー。

【請求項12】
がエチル基であり、Rがメチレン基であり、式(2)で表される末端にニトリル基を有する基が
【化14】


である請求項7~10のいずれかに記載のポリマー。

【請求項13】
請求項7~12のいずれかに記載のポリマーを含むことを特徴とする固体電解質。

【請求項14】
イオンキャリアーを含むことを特徴とする請求項13に記載の固体電解質。

【請求項15】
補強材を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の固体電解質。

【請求項16】
請求項13~15のいずれかに記載の固体電解質を含むことを特徴とする電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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