Development of high ion conductive polymers having 5-membered cyclic carbonate structures

• Project/Area Number: 15K05525
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: MATSUMOTO Kozo 近畿大学, 産業理工学部, 教授 (90273474)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 高分子固体電解質 / イオン伝導 / リチウムイオン / バッテリー / 5員環カーボナート / 固体高分子電解質 / リチウムイオンバッテリー / イオン伝導性 / ５員環カーボナート / ポリカルボシラン / ポリシロキサン / ポリビニルエーテル / ポリシクロペンテン / イオン伝導度 / カーボナート / 固体電解質 / 高分子電解質

Outline of Final Research Achievements

There remains a safety issue that should be solved in ithium ion batteries, because they contain flammable liquid electrolytes. In this study, we developed novel safe and reliable polymer electrolytes applicable to lithium ion batteries.　We synthesized some soft polymers such as polycarbosilanes, polysiloxanes, and poly(vinyl ether)s having 5-membered cyclic carbonate sturucture, which was similar to that of a component of usual liquid electrolytes. We found that these polymers showed high ionic conductivity with addition of lithium sulfonylimide salts.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高出力で高エネルギー密度の蓄電デバイスであるリチウムイオンバッテリーはスマートフォンやノートPC、電気自動車、ハイブリッドカーなどに幅広く利用されているが、可燃性の電解液を使用するため液漏れや発火等の危険性が問題となっている。本研究では電解液を高分子にすることで安全で信頼性の高いリチウムイオンバッテリーを実現することを目指した。その結果、電解液成分同様の化学構造を柔軟なポリマーに持たせることで電解液に近いイオン伝導度を示す安全な電解質材料が得られることが示された。これは学術的社会的に非常に大きな意義を持つ。

Research Products

• [Journal Article] Applications of a Polysiloxane Having Five-Membered Cyclic Carbonate Groups to Solid Polymer Electrolytes (2017)
  • Author(s): 松本 幸三, 堤 大介, 桑島 信, 遠藤 剛
  • Journal Title: KOBUNSHI RONBUNSHU Volume: 74 Issue: 6 Pages: 502-507
  • DOI: 10.1295/koron.2017-0034
  • NAID: 130006218918
  • ISSN: 0386-2186, 1881-5685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Properties of Polycarbosilanes Having 5-Membered Cyclic Carbonate Groups as Solid Polymer Electrolytes (2016)
  • Author(s): K. Matsumoto, M. Kakehashi, H. Ouchi, M. Yuasa, and T. Endo
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 49 Issue: 24 Pages: 9441-9448
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.6b01516
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and Ring-Opening Polymerization of Functional Silacyclobutane Derivatives and their Application to Lithium Ion Batteries (2015)
  • Author(s): Kozo Matsumoto and Takeshi Endo
  • Journal Title: Macromolecular Symposia Volume: 349 Pages: 21-28
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ポリベンゾイミダゾールの4級化によるヨウ化ポリベンゾイミダゾリウムの合成とその性質 (2018)
  • Author(s): 舟橋 恵美, 松本 幸三, 遠藤 剛
  • Organizer: 第28回日本MRS年次大会
• [Presentation] ポリベンゾイミダゾールの4級化によるヨウ化ポリベンゾイミダゾリウムの合成とその性質 (2018)
  • Author(s): 舟橋 恵美, 松本 幸三, 遠藤 剛
  • Organizer: 第67回高分子討論会
• [Presentation] イミダゾール部位の4級化によるポリベンゾイミダゾリウム合成 (2018)
  • Author(s): 舟橋 恵美, 松本 幸三, 遠藤 剛
  • Organizer: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 5員環カーボナート構造を持つポリシロキサンの高分子電解質として応用 (2017)
  • Author(s): 松本 幸三, 堤 大介, 桑島 信, 遠藤 剛
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] Sythesis of Polycarbosilanes Having 5-Memebered Cyclic Carbonate Groups and their Properties as Solid Polymer Electrolytes (2017)
  • Author(s): Matsumoto, M. Kakehashi, H. Ouchi, H. Mitsuda, T. Endo
  • Organizer: Advanced Polymers via Macromolecular Engineering (APME2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis and Evaluation of Polycarbosilanes Having 5-Membered Cyclic Carbonate Groups as Solid Polymer Electrolytes (2016)
  • Author(s): K. Matsumoto, M. Kakehashi, H. Ouchi, and T. Endo
  • Organizer: The 11th SPSJ International Polymer Conference
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市）
  • Year and Date: 2016-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ５員環カーボナート構造を持つポリカルボシランの合成とイオン伝導性材料としての応用 (2016)
  • Author(s): 松本 幸三, 梯 実穂, 大内 博貴, 遠藤 剛
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス（横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] ５員環カーボナート構造を持つポリカルボシランの固体高分子電解質としての性質 (2016)
  • Author(s): 松本 幸三, 梯 実穂, 遠藤 剛
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市）
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] Synthesis of Polycarbosilanes Carrying 5-Membered Cyclic Carbonate Structures and their Application to Solid Polymer Electrolytes (2015)
  • Author(s): K. Matsumoto, Y. Taniguchi, M. Kakehashi, T. Endo
  • Organizer: 11th IUPAC Internatioanl Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering (APME2015)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ５員環環状カーボナート含有ポリカルボシランの合成と固体高分子電解質としての特性 (2015)
  • Author(s): 松本 幸三, 谷口 雄一郎, 梯 実穂, 遠藤 剛,
  • Organizer: 第64回高分子討論会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス（仙台市）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] ５員環環状カーボナート構造を持つポリカルボシランの合成とイオン伝導性 (2015)
  • Author(s): 松本 幸三, 谷口 雄一郎, 遠藤 剛
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-27