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

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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。