イオン液体中での刺激応答性高分子の自己組織化と秩序構造形成

离子液体中刺激响应聚合物的自组装和有序结构形成

基本信息

批准号：
13J00192
负责人：
北沢侑造
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者らはこれまでにイオン液体を溶媒とする温度応答性高分子について検討を行ってきた。また、ブロック共重合体の一セグメントとして利用することでイオン液体の温度可逆的なゲル化についても報告してきた。本年度はゲルの機能化という観点から固体電解質に注目した。従来ではイオン液体に対してリチウム塩を添加することでリチウム電池用電解質を調製していたが、塩濃度増加による粘度上昇および導電率の低下、リチウムイオン輸率の低下などが未解決であった。近年、溶媒和イオン液体と呼ばれるリチウムイオンをカチオン構造に内包するイオン液体が報告されており、新しい電解質として注目を集めている。本年度は溶媒和イオン液体中における高分子の溶解挙動を調査することで以下の項目について報告を行った。(1)両親媒性のブロック共重合体の創製、および自己集合を利用した新規固定電解質の提案。両親媒性のABA型トリブロック共重合体を用い、10wt%以上の高分子濃度で透明かつ自己支持性を有する膜を成型できた。得られたイオンゲルは室温における導電率が1mS/cm程度、リチウムイオン輸率が0.5程度と高い値を示し、各種リチウム二次電池に適用可能であることを示した。(2)溶媒和イオン液体中における温度応答性高分子の発見。典型的なイオン液体中のみならず溶媒和イオン液体中においてもLCST型の温度応答性を示す高分子を見出した。また、温度応答性および疎溶媒性セグメントからなるAB型ジブロック共重合体は、高濃度条件下において低温でゲル状態となり、温度上昇によりLCST相転移を示すことで高分子が溶媒和イオン液体と相分離した。このとき形成された高分子相が電極表面を覆うことで電極反応を阻害する挙動が観察された。以上2つの結果を通し、熱的に安定であり溶媒の蒸気圧を著しく抑制した新規高分子固体電解質および機能性電解質を提案した。

迄今为止，申请人已经研究了使用离子液体作为溶剂的温度响应性聚合物。我们还报道了离子液体作为嵌段共聚物片段的热可逆凝胶化。今年，我们从凝胶功能化的角度重点关注固体电解质。传统上，锂电池电解质是通过在离子液体中添加锂盐来制备的，但由于盐浓度增加而导致的粘度增加、电导率下降以及锂离子迁移数减少等问题仍未得到解决。近年来，报道了在阳离子结构中含有锂离子的被称为溶剂化离子液体的离子液体，并且作为新型电解质而受到关注。今年，我们通过研究聚合物在溶剂化离子液体中的溶解行为，报告了以下项目。（1）两亲性嵌段共聚物的创建和利用自组装的新型固定电解质的提议。使用两亲性 ABA 型三嵌段共聚物，我们能够在聚合物浓度为 10 wt% 或更高的情况下形成透明且自支撑的膜。所得离子凝胶在室温下表现出约1 mS/cm的高电导率和约0.5的高锂离子迁移数，表明其可应用于各种锂二次电池。 (2)溶剂化离子液体中温度响应性聚合物的发现。我们发现了一种不仅在典型离子液体中而且在溶剂化离子液体中表现出 LCST 型温度响应性的聚合物。此外，由温度响应性和疏溶剂性链段组成的AB型二嵌段共聚物在高浓度条件下在低温下进入凝胶状态，并随着温度升高而表现出LCST相变，导致聚合物转变为溶剂化离子液体。相分离。观察到此时形成的聚合物相覆盖电极表面并抑制电极反应。基于上述两个结果，我们提出了一种新型聚合物固体电解质和功能电解质，其具有热稳定性并显着抑制溶剂的蒸气压。