高分岐ポリエーテルマクロモノマーの合成とその重合体のイオン伝導特性

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650878
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 渡辺 正義 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60158657)
• 研究分担者: 竹岡 敬和 横浜国立大学, 工学部, 助手 (20303084) ; 今林 慎一郎 横浜国立大学, 工学部, 講師 (50251757)
• キーワード: 高分岐高分子 / ポリエーテル / イオン伝導性高分子 / 高分子固体電解質 / デンドリマー / マクロモノマー / リチウム電池 / 電子移動反応

研究概要

本研究の目的は、高分岐ポリエーテルマクロモノマー、およびこの重合体の合成法を確立し、これまでに無い高いイオン導電率、電気化学的安定性、さらに薄膜成形が可能な高分子固体電解質(イオン伝導性高分子)を創製することにある。イオン伝導性高分子は、一種の固体溶媒であり、この中に電解質を溶解することにより、イオン伝導性が発現する。さらに固体膜として機能するために、固体電解質としての応用が可能になる。ポリエチレンオキシドに代表されるイオン伝導性高分子中では、高分子中の極性基とイオンの相互作用によりキャリヤーイオンが生成し、高分子鎖のセグメント運動によってその移動が起こる。そのため、これまでのイオン伝導性高分子の分子設計指針としては、ポリエーテルのようなイオン解離能を有する高分子のガラス転移温度(Tg)を下げることに、主に力点がおかれ、研究が続けられてきた。本研究では、短い側鎖の速い分子運動による高速イオン移動という新しい概念を導入して分岐型イオン伝導性高分子を設計し、それに電解質塩を溶解した高分子固体電解質のイオン伝導特性を検討した。その結果、工学的に充分に意味のある高分子固体電解質を実現した。具体的には、昨年度までに合成法を確立した、(1)樹枝状側鎖を持つポリエーテルマクロモノマーの重合体、(2)デンドリマー型ポリエーテルマクロモノマーの重合体、など自由末端鎖を高密度に有するポリエーテル架橋体を用いることにより、本研究で提示してきた、自由末端側鎖の速い分子運動とイオン移動の共役という、高速イオン移動が可能な高分子固体電解質を得るための新しい機能設計の概念の妥当性を検証した。さらにこの高速イオン移動を可能にする分子設計指針は、電極活物質との間の電子移動速度の高速化にまで拡張できる可能性を見出した。

研究成果

• [文献書誌] A.Nishimoto,K.Agehara,N.Furuya,T.Watanabe,M.Watanabe: "High Ionic Conductivity of Polyether-Based Polymer Electrolytes Having Hyperbranched Side Chains"Macromolecules. 32. 1541-1548 (1999)
• [文献書誌] M.Kono,E.Hayashi,M.Watanabe: "Preparation, Mechanical Properties, and Electrochemical Characterization of Polymer Gel Electrolytes Prepared from Poly(alkylene oxide) Macromonomers"J. Electrochem. Soc.. 146. 1626-1632 (1999)
• [文献書誌] M.Watanabe,T.Endo,A.Nishimoto,K.Miura,M.Yanagida: "High Ionic Conductivity and Electrode Interface Properties of Polymer Electrolytes Based on High Molecular Weight Branched Polyether"J. Power Sources. 81-82. 786-789 (1999)
• [文献書誌] J.Amanokura,Y.Suzuki,S.Imabayashi,M.Watanabe: "Preparation of Polypyrrole/Polymer Electrolyte Composites with Concentration Gradient of Polypyrrole as Cathode/Electrolyte Material for Lithium Secondary Battery"Electrochemistry. 67. 1159-1161 (1999)
• [文献書誌] M.Watanabe,Y.Suzuki,A.Nishimoto: "Single Ion Conduction in Polyether Electrolytes Alloyed with Lithium Salt of A Perfluorinated Polyimide"Electrochim. Acta. 45. 1187-1192 (2000)
• [文献書誌] T.Michot,A.Nishimoto,M.Watanabe: "Electrochemical Properties of Polymer Gel Electrolytes Based on Poly(vinylidene fluoride) Copolymer and Homopolymer"Electrochim. Acta. 45. 1187-1192 (2000)