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JP5888863B2 - High relative permittivity solid material, dielectric, and capacitor type storage battery - Google Patents

High relative permittivity solid material, dielectric, and capacitor type storage battery Download PDF

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JP5888863B2 JP2011040404A JP2011040404A JP5888863B2 JP 5888863 B2 JP5888863 B2 JP 5888863B2 JP 2011040404 A JP2011040404 A JP 2011040404A JP 2011040404 A JP2011040404 A JP 2011040404A JP 5888863 B2 JP5888863 B2 JP 5888863B2
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Description

本発明は、キャパシタ型蓄電池に利用される高比誘電率固体材料、誘電体及びそれを利用したキャパシタ型蓄電池に関するものである。   The present invention relates to a solid material having a high relative dielectric constant used for a capacitor-type storage battery, a dielectric, and a capacitor-type storage battery using the same.

近年地球温暖化防止のため、発電したエネルギーを効率的に蓄電保存する必要に迫られている。このような蓄電システムとしては、携帯機器用蓄電池として理論エネルギー密度に達するまでに著しく進歩したニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の応用が試みられている。これらの蓄電システムは、例えば、リチウムなどの希少金属を用いた電解質を用いている(例えば、特許文献1等)。   In recent years, in order to prevent global warming, it is necessary to efficiently store and store the generated energy. As such power storage systems, applications such as secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, etc. that have made significant progress until reaching the theoretical energy density as storage batteries for portable devices have been attempted. ing. These power storage systems use, for example, an electrolyte using a rare metal such as lithium (for example, Patent Document 1).

蓄電池に電解質を用いる場合、充電に時間を要する。また、電解質の劣化が生じるため、蓄電池の寿命が短い。また、高出力電圧を実現するためには、複数の蓄電池を直列に接続する必要があった。これに対し、キャパシタを蓄電池として使用した場合、充電時間が短く、寿命が長く、かつ高出力電圧を実現できる。しかし、キャパシタを蓄電池として使用する場合、その単位体積あたりの容量を大きくする必要がある。このためには比誘電率の高い材料が求められる。   When an electrolyte is used for a storage battery, charging takes time. Further, since the electrolyte is deteriorated, the life of the storage battery is short. Moreover, in order to implement | achieve a high output voltage, it was necessary to connect a some storage battery in series. On the other hand, when a capacitor is used as a storage battery, the charging time is short, the life is long, and a high output voltage can be realized. However, when a capacitor is used as a storage battery, it is necessary to increase the capacity per unit volume. For this purpose, a material having a high relative dielectric constant is required.

特許4452830号明細書Japanese Patent No. 4428830

本発明の課題は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、比誘電率が高く、リーク電流の発生が抑制された高比誘電率固体材料及び誘電体、並びに、それを利用した、単位体積あたりの容量が大きく、耐圧性に優れたキャパシタ型蓄電池を提供することにある。   An object of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and has a high relative dielectric constant, a high relative dielectric constant solid material and a dielectric material in which the occurrence of leakage current is suppressed, and use thereof Another object of the present invention is to provide a capacitor-type storage battery having a large capacity per unit volume and excellent pressure resistance.

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の高比誘電率固体材料は、ケイ酸、シロキサン、及びシリコネートの少なくとも1つのケイ素化合物であって、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されたケイ素化合物からなる高比誘電率固体材料である。
ただし、ケイ酸の持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されたケイ素化合物からなり、金属イオンがマグネシウムイオンの場合、ケイ素化合物の分子構造は、≡Si−O−Si≡結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有する。また、ケイ素化合物は、さらに他のシロキサンを脱水縮合で結合した結合物である。
The above problem is solved by the following means. That is,
The high relative permittivity solid material of the present invention is at least one silicon compound of silicic acid, siloxane, and siliconate, and has a covalent bond as well as an ionic bond with respect to at least a part of the hydroxyl group of the silicon compound. It is a solid material having a high dielectric constant made of a silicon compound in which metal ions are modified by bonding.
However, when at least part of the hydroxyl group of silicic acid is a bond that has both an ionic bond and a covalent bond, the metal ion is composed of a silicon compound, and when the metal ion is a magnesium ion, the molecular structure of the silicon compound Has a ≡Si—O—Si≡ bond as a skeleton, and has silicon atoms in the range of 20 to 10,000. The silicon compound is a bonded product obtained by bonding other siloxanes by dehydration condensation.

本発明の高比誘電率固体材料において、前記ケイ素化合物は、絶対値6kV/cm以下の電界強度におけるリーク電流値が1×10−9A/cm以下であることがよい。 In the high relative dielectric constant solid material of the present invention, the silicon compound preferably has a leak current value of 1 × 10 −9 A / cm 2 or less at an electric field strength of 6 kV / cm or less in absolute value.

本発明の高比誘電率固体材料において、前記金属イオンは、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の水素原子に置換することで、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して修飾されていることがよい。   In the high relative dielectric constant solid material of the present invention, the metal ion may be modified to at least a part of the hydroxyl group of the silicon compound by substituting a hydrogen atom of the hydroxyl group of the silicon compound. Good.

本発明の高比誘電率固体材料において、ケイ素化合物の分子構造は、≡Si−O−Si≡結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有することがよい。   In the high relative dielectric constant solid material of the present invention, the molecular structure of the silicon compound preferably has a ≡Si—O—Si≡ bond as a skeleton and has silicon atoms in the range of 20 or more and 10,000 or less.

本発明の高比誘電率固体材料において、前記金属イオンは、周期律表2族に属する金属のイオン、周期律表13族に属する金属のイオン、及びリン(P)のイオンから選択される1種であることがよい。
本発明の高比誘電率固体材料において、前記ケイ素化合物は、さらに他のシロキサンを結合した結合物であることがよい。
In the high relative permittivity solid material of the present invention, the metal ion is selected from metal ions belonging to Group 2 of the periodic table, metal ions belonging to Group 13 of the periodic table, and phosphorus (P) ions 1 It should be a seed.
In the high relative dielectric constant solid material of the present invention, the silicon compound is preferably a bonded product in which another siloxane is bonded.

また、本発明の誘電体は、
上記本発明の高比誘電率固体材料を少なくとも含んで構成された誘電体である。
The dielectric of the present invention is
A dielectric comprising at least the high relative dielectric constant solid material of the present invention.

本発明の誘電体において、ペロブスカイト系酸化物、及び不定比酸素量が0.01以上0.2以下の結晶構造を持つ酸化物から選択される少なくとも1種をさらに含んで構成されることがよい。   The dielectric of the present invention may further include at least one selected from perovskite-based oxides and oxides having a crystal structure with a nonstoichiometric oxygen content of 0.01 to 0.2. .

また、本発明のキャパシタ型蓄電池は、
一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された誘電体であって、上記本発明の誘電体と、
を有するキャパシタ型蓄電池である。
The capacitor-type storage battery of the present invention is
A pair of electrodes;
A dielectric disposed between the pair of electrodes, the dielectric of the present invention;
It is a capacitor type storage battery having

また、本発明のキャパシタ型蓄電池は、前記一対の電極と前記誘電体の接触面に、前記一対の電極と前記誘電体との反応物が形成されていてもよい。   In the capacitor-type storage battery of the present invention, a reaction product between the pair of electrodes and the dielectric may be formed on a contact surface between the pair of electrodes and the dielectric.

本発明によれば、比誘電率が高く、リーク電流の発生が抑制された高比誘電率固体材料及び誘電体、並びに、それを利用した、単位体積あたりの容量が大きく、耐圧性に優れたキャパシタ型蓄電池を提供することができる。   According to the present invention, a high relative permittivity solid material and a dielectric material having a high relative permittivity and a suppressed leakage current, and a large capacity per unit volume and excellent pressure resistance using the same. A capacitor-type storage battery can be provided.

ジメチルシロキサンの高分子構造(ポリマー構造)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the polymer structure (polymer structure) of dimethylsiloxane. 本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物に電界が付与されていない状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state by which the electric field is not provided to the silicon compound which is a high dielectric constant solid material of this invention. 本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物に電界が付与された状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state by which the electric field was provided to the silicon compound which is a high dielectric constant solid material of this invention. 比誘電率と電位変化の周波数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a dielectric constant and the frequency of an electrical potential change. 分極子の種類と分極率、周波数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the kind of polariser, polarizability, and frequency. 本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物の製造方法の一例を示す反応式である。It is a reaction formula which shows an example of the manufacturing method of the silicon compound which is a high dielectric constant solid material of this invention. 本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物の製造方法の一例を示す反応式である。It is a reaction formula which shows an example of the manufacturing method of the silicon compound which is a high dielectric constant solid material of this invention. 本発明のキャパシタ型蓄電池の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the capacitor type storage battery of this invention.

本発明について詳細に説明する。   The present invention will be described in detail.

(高比誘電率固体材料)
本発明の高比誘電率固体材料は、ケイ酸、シロキサン、及びシリコネートの少なくとも1つのケイ素化合物からなる。
そして、ケイ素化合物は、ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されている。
ただし、ケイ酸の持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されたケイ素化合物からなり、金属イオンがマグネシウムイオンの場合、ケイ素化合物の分子構造は、≡Si−O−Si≡結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有する。また、ケイ素化合物は、さらに他のシロキサンを脱水縮合で結合した結合物である。
(High dielectric constant solid material)
The high dielectric constant solid material of the present invention comprises at least one silicon compound of silicic acid, siloxane, and siliconate.
In the silicon compound, at least a part of the hydroxyl group of the silicon compound is modified with a metal ion by a bond that has both an ionic bond and a covalent bond.
However, when at least part of the hydroxyl group of silicic acid is a bond that has both an ionic bond and a covalent bond, the metal ion is composed of a silicon compound, and when the metal ion is a magnesium ion, the molecular structure of the silicon compound Has a ≡Si—O—Si≡ bond as a skeleton, and has silicon atoms in the range of 20 to 10,000. The silicon compound is a bonded product obtained by bonding other siloxanes by dehydration condensation.

本発明者らは、鋭意研究した結果、電界により分子構造が移動(変化)する空間電荷分布型の誘電率固体材料により、比誘電率の高く、リーク電流の発生が抑制された高比誘電率固体材料が得られることを見出した。
具体的には、以下の通りである。
まず、発明者らは、一般的な炭素を主要骨格元素とした炭素系化合物(例えば、アクリル系樹脂やエポキシ系等の高分子等)は、一般に立体障害や水素結合の影響により電界により分子構造が移動(変化)することは考えづらく、空間電荷分布型の誘電率固体材料とはならないと考えた。
そこで、本発明者らは、誘電率固体材料として、炭素に代え、ケイ素を骨格とするケイ酸、シロキサン、及びシリコネートの少なくとも1つのケイ素化合物を適用し、ゆるい3次元構造とし、このケイ素化合物が持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンを修飾することで、原子構造の電界による変位(分子、原子分極)で起こるペロブスカイト構造とは本質的に異なり、分子の電界による移動、回転、すなわち空間電荷分布による分極の移動が生じ、高い比誘電率が実現できることを見出した。
As a result of diligent research, the inventors of the present invention have a high relative dielectric constant in which the generation of leakage current is suppressed by a space charge distribution type dielectric solid material whose molecular structure moves (changes) by an electric field. It has been found that a solid material can be obtained.
Specifically, it is as follows.
First, the inventors have found that carbon-based compounds having carbon as a main skeleton element (for example, polymers such as acrylic resins and epoxy resins) generally have a molecular structure due to steric hindrance and hydrogen bonding due to the influence of electric fields. It is difficult to think about the movement (change) of the material, and it was considered that this would not be a space charge distribution type dielectric solid material.
Therefore, the present inventors applied at least one silicon compound of silicic acid, siloxane, and siliconate having a silicon skeleton as a dielectric solid material instead of carbon to form a loose three-dimensional structure, The perovskite structure that occurs due to the displacement of the atomic structure due to the electric field (molecules, atomic polarization) by modifying the metal ion with a bond that has both an ionic bond and a covalent bond for at least a portion of the hydroxyl group possessed. In contrast, it has been found that the movement and rotation of molecules due to the electric field, that is, the movement of polarization due to space charge distribution, can be realized, and a high dielectric constant can be realized.

ここで、ケイ素(Si)とその化合物に関する基本的性質を説明する。
ケイ素(Si)は、周期律表第14族に属し、炭素(C)の真下に位置する。その外殻電子配置は3s3pであり、炭素の2s2pと等電子構造である。このためケイ素は、炭素と類似の性質を持ち、安定な4配位型化合物(例えば、SiH,SiCl,SiMe,SiO(tetrahedral)等)を容易に作る。
また、ケイ素は、また、−Si−O−,−Si−Si−,−Si−C−,−Si−N−等の結合で連なった高分子を作る。代表的な「−Si−O−」の結合で直鎖的に連なったシロキサン(ジメチルシロキサン)の高分子構造(ポリマー構造)を示すと図1のようになる。
Here, basic properties regarding silicon (Si) and its compounds will be described.
Silicon (Si) belongs to group 14 of the periodic table, and is located directly below carbon (C). Its outer electron configuration is 3s 2 3p 2, which is an isoelectronic structure with 2s 2 2p 2 of carbon. For this reason, silicon has a property similar to that of carbon, and easily forms a stable four-coordinate compound (for example, SiH 4 , SiCl 4 , SiMe 4 , SiO 2 (tetrahedral), etc.).
Silicon also forms a polymer linked by bonds such as -Si-O-, -Si-Si-, -Si-C-, and -Si-N-. FIG. 1 shows a polymer structure (polymer structure) of siloxane (dimethylsiloxane) linearly linked by a typical “—Si—O—” bond.

これら4配位型化合物や上記結合で連なった高分子は、ケイ素特有の性質が顕著に表れる。   These tetracoordinate compounds and polymers linked by the above bond exhibit remarkable properties unique to silicon.

具体的には、ケイ素の分子軌道は、空のd軌道が広がっていて、ケイ素の共有半径は1.17Åと炭素の0.77Åに比べて大きい。このため、炭素−ケイ素及びケイ素−酸素結合は、炭素−炭素結合に比べてそれぞれ25%、50%程度長い。
これにより、ケイ素−炭素結合及びケイ素−酸素結合はまわりの回転障壁は小さく(回転自由度が高い)、また多重結合を作り難い。特に、ケイ素−酸素結合の骨格(具体的には、例えば「≡Si−O−Si≡」結合の骨格)は酸素(O)の結合枝の角度の変位自由度は大きい。
例えば、この構造を有する「−Si−O−」の結合で直鎖的に連なったシロキサンは柔軟なゲル状又はゴム状になる。これは、図1に示すような、「−Si−O−」の結合で直鎖的に連なったシロキサンのラセン構造が弱い力で伸び、回転するためである。
また、水素イオン(プロトン)より、空のd軌道の広がりが大きいことから、反応性も高く、金属(例えば蓄電池の電極)との接触部で反応物を作ることもある。例えば「≡Si−H+M→≡Si−M(+)+H(+)」(ここで、Mは金属を示す)となり、反応物を生成し、H(+)は周辺の反応性端部に結合する。一番多い反応はおそらく金属酸化物と反応し、「−OH」となると考えられる。
Specifically, the silicon molecular orbital has an empty d-orbital, and the silicon shared radius is 1.17 mm, which is larger than 0.77 cm for carbon. For this reason, the carbon-silicon and silicon-oxygen bonds are about 25% and 50% longer than the carbon-carbon bonds, respectively.
As a result, the silicon-carbon bond and silicon-oxygen bond have a small rotation barrier (high degree of freedom of rotation), and it is difficult to form multiple bonds. In particular, a skeleton of a silicon-oxygen bond (specifically, for example, a skeleton of “≡Si—O—Si≡” bond) has a large degree of freedom in displacement of the angle of the oxygen (O) bond branch.
For example, a siloxane linearly linked by a “—Si—O—” bond having this structure becomes a soft gel or rubber. This is because, as shown in FIG. 1, the helical structure of siloxane linearly linked by a “—Si—O—” bond extends and rotates with a weak force.
Moreover, since the empty d-orbital spread is larger than that of hydrogen ions (protons), the reactivity is also high, and a reactant may be produced at the contact portion with a metal (for example, an electrode of a storage battery). For example, “≡Si-H + M → ≡Si-M (+) + H (+) ” (where M represents a metal) to generate a reactant, and H (+) binds to the peripheral reactive edge. To do. The most common reaction probably reacts with metal oxides to become “—OH”.

加えて、ケイ素の電気陰性度は1.9であり、酸素の3.44よりもかなり小さいため、炭素−炭素結合とは異なり、ケイ素−酸素結合ではSi(+)−O(−)に分極する。
つまり、ケイ素に結合する水酸基は、分極し、分極子として機能することとなる。
なお、ケイ素−酸素結合の分極が大きいため、例えば、水溶性のシリコンオイルのシラノール基は自然放置や加熱で容易に脱水縮合する。また、ケイ素は、5配位、6配位のような高配位型化合物を容易に作る。
In addition, since the electronegativity of silicon is 1.9, which is much smaller than 3.44 for oxygen, unlike carbon-carbon bonds, silicon-oxygen bonds are polarized to Si (+) -O (-) . To do.
That is, the hydroxyl group bonded to silicon is polarized and functions as a polarizer.
In addition, since the polarization of the silicon-oxygen bond is large, for example, the silanol group of water-soluble silicon oil is easily dehydrated and condensed by natural standing or heating. In addition, silicon easily forms highly coordinated compounds such as pentacoordinate and hexacoordinate.

そして、ケイ素特有の性質を有する、ケイ酸、シロキサン、及びシリコネートのケイ素化合物が持つ水酸基の少なくとも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンを修飾すると(具体的にはケイ素化合物の持つ水酸基の水素原子を、金属イオンで置換すると)、当該金属イオンで修飾された水酸基はより大きな分極を持つ基となる。
つまり、ケイ素化合物に対して電界が付与されたとき、金属イオンで修飾された水酸基は、ケイ素(Si)に対して大きく移動できると共に、分極が大きい分極子であることから、「Si(+)−O(−)−M(+)」の強い分極状態を作り出せる(ここで、Mは金属イオンを示す)。
Then, when metal ions are modified with a bond having both an ionic bond and a covalent bond with respect to at least a part of hydroxyl groups of silicon compounds of silicic acid, siloxane, and siliconate having properties peculiar to silicon (specifically, When the hydrogen atom of the hydroxyl group of the silicon compound is replaced with a metal ion), the hydroxyl group modified with the metal ion becomes a group having a greater polarization.
That is, when an electric field is applied to a silicon compound, a hydroxyl group modified with a metal ion can move greatly with respect to silicon (Si) and has a large polarization. Therefore, “Si (+) -O (-) -M (+) "can be created (where M represents a metal ion).

加えて、ケイ素化合物の水酸基に対して修飾する金属イオンがイオン結合で共有結合を兼ね備える結合で修飾されていると、ケイ素化合物に対して電界が付与され、ケイ素化合物の水酸基において電荷の配列が起きても、これら基に修飾された金属イオンの結合が切断されないため、例えば、電極表面に金属イオンが誘導され反応することもない。
これら現象は、ケイ素(Si原子)数が多いケイ酸やシロキサンの場合(例えば、「≡Si−O−Si≡」結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有する分子構造を持つケイ素化合物)、これらケイ素化合物が柔軟性及び回転性を保持し易いことから、ケイ素化合物自体の回転・変形の自由度が大きく、分極子として機能する金属イオンで修飾された水酸基がケイ素(つまり、「≡Si−O−Si≡」結合の骨格)に結合したまま(繋がったまま)、より大きく移動するため、「Si(+)−O(−)−M(+)」のより強い分極状態を作り出せる(ここで、Mは金属イオンを示す)。
In addition, if the metal ion that modifies the hydroxyl group of the silicon compound is modified with an ionic bond and a bond that also has a covalent bond, an electric field is applied to the silicon compound, and charge arrangement occurs at the hydroxyl group of the silicon compound. However, since the bond of the metal ions modified to these groups is not cleaved, for example, the metal ions are not induced and reacted on the electrode surface.
In the case of silicic acid or siloxane having a large number of silicon (Si atoms) (for example, a molecular structure having a “≡Si—O—Si≡” bond as a skeleton and having silicon atoms in the range of 20 to 10,000. Since these silicon compounds are easy to maintain flexibility and rotation, the silicon compound itself has a large degree of freedom of rotation and deformation, and the hydroxyl group modified with a metal ion that functions as a polarizer is silicon ( That is, since it moves more while being bonded (while being connected) to the “≡Si—O—Si≡” bond skeleton), it is stronger than “Si (+) −O (−) −M (+) ”. A polarization state can be created (where M represents a metal ion).

この様子を、ケイ素化合物一分子をモデルとして、図2及び図3に模式的に示す。図2及び図3では、一対の電極間にケイ素化合物を配置し(図2参照)、一対の電極間に電圧を印加すると(図3参照;図3では上部電極にマイナス、下部電極にプラスで電圧を印加)、分極子が分子の回転や変形を伴い下部電極側に移動する様子を示している。
なお、図2及び図3では、ケイ素化合物の分極子として機能する金属イオンが修飾された水酸基として、水素原子がアルミニウムイオン(Al3+)で置換された水酸基を示している。
This state is schematically shown in FIGS. 2 and 3 using one silicon compound molecule as a model. 2 and 3, when a silicon compound is placed between a pair of electrodes (see FIG. 2) and a voltage is applied between the pair of electrodes (see FIG. 3; in FIG. 3, the upper electrode has a minus and the lower electrode has a plus The voltage is applied), and the polarizer moves to the lower electrode side with the rotation and deformation of the molecule.
2 and 3, a hydroxyl group in which a hydrogen atom is substituted with an aluminum ion (Al 3+ ) is shown as a hydroxyl group modified with a metal ion that functions as a polarizer of a silicon compound.

ここで、図2は、ケイ素化合物に電界が付与されていない状態(つまり一対の電極間に電圧を印加していない状態)を示している。図2では、分極子を楕円の線で囲って示している。
一方、図3は、ケイ素化合物に電界が付与された状態(つまり一対の電極間に電圧を印加した状態)を示している。図3では、電界による移動後の分極子を楕円の線で囲み、電界による移動前(つまり電界付与前)の分極子が存在した領域を楕円の点線で囲んで示している。
なお、図2及び図3中、11は上部電極、12は下部電極を示している。
Here, FIG. 2 shows a state where no electric field is applied to the silicon compound (that is, a state where no voltage is applied between the pair of electrodes). In FIG. 2, the polarizer is shown surrounded by an elliptical line.
On the other hand, FIG. 3 shows a state where an electric field is applied to the silicon compound (that is, a state where a voltage is applied between a pair of electrodes). In FIG. 3, the polarizer after movement by the electric field is surrounded by an elliptical line, and the region where the polarizer before the movement by the electric field (that is, before application of the electric field) exists is surrounded by an elliptical dotted line.
2 and 3, 11 indicates an upper electrode, and 12 indicates a lower electrode.

以上から、上記ケイ素化合物からなる高比誘電率固体材料は、同電位差においても多くの分極子が発現することから、電極間に印加した電圧Vに対応し電極表面に現れる電荷数Qの比が静電容量C=Q/Vとなるため、静電容量が大きい、すなわち比誘電率が高くなる。
加えて、上記ケイ素化合物からなる高比誘電率固体材料は、ケイ素化合物に対して電界が付与され、ケイ素化合物の水酸基において電荷の配列が起きても、これら基に修飾された金属イオンの結合が切断されないため、リーク電流が生じ難くなる、つまり耐圧性が高くなる。
From the above, the high relative permittivity solid material made of the above silicon compound exhibits many polarizers even at the same potential difference, and therefore the ratio of the number of charges Q appearing on the electrode surface corresponding to the voltage V applied between the electrodes is high. Since the electrostatic capacity C = Q / V, the electrostatic capacity is large, that is, the relative dielectric constant is increased.
In addition, the high relative permittivity solid material made of the above silicon compound has an electric field applied to the silicon compound, and even when charge arrangement occurs in the hydroxyl group of the silicon compound, the bond of the metal ion modified to these groups does not occur. Since it is not cut, leakage current is unlikely to occur, that is, withstand voltage is increased.

ここで、分極子の配向は一般に分子分極と呼ばれているが、その状態で分子の変形や回転が伴い、移動距離が大きくなると、空間電荷分布分極も兼ね備わることとなる。   Here, the orientation of the polarizer is generally referred to as molecular polarization. In this state, the molecules are deformed and rotated, and when the moving distance is increased, the space charge distribution polarization is also used.

水酸基(−OH)の分子分極の電位による変位速度は1GHz領域であるが、分子構造変形、回転を伴った空間電荷分布的変位は0.001Hzから10Hz程度と遅い(図4及び図5参照)。しかし、蓄電池における電位変化は、これ以上に遅い周波数のため、上記ケイ素化合物からなる高比誘電率固体材料は、十分この分極効果も加味されたものとなる。
なお、図4及び図5は、分極の種類と電位変化の周波数応答の一般的概念を示す関係図であり、具体的には、図4は比誘電率と電位変化の周波数との関係を示すグラフ、図5は分極子の種類と分極率、周波数の関係を示すグラフである。
The displacement rate due to the molecular polarization potential of the hydroxyl group (—OH) is in the 1 GHz region, but the spatial charge distribution displacement accompanied by molecular structure deformation and rotation is as slow as about 0.001 Hz to 10 Hz (see FIGS. 4 and 5). . However, since the potential change in the storage battery has a slower frequency than this, the high relative permittivity solid material made of the silicon compound sufficiently takes this polarization effect into consideration.
4 and 5 are relationship diagrams showing the general concept of the type of polarization and the frequency response of potential change. Specifically, FIG. 4 shows the relationship between the relative permittivity and the frequency of potential change. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the type of polariser, the polarizability, and the frequency.

以下、本発明の高比誘電率固体材料について、より詳細に説明する。
本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物は、ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されている、ケイ酸、シロキサン、及びシリコネートの少なくとも1つである。
具体的な、本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物の態様は以下の通りである。
1)ケイ酸が持つ複数の水酸基の少なくとも一部に対して、金属イオンが修飾されているもの(具体的には、当該水酸基の水素原子を金属イオンで置換したもの)
2)シロキサンが持つ複数の水酸基の少なくとも一部に対して、金属イオンが修飾されているもの(具体的には、当該水酸基の水素原子を金属イオンで置換したもの)
3)シリコネートが持つ複数の水酸基の少なくとも一部に対して、金属イオンが修飾されているもの(具体的には、当該水酸基の水素原子を金属イオンで置換したもの)
4)これらの混合物
Hereinafter, the high relative dielectric constant solid material of the present invention will be described in more detail.
The silicon compound, which is a solid material having a high relative dielectric constant of the present invention, is a silicic acid or siloxane in which a metal ion is modified with a bond having both an ionic bond and a covalent bond with respect to at least a part of the hydroxyl group of the silicon compound , And at least one of siliconate.
Specific embodiments of the silicon compound that is the solid material having a high relative dielectric constant of the present invention are as follows.
1) A metal ion modified to at least a part of a plurality of hydroxyl groups of silicic acid (specifically, a hydrogen atom of the hydroxyl group is substituted with a metal ion)
2) A metal ion is modified to at least a part of a plurality of hydroxyl groups of siloxane (specifically, a hydrogen atom of the hydroxyl group is substituted with a metal ion)
3) A metal ion is modified to at least a part of a plurality of hydroxyl groups of the siliconate (specifically, a hydrogen atom of the hydroxyl group is substituted with a metal ion)
4) Mixtures of these

ケイ酸について説明する。
ケイ酸(金属イオンで修飾される前のケイ酸:以下同様)としては、[SiO(OH)4−2x、の化学式で表される鎖状化合物や環状化合物等が挙げられる。但し、これら化学式中、x、nは、1以上の自然数を示す。
ケイ酸としては、ナトリウム等の金属塩(例えばケイ酸ナトリウム:ケイ酸が持つ複数の水酸基の少なくとも一部がナトリウムイオンで修飾されたもの等)であってもよい。
The silicic acid will be described.
Examples of silicic acid (silicic acid before being modified with a metal ion: hereinafter the same) include a chain compound or a cyclic compound represented by a chemical formula of [SiO x (OH) 4-2x ] n . However, in these chemical formulas, x and n represent a natural number of 1 or more.
The silicic acid may be a metal salt such as sodium (for example, sodium silicate: at least some of a plurality of hydroxyl groups of silicic acid are modified with sodium ions).

シロキサンについて説明する。
シロキサン(金属イオンで修飾される前のシロキサン:以下同様)としては、例えば、末端基が水酸基(シリケート基)であるジメチルポリシロキサン(ジメチルシリコーン)、ジヒドロキシポリシロキサン、末端基が水酸基(シリケート基)であるヘキサメチルジシロキサン等が挙げられる。
Siloxane will be described.
Examples of siloxane (siloxane before being modified with metal ions: the same applies hereinafter) include, for example, dimethylpolysiloxane (dimethylsilicone) whose terminal group is a hydroxyl group (silicate group), dihydroxypolysiloxane, and hydroxyl group (silicate group) whose terminal group is a hydroxyl group. And hexamethyldisiloxane.

シリコネートについて説明する。
シリコネート(金属イオンで修飾される前のシリコネート:以下同様)としては、メチルシリコネート、フェニレンシリコネート、キシレンシリコネート等が挙げられる。
シリコネートとしては、ナトリウム等の金属塩(例えばナトリウムメチルシリコネート:シリコネートが持つ複数の水酸基の少なくとも一部がナトリウムイオン修飾されたもの等)であってもよい。
The siliconate will be described.
Examples of the siliconate (siliconate before being modified with a metal ion: the same applies hereinafter) include methyl siliconate, phenylene siliconate, xylene siliconate and the like.
The siliconate may be a metal salt such as sodium (for example, sodium methylsiliconate: a product in which at least some of the hydroxyl groups of the siliconate are modified with sodium ions).

金属イオンについて説明する。
金属イオンは、ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で修飾するものである。
金属イオンは、具体的には、ケイ素化合物の持つ水酸基の水素原子に置換することで、ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して修飾するものである。つまり、ケイ素化合物の持つ水酸基の水素原子に金属イオンを置換させることで、金属塩構造を形成する。
The metal ion will be described.
A metal ion modifies a hydroxyl group of a silicon compound with a bond having both an ionic bond and a covalent bond.
Specifically, the metal ion is modified with respect to at least a part of the hydroxyl group of the silicon compound by substituting the hydrogen atom of the hydroxyl group of the silicon compound. That is, a metal salt structure is formed by substituting a metal ion for a hydrogen atom of a hydroxyl group of a silicon compound.

なお、ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して、金属イオン修飾するとは、ケイ素化合物の持つ複数の水酸基のうち、全部の水酸基に対して金属イオンを修飾させてもよいし、一部修飾させない水酸基を存在させるように水酸基に対して金属イオンを修飾させてもよいことを意味する。   Note that the metal ion modification of at least a part of the hydroxyl groups of the silicon compound means that the metal ions may be modified for all of the hydroxyl groups of the silicon compound or may be partially modified. It means that a metal ion may be modified with respect to a hydroxyl group so that a hydroxyl group not to be present is present.

ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合での修飾を実現する金属イオンとしては、例えば、周期律表2族に属する金属のイオン、周期律表13族に属する金属のイオン、及びリン(P)のイオンから選択される1種が好適に挙げられる。   Examples of a metal ion that realizes modification with a bond having a covalent bond as well as an ionic bond with respect to a hydroxyl group of a silicon compound include, for example, metal ions belonging to Group 2 of the periodic table and metals belonging to Group 13 of the periodic table. One type selected from ions and phosphorus (P) ions is preferred.

周期律表2族に属する金属としては、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)が代表的に挙げられる。
周期律表13族に属する金属としては、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)が代表的に挙げられる。
Typical examples of metals belonging to Group 2 of the periodic table include magnesium (Mg) and calcium (Ca).
Typical examples of the metals belonging to Group 13 of the periodic table include boron (B) and aluminum (Al).

これら金属のイオンの中でも、反応収率、化学的安定性の観点から、アルミニウムイオン、ホウ素イオンが特に好適である。   Among these metal ions, aluminum ions and boron ions are particularly preferable from the viewpoint of reaction yield and chemical stability.

ここで、ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、金属イオンがイオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合での修飾していることは、当該ケイ素化合物のリーク電流値を調べることで検証できる。
金属イオンが、ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、イオン結合のみの結合で修飾されている場合、電界付与により金属イオンの結合が切断されることで、リーク電流が発生し易い。
一方で、金属イオンが、ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で修飾されている場合、電界付与により金属イオンの結合が切断され難く、リーク電流が発生し難い。
したがって、ケイ素化合物のリーク電流値を調べることで、ケイ素化合物が持つ水酸基に対して、金属イオンがイオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合での修飾していることを検証することができる。
具体的には、ケイ素化合物のリーク電流値(絶対値6kV/cm以下の電界強度におけるリーク電流値:詳細は後述する)が、1×10−9A/cm以下である場合、金属イオンがイオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で修飾していると言える。
Here, it can be verified by examining the leakage current value of the silicon compound that the hydroxyl group of the silicon compound is modified with a bond having both a ionic bond and a covalent bond.
In the case where the metal ion is modified with a bond having only an ionic bond with respect to the hydroxyl group of the silicon compound, a leak current is likely to be generated by cutting the bond of the metal ion by applying an electric field.
On the other hand, when the metal ion is modified with a bond having a covalent bond as well as an ionic bond with respect to a hydroxyl group of the silicon compound, the bond of the metal ion is difficult to be cut by applying an electric field, and a leak current is hardly generated.
Therefore, by examining the leakage current value of the silicon compound, it is possible to verify that the metal ion is modified with a bond having a covalent bond as well as an ionic bond with respect to the hydroxyl group of the silicon compound.
Specifically, when the leakage current value of the silicon compound (leakage current value at an electric field intensity of 6 kV / cm or less in absolute value: details will be described later) is 1 × 10 −9 A / cm 2 or less, the metal ion It can be said that it is modified with a bond having both an ionic bond and a covalent bond.

次に、本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物の形態な形態や特性について説明する。
ケイ素化合物は、「≡Si−O−Si≡」結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲(好ましくは50以上8,000以下、より好ましくは100以上8,000以下)で有する分子構造を持つケイ素化合物であることがよい。
このケイ素化合物として具体的には、例えば、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲のケイ酸、又はシロキサンである。
このケイ素化合物は、柔軟性及び回転性を保持し易いことから、ケイ素化合物自体の回転・変形の自由度が大きく、分極子として機能する金属イオンで修飾された水酸基がケイ素(つまり、「≡Si−O−Si≡」結合の骨格)に結合したまま(繋がったまま)、より大きく移動し、比誘電率が向上する。
Next, the morphological form and characteristics of the silicon compound which is the high relative dielectric constant solid material of the present invention will be described.
The silicon compound has a “≡Si—O—Si≡” bond as a skeleton, and has a silicon atom in the range of 20 or more and 10,000 or less (preferably 50 or more and 8,000 or less, more preferably 100 or more and 8,000 or less). It is preferable that the silicon compound has a molecular structure.
Specifically, the silicon compound is, for example, silicic acid having 20 to 10,000 silicon atoms, or siloxane.
Since this silicon compound easily maintains flexibility and rotation, the silicon compound itself has a high degree of freedom of rotation and deformation, and the hydroxyl group modified with a metal ion that functions as a polarizer is silicon (that is, “≡Si The bond moves (is still connected) to the —O—Si≡ ”skeleton), and moves more and the relative permittivity is improved.

ケイ素化合物は、分子量を増加させ、可塑性を付与する観点から、さらに他のシロキサン(例えば、末端基が水酸基のジメチルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサン等)を結合した結合物であることがよい。
この結合物として具体的には、例えば、ケイ酸と他のシロキサンとが互いの水酸基(ケイ酸の水酸基と他のシロキサンの末端基である水酸基)を脱水縮合して結合した結合物、シロキサンと他のシロキサンとが互いの水酸基(シロキサンの末端基である水酸基と他のシロキサンの末端基である水酸基)を脱水縮合して結合した縮合物、シリコネートと他のシロキサンとが互い水酸基(シリコネートの水酸基と他のシロキサンの末端基である水酸基)を脱水縮合して結合した結合物等が挙げられる。
なお、他のシロキサンは、それが持つ水酸基に対して、金属イオンがイオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合での修飾しているものであってもよいし、金属イオンで修飾されていないものであってもよい。
The silicon compound is preferably a bonded product in which other siloxanes (for example, dimethylpolysiloxane having a terminal hydroxyl group, dihydroxypolysiloxane, etc.) are bonded from the viewpoint of increasing the molecular weight and imparting plasticity.
Specifically, for example, the combined product obtained by combining dehydration condensation of a hydroxyl group of silicic acid and another siloxane (hydroxyl group of silicic acid and a hydroxyl group which is a terminal group of another siloxane), and siloxane Condensates in which other siloxanes and each other's hydroxyl groups (hydroxyl groups that are terminal groups of siloxanes and hydroxyl groups that are terminal groups of other siloxanes) are bonded by dehydration condensation, siliconate and other siloxanes are mutually hydroxylated (hydroxyl group of siliconate) And other hydroxyl groups, which are terminal groups of other siloxanes, are combined by dehydration condensation.
The other siloxane may be modified with a bond in which the metal ion has a covalent bond as well as an ionic bond with respect to the hydroxyl group of the siloxane, or is not modified with the metal ion. May be.

ケイ素化合物は、固体状であれば、ゲル状、結晶状のいずれの状態であってもよい。   The silicon compound may be in a gel state or a crystalline state as long as it is solid.

ケイ素化合物のリーク電流値(絶対値6kV/cm以下の電界強度におけるリーク電流値)は、1×10−9A/cm以下であることが好ましく、より好ましくは1×10−10A/cm以下、さらに好ましくは1×10−11A/cm以下である。
なお、リーク電流値の測定方法は、後述する実施例での記載に準じる。
The leakage current value (leakage current value at an electric field strength of 6 kV / cm or less) of the silicon compound is preferably 1 × 10 −9 A / cm 2 or less, more preferably 1 × 10 −10 A / cm. 2 or less, more preferably 1 × 10 −11 A / cm 2 or less.
In addition, the measuring method of a leakage current value is based on the description in the Example mentioned later.

次に、本発明の高比誘電率固体材料であるケイ素化合物の製造方法について説明する。
ケイ素化合物は、その水酸基に金属イオンを修飾させる場合(つまり水酸基の水素原子を置換する場合)、例えば、原料としてのケイ酸、シロキサン、シリコネートを準備し、これを目的とする金属の水酸化物や硝酸塩と混合することで、得られる。
また、原料として、ケイ酸ナトリウムや、ナトリウムメチルシリコネート等のナトリウム塩を用いる場合も、これを目的とする金属の水酸化物や硝酸塩と混合することで、得られる。
ここで、目的とする金属の水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ボロンハイドレード等が例示できる。
また、目的とする金属の硝酸塩としては、例えば、硝酸マグネシウム塩、硝酸アルミニウム塩等が例示できる。
Next, the manufacturing method of the silicon compound which is the high dielectric constant solid material of the present invention will be described.
When a silicon compound is modified with a metal ion at its hydroxyl group (that is, when a hydrogen atom of the hydroxyl group is substituted), for example, as a raw material, silicic acid, siloxane, and siliconate are prepared, and a metal hydroxide for this purpose is prepared. Or by mixing with nitrate.
Further, when a sodium salt such as sodium silicate or sodium methylsiliconate is used as a raw material, it can be obtained by mixing it with a metal hydroxide or nitrate.
Here, examples of the target metal hydroxide include magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, and boron hydride.
Examples of the target metal nitrate include magnesium nitrate and aluminum nitrate.

以下、具体的な一例として、原料としてケイ酸ナトリウムを用いた例を示す。
まず、図6に示す反応式に示すように、ポリケイ酸ナトリウムと、水酸化アルミニウムと、を準備して、これを混合すると、イオン結合性の高いナトリウムイオンがアルミニウムイオンで置換され、目的とするポリケイ酸アルミニウム(水酸基の水素原子がアルミニウムイオンで置換されたポリケイ酸)が得られる。
ここで、原料としてのポリケイ酸ナトリウムは、陽イオン性金属の多く入ったケイ素(Si)を主体とするケイ素化合物として、一般に入手しやすいものである。
水酸化アルミニウムを代表とする水酸化物は、金属イオン(陽イオン)を多く含み(多いものでは50%の比率を超えて含む)、ケイ素化合物の分極は金属イオン(陽イオン)が多いほど大きくなることから、原料として好ましい。
Hereinafter, an example using sodium silicate as a raw material will be shown as a specific example.
First, as shown in the reaction formula shown in FIG. 6, when sodium polysilicate and aluminum hydroxide are prepared and mixed, sodium ions having high ion binding properties are replaced with aluminum ions. Polyaluminum silicate (polysilicate in which the hydrogen atom of the hydroxyl group is replaced with an aluminum ion) is obtained.
Here, sodium polysilicate as a raw material is generally easily available as a silicon compound mainly composed of silicon (Si) containing a large amount of a cationic metal.
Hydroxides such as aluminum hydroxide contain a lot of metal ions (cations) (more than 50% ratio), and the polarization of silicon compounds increases as the number of metal ions (cations) increases. Therefore, it is preferable as a raw material.

また、得られたポリケイ酸アルミニウムを高分子化し可塑性を付与する場合、得られたポリケイ酸アルミニウムを出発原料とし、このポリケイ酸アルミニウムを含む水溶液に対して、他のシロキサン(末端基として水酸基(シラノール基)を有する水溶性のジメチルシロキサン:オイル状又はゲル状物)を例えば5質量%以上20質量%の比で混合し、これを被塗布物(例えば電極)に塗布し、図7に示す反応式に示すように、ポリケイ酸ナトリウムの水酸基と他のシロキサンの末端基としての水酸基(シラノール基)との脱水縮合を進行させる。
この際、乾燥を行い、余分な水分を除去する処理を行ってもよい。
この脱水縮合反応と乾燥は、常温から適切な加熱温度が存在するが、好ましくは被塗布物(例えば電極)の劣化が生じ難い150℃以下の温度で行うことがよい。
In addition, when the obtained polysilicate aluminum is polymerized to impart plasticity, the resulting polysilicate aluminum is used as a starting material, and other siloxanes (hydroxyl groups (silanols as end groups) are added to an aqueous solution containing the polysilicate aluminum. Water-soluble dimethylsiloxane having a group): oil-like or gel-like substance) is mixed at a ratio of, for example, 5% by mass or more and 20% by mass, and this is applied to an object to be coated (for example, an electrode). As shown in the formula, dehydration condensation of a hydroxyl group of sodium polysilicate and a hydroxyl group (silanol group) as a terminal group of another siloxane proceeds.
At this time, drying may be performed to remove excess moisture.
The dehydration condensation reaction and drying are carried out at a temperature of 150 ° C. or less, at which an appropriate heating temperature exists from room temperature, but is preferably less likely to cause deterioration of an object to be coated (for example, an electrode).

ここで、これら、ポリケイ酸アルミニウムや、これに他のシロキサンを結合して高分子化したもの等を代表とするケイ素化合物は、合成後、水分を除去することがよい。これにより、得られるケイ素化合物中に、自由水(遊離水)がなくなり、当該自由水(遊離水)中に溶け込んだ金属イオンの如き動作、つまり電解質的挙動がなくなるため、よりリーク電流が生じ難くなる、つまり、より耐圧性が高くなる。   Here, it is preferable to remove moisture after synthesizing these silicon compounds such as polyaluminum silicate and a polymer obtained by bonding other siloxane to this polymer. As a result, there is no free water (free water) in the obtained silicon compound, and there is no action like a metal ion dissolved in the free water (free water), that is, no electrolyte behavior, so that a leak current is less likely to occur. That is, the pressure resistance becomes higher.

(誘電体)
本発明の誘電体は、上記本発明の高比誘電率固体材料を少なくとも含んで構成されている。
本発明の誘電体は、上記本発明の高比誘電率固体材料の単独物であってもよいし、上記本発明の高比誘電率固体材料と他の添加物とを含む混合物であってもよい。
(Dielectric)
The dielectric of the present invention includes at least the high relative dielectric constant solid material of the present invention.
The dielectric of the present invention may be a single material of the high relative dielectric constant solid material of the present invention or a mixture containing the high relative dielectric constant solid material of the present invention and other additives. Good.

他の添加物としては、例えば、ペロブスカイト系酸化物、及び不定比酸素量が0.01以上0.2以下(好ましくは0.05以上0.18以下、より好ましくは0.08以上0.15以下)の結晶構造を持つ酸化物から選択される少なくとも1種が好適に挙げられる。
不定比酸素量が0.01以上0.2以下の結晶構造を持つ酸化物としては、例えば、ルチル系酸化物、アナターゼ系酸化物が挙げられる。
なお、不定比酸素量は、示差熱天秤(TG−DTA)による加熱重量測定により求められる。
Examples of other additives include perovskite oxides and non-stoichiometric oxygen amounts of 0.01 or more and 0.2 or less (preferably 0.05 or more and 0.18 or less, more preferably 0.08 or more and 0.15. Suitable examples include at least one selected from oxides having the following crystal structure.
Examples of the oxide having a crystal structure with a nonstoichiometric oxygen amount of 0.01 or more and 0.2 or less include a rutile oxide and an anatase oxide.
In addition, the amount of nonstoichiometric oxygen is calculated | required by the heating weight measurement by a differential thermal balance (TG-DTA).

本酸化物は高周波数(例えば1MHz程度)の電位変化による蓄電ができる誘電体材料であることから、本化合物を高比誘電率固体材料に添加することで、低周波数から高周波数までの電位変化による蓄電が可能となる。   Since this oxide is a dielectric material that can store electricity by changing the potential at a high frequency (for example, about 1 MHz), the potential change from a low frequency to a high frequency can be achieved by adding this compound to a solid material with a high relative dielectric constant. Can be stored.

ペロブスカイト系酸化物としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム等が挙げられる。
ルチル系酸化物としては、酸化チタンや酸化錫等が挙げられる。
アナターゼ系酸化物としては、酸化チタン等が挙げられる。
本酸化物の添加量は、高比誘電率固体材料に対して20質量%以上80質量%以下が好ましく、より好ましくは40質量%以上60質量%以下である。
Examples of perovskite-based oxides include barium titanate, strontium titanate, and barium strontium titanate.
Examples of the rutile oxide include titanium oxide and tin oxide.
Examples of the anatase oxide include titanium oxide.
The addition amount of the oxide is preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 40% by mass or more and 60% by mass or less with respect to the high relative dielectric constant solid material.

(蓄電池)
図8は、本発明の蓄電池の一例を示す概略構成図である。
本発明の蓄電池は、図8に示すように、互いに対向して配置された上部電極11及び下部電極12からなる一対の電極と、上部電極11及び下部電極12の間に配置される誘電体10と、で構成されている。
そして、誘電体10として、上記本発明の誘電体(本発明の高比誘電率固体材料)が適用されている。
これにより、単位体積あたりの容量が大きいキャパシタ型蓄電池となる。加えて、耐圧性の優れたキャパシタ型蓄電池となる。
(Storage battery)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of the storage battery of the present invention.
As shown in FIG. 8, the storage battery according to the present invention includes a pair of electrodes composed of an upper electrode 11 and a lower electrode 12 disposed to face each other, and a dielectric 10 disposed between the upper electrode 11 and the lower electrode 12. And is composed of.
The dielectric 10 of the present invention (the high relative dielectric constant solid material of the present invention) is applied as the dielectric 10.
Thereby, it becomes a capacitor type storage battery with a large capacity per unit volume. In addition, a capacitor-type storage battery having excellent pressure resistance is obtained.

本発明の蓄電池において、一対の電極(上部電極11及び下部電極12)は、金属(例えば、金、銀、銅、ニッケル等)、金属酸化物(例えば、SnO(酸化スズ)、In(酸化インジュウム)、ITO(酸化インジウムスズ)、IZO(酸化亜鉛インジウム))、有機材料(例えばポリピロールやポリチオフェン等)の導電材料で構成できる。
また、一対の電極(上部電極11及び下部電極12)は、樹脂基板上に上記導電材料からなる導電膜を形成したものを適用できる。
In the storage battery of the present invention, the pair of electrodes (upper electrode 11 and lower electrode 12) are made of metal (eg, gold, silver, copper, nickel), metal oxide (eg, SnO 2 (tin oxide), In 2 O). 3 (indium oxide), ITO (indium tin oxide), IZO (zinc indium oxide)), or an organic material (for example, polypyrrole, polythiophene, etc.).
In addition, a pair of electrodes (upper electrode 11 and lower electrode 12) in which a conductive film made of the conductive material is formed over a resin substrate can be applied.

本発明の蓄電池において、一対の電極(上部電極11及び下部電極12)と誘電体の接触面に、一対の電極と誘電体との反応物が形成されていてもよい。
誘電体を構成するケイ素化合物(高比誘電率固体材料)は、上述のように、水素イオン(プロトン)より、空のd軌道の広がりが大きいことから、反応性も高く、電極(例えば金属酸化物で構成された電極)との接触面で反応物(反応層)を形成することがある。
このように、互いの接触面に、一対の電極と誘電体との反応物が形成されることで、電極に導入された電荷と反応物が酸化還元反応を起こすことにより一種のレドックスキャパシタとなり、さらに誘電率が増加する。
In the storage battery of the present invention, a reaction product of the pair of electrodes and the dielectric may be formed on a contact surface between the pair of electrodes (the upper electrode 11 and the lower electrode 12) and the dielectric.
As described above, the silicon compound (high relative dielectric constant solid material) that constitutes the dielectric has a larger d-orbital spread than hydrogen ions (protons), and thus has high reactivity, and an electrode (for example, metal oxide) In some cases, a reaction product (reaction layer) is formed on the contact surface with the electrode.
In this way, a reaction product of a pair of electrodes and a dielectric is formed on the contact surfaces of each other, so that the charge introduced into the electrode and the reaction product cause a redox reaction, thereby forming a kind of redox capacitor. Further, the dielectric constant increases.

本発明の蓄電池は、一対の電極(上部電極11及び下部電極12)の間に誘電体を配置した1つのユニットを、複数直列又は並列に接続してユニット化したものであってもおい。
本発明の蓄電池は、例えば、シート状、また、これを巻いたロール状等の形状で構成できる。
The storage battery of the present invention may be a unit obtained by connecting a plurality of units each having a dielectric disposed between a pair of electrodes (upper electrode 11 and lower electrode 12) in series or in parallel.
The storage battery of this invention can be comprised by shapes, such as a sheet form and the roll shape which wound this, for example.

本発明の蓄電池は、例えば、上記本発明の誘電体(本発明の高比誘電率固体材料)が含まれる塗布液を、一対の電極の一方(下部電極12)に塗布して塗膜を形成した後、一対の電極の一方の他方(上部電極11)を重ねあわせて、塗膜を挟持した後、当該塗膜を乾燥する等の処理を施すことで、誘電体10を形成し、作製できる。   The storage battery of the present invention forms, for example, a coating film by applying a coating solution containing the dielectric of the present invention (the high dielectric constant solid material of the present invention) to one of the pair of electrodes (lower electrode 12). Then, the other of the pair of electrodes (the upper electrode 11) is overlaid, and after sandwiching the coating film, the dielectric film 10 can be formed and manufactured by performing a treatment such as drying the coating film. .

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。なお、実施例1〜2は参考例に該当する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, these examples do not limit the present invention. In addition, Examples 1-2 correspond to a reference example.

(比較例1)
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、オイル状のジメチルシロキサンを厚み40μmで一様塗布し、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Comparative Example 1)
An oily dimethylsiloxane was uniformly applied to a thickness of 40 μm on a 0.2 mm thick copper plate as a lower electrode by a spin coating method, and a 0.2 mm thick copper plate as an upper electrode was formed on the formed coating film. A capacitor type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes was fabricated by pasting and air drying.

(比較例2)
35:65=Na:Si成分を持つケイ酸ナトリウムに対して水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイル(末端基として水酸基(シラノール基)を持つジメチルシロキサン:dmS、以下同様)を10%重量比で混合した。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた混合物を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Comparative Example 2)
35: 65 = 10% weight ratio of water-soluble dimethyl, dihydroxysilicone oil (dimethylsiloxane having hydroxyl group (silanol group) as terminal group: dmS, the same shall apply hereinafter) to sodium silicate having Na: Si component Mixed.
The obtained mixture was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例1)
35:65=Na:Si成分を持つケイ酸ナトリウム水溶液(40%重量比)に対してAl(OH)水溶液(40%重量比)を1:1の割合となるように室温で攪拌しながらゆっくりと滴下し化合物Aを得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、化合物Aを厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
Example 1
35: 65 = While stirring at room temperature so that an aqueous solution of Al (OH) 3 (40% by weight) is 1: 1 with respect to an aqueous solution of sodium silicate having a Na: Si component (40% by weight) Slowly dropwise, Compound A was obtained.
Compound A was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例2)
水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルに対してAl(OH)水溶液(40%重量比)を1:1の割合となるように室温で攪拌しながらゆっくりと滴下し化合物Bを得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、上記化合物Bを厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 2)
An aqueous solution of Al (OH) 3 (40% weight ratio) with respect to water-soluble dimethyl and dihydroxyl silicone oil was slowly added dropwise at room temperature with stirring to obtain a ratio of 1: 1 to obtain Compound B.
The compound B was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例3)
実施例1で作製した化合物Aに対し、水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを10%重量比で混合し化合物Cを得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、上記化合物Cを厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 3)
The compound A produced in Example 1 was mixed with water-soluble dimethyl and dihydroxy silicone oil at a 10% weight ratio to obtain a compound C.
The compound C was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例4)
35:65=Mg:Si成分を持つケイ酸マグネシウムに対して水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを10%重量比で混合し化合物Dを得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた化合物Dを厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
Example 4
35: 65 = Compound D was obtained by mixing 10% by weight of water-soluble dimethyl and dihydroxyl silicone oil with magnesium silicate having Mg: Si component.
The obtained compound D was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例5)
ナトリウムメチルシリコネート溶液(NaO:10.7%、CHSiO1.5:20%、水:69.3%)と水酸化アルミニウム水溶液を1:1の割合となるように室温で攪拌しながらゆっくりと滴下し化合物Eを得た。この化合物Eと水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを10%重量比で混合し、化合物E2を得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた化合物E2を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 5)
A sodium methyl siliconate solution (Na 2 O: 10.7%, CH 3 SiO 1.5 : 20%, water: 69.3%) and an aqueous aluminum hydroxide solution are stirred at room temperature to a ratio of 1: 1. While slowly dropping, Compound E was obtained. Compound E2 was mixed with water-soluble dimethyl and dihydroxysilicone oils at a 10% weight ratio to obtain compound E2.
The obtained compound E2 was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例6)
35:65=Na:Si成分を持つケイ酸ナトリウム水溶液(40%重量比)に対してSr(OH)水溶液(40%重量比)を1:1の割合となるように室温で攪拌しながらゆっくりと滴下し化合物Fを得た。この化合物Fと水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを10%重量比で混合し、化合物F2を得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた化合物F2を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 6)
35: 65 = While stirring at room temperature with a Sr (OH) 2 aqueous solution (40% weight ratio) at a ratio of 1: 1 to a sodium silicate aqueous solution (40% weight ratio) having a Na: Si component Slowly dropwise, Compound F was obtained. Compound F2 was mixed with water-soluble dimethyl and dihydroxysilicone oils at a 10% weight ratio.
The obtained compound F2 was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例7)
35:65=Na:Si成分を持つケイ酸ナトリウム水溶液(40%重量比)に対してリン酸水溶液(40%重量比)を1:1の割合となるように室温で攪拌しながらゆっくりと滴下し化合物Gを得た。この化合物Gと水溶性のジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを10%重量比で混合し、化合物G2を得た。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた化合物G2を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 7)
35: 65 = Phosphoric acid aqueous solution (40% weight ratio) is slowly added dropwise with stirring at room temperature to a ratio of 1: 1 to sodium silicate aqueous solution (40% weight ratio) having a Na: Si component. Compound G was obtained. This compound G and water-soluble dimethyl and dihydroxy silicone oil were mixed at a 10% weight ratio to obtain a compound G2.
The obtained compound G2 was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例8)
実施例3で得た化合物Cに対し、チタン酸ストロンチウム(ペロブスカイト系酸化物)を重量比で40%混合した。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた混合物を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
(Example 8)
40% by weight of strontium titanate (perovskite oxide) was mixed with Compound C obtained in Example 3.
The obtained mixture was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(実施例9)
実施例3で得た化合物Cに対し、ルチル型酸化チタン(所定の不定比酸素量の結晶構造を持つ酸化物)粒子を重量比で40%混合した。この酸化チタン粒子の不定比酸素量は示差熱天秤(TG−DTA)による加熱重量測定で測定したところ0.08であった。
下部電極としての厚み0.2mmの銅板上に、スピンコート法により、得られた混合物を厚み40μmで一様塗布した。
その後、形成した塗膜上に、上部電極としての厚み0.2mmの銅板を貼り付け、自然乾燥して、一対の電極間に誘電体が挟持されたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)を試作した。
Example 9
The compound C obtained in Example 3 was mixed with 40% by weight of rutile-type titanium oxide (oxide having a crystal structure with a predetermined non-stoichiometric oxygen amount). The non-stoichiometric amount of oxygen of the titanium oxide particles was 0.08 when measured by heating weight measurement with a differential thermal balance (TG-DTA).
The obtained mixture was uniformly applied to a thickness of 40 μm by spin coating on a 0.2 mm thick copper plate as the lower electrode.
Thereafter, a copper plate having a thickness of 0.2 mm as an upper electrode was pasted on the formed coating film and air-dried to produce a capacitor-type storage battery (capacitor) in which a dielectric was sandwiched between a pair of electrodes.

(評価)
−リーク電流値−
各例で作製したキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)について、電界強度(印加電圧)の値を変化させたときのリーク電流値の変化を測定した。なお、測定面積は、0.25cmとした。
そして、キャパシタ型蓄電池(コンデンサ)において、電界強度0〜−6kV/cmの範囲で測定されたリーク電流値の最大値を調べた。なお、リーク電流値の最大値は、9個のキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)の平均値である。
(Evaluation)
−Leakage current value−
With respect to the capacitor-type storage battery (capacitor) produced in each example, the change in the leakage current value when the value of the electric field strength (applied voltage) was changed was measured. The measurement area was 0.25 cm 2 .
Then, in the capacitor type storage battery (capacitor), the maximum value of the leakage current value measured in the range of electric field strength of 0 to −6 kV / cm was examined. The maximum value of the leakage current value is an average value of nine capacitor type storage batteries (capacitors).

−比誘電率−
各例で作製したキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)に対し、LCRメータを用い、周波数10Hz、10Vの条件の下、静電容量を測定、比誘電率を求めた。
-Relative permittivity-
For the capacitor-type storage battery (capacitor) produced in each example, the capacitance was measured under the conditions of a frequency of 10 Hz and 10 V using an LCR meter, and the relative dielectric constant was determined.

各例で作製したキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)の誘電体の詳細について表1に示すと共に、上記評価結果を表2に示す。   The details of the dielectric of the capacitor-type storage battery (capacitor) produced in each example are shown in Table 1, and the evaluation results are shown in Table 2.

比較例1においては、誘電体を構成するジメチルシロキサンが空間電荷分布分極を起こす金属イオン(陽イオン金属)を有していないため大きな電荷配列が起こらず誘電率が低くなっていた。
また、比較例2においては、誘電体を構成するケイ酸(その水酸基)に対して、ナトリウム(Na)という非常にイオン結合性が大きな金属で修飾されているため、電流リークが大きく測定不可能であった。
In Comparative Example 1, dimethylsiloxane constituting the dielectric did not have a metal ion (cationic metal) that causes space charge distribution polarization, so a large charge arrangement did not occur and the dielectric constant was low.
Further, in Comparative Example 2, the silicic acid (the hydroxyl group) constituting the dielectric is modified with a metal having a very high ion binding property such as sodium (Na), so that the current leakage is large and cannot be measured. Met.

これに対して、実施例1〜9においては、比較例に比べ大きな誘電率が実現できた。これは、ケイ素化合物(ケイ酸、シロキサン、及びシリコネート)が持つ水酸基に対して、金属イオンがイオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で修飾されているため、当該金属イオンで修飾された水酸基が空間電荷分布分極を引き起したためであるといえる。   On the other hand, in Examples 1-9, a larger dielectric constant was realized than in the comparative example. This is because the metal ion is modified with a bond having both an ionic bond and a covalent bond with respect to the hydroxyl group of the silicon compound (silicic acid, siloxane, and siliconate), so that the hydroxyl group modified with the metal ion is a space charge. It can be said that this is because the distribution polarization is caused.

特に、実施例3〜9では、水酸基を金属イオンで修飾したケイ酸に対して、ジメチル、ジハイドロオキシルシリコーンオイルを脱水縮合させ高分子化したため、当該金属イオンで修飾された水酸基がより効率良く空間電荷分布分極を引き起したと考えられ、実施例1に比べ、比誘電率が増加している。   In particular, in Examples 3 to 9, since dimethyl and dihydroxysilicone oils were dehydrated and condensed into silicic acid whose hydroxyl group was modified with a metal ion, the hydroxyl group modified with the metal ion was more efficient. It is considered that the space charge distribution polarization was caused, and the relative dielectric constant was increased as compared with Example 1.

以上の結果から、本実施例では、比較例に比べ、比誘電率が高く、且つリーク電流値が小さく、単位体積あたりの容量が大きく、耐圧性に優れたキャパシタ型蓄電池(コンデンサ)が得られていることがわかる。   From the above results, in this example, compared to the comparative example, a capacitor type storage battery (capacitor) having a high relative dielectric constant, a small leak current value, a large capacity per unit volume, and excellent pressure resistance is obtained. You can see that

10 誘電体
11 上部電極
12 下部電極
10 Dielectric 11 Upper electrode 12 Lower electrode

Claims (10)

シロキサン、及びシリコネートの少なくとも1つのケイ素化合物であって、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されたケイ素化合物からなり、
かつ前記ケイ素化合物は、さらに他のシロキサンを脱水縮合で結合した結合物である高比誘電率固体材料。
Siloxane, and at least one silicon compound of the siliconate for less part of the hydroxyl groups possessed by the silicon compound, a bond having both a covalent bond with an ionic bond, Ri Do from silicon compounds metal ions is modified ,
In addition, the silicon compound is a solid material having a high relative dielectric constant , which is a bonded product in which other siloxane is bonded by dehydration condensation .
ケイ酸の持つ水酸基の少なくも一部に対して、イオン結合と共に共有結合を兼ね備える結合で、金属イオンが修飾されたケイ素化合物からなり、
前記金属イオンがマグネシウムイオンの場合、前記ケイ素化合物の分子構造は、≡Si−O−Si≡結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有し、
かつ前記ケイ素化合物は、さらに他のシロキサンを脱水縮合で結合した結合物である高比誘電率固体材料。
It consists of a silicon compound in which a metal ion is modified with a bond having a covalent bond as well as an ionic bond for at least part of the hydroxyl group of silicic acid,
When the metal ion is a magnesium ion, the molecular structure of the silicon compound has a ≡Si—O—Si≡ bond as a skeleton, and has silicon atoms in the range of 20 to 10,000.
In addition, the silicon compound is a solid material having a high relative dielectric constant , which is a bonded product in which other siloxane is bonded by dehydration condensation .
前記ケイ素化合物は、絶対値6kV/cm以下の電界強度におけるリーク電流値が1×10−9A/cm以下である請求項1又は2に記載の高比誘電率固体材料。 The high relative dielectric constant solid material according to claim 1, wherein the silicon compound has a leak current value of 1 × 10 −9 A / cm 2 or less at an electric field intensity of an absolute value of 6 kV / cm or less. 前記金属イオンは、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の水素原子に置換することで、前記ケイ素化合物の持つ水酸基の少なくとも一部に対して修飾されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の高比誘電率固体材料。   The said metal ion is modified with respect to at least one part of the hydroxyl group which the said silicon compound has by replacing with the hydrogen atom of the hydroxyl group which the said silicon compound has. High relative dielectric constant solid material. ケイ素化合物の分子構造は、≡Si−O−Si≡結合を骨格とし、ケイ素原子を20以上10,000以下の範囲で有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の高比誘電率固体材料。   5. The high dielectric constant solid according to claim 1, wherein the molecular structure of the silicon compound has a ≡Si—O—Si≡ bond as a skeleton, and has silicon atoms in the range of 20 to 10,000. material. 前記金属イオンは、周期律表2族に属する金属のイオン、周期律表13族に属する金属のイオン、及びリン(P)のイオンから選択される1種である請求項1〜5のいずれか1項に記載の高比誘電率固体材料。   6. The metal ion according to claim 1, wherein the metal ion is one selected from a metal ion belonging to Group 2 of the periodic table, a metal ion belonging to Group 13 of the periodic table, and a phosphorus (P) ion. The high dielectric constant solid material according to Item 1. 請求項1〜のいずれか1項に記載の高比誘電率固体材料を少なくとも含んで構成された誘電体。 A dielectric comprising at least the high relative permittivity solid material according to any one of claims 1 to 6 . ペロブスカイト系酸化物、及び不定比酸素量が0.01以上0.2以下の結晶構造を持つ酸化物から選択される少なくとも1種をさらに含んで構成された請求項に記載の誘電体。 The dielectric according to claim 7 , further comprising at least one selected from perovskite-based oxides and oxides having a crystal structure with a nonstoichiometric oxygen amount of 0.01 to 0.2. 一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された誘電体であって、請求項7又は8に記載の誘電体と、
を有するキャパシタ型蓄電池。
A pair of electrodes;
A dielectric disposed between the pair of electrodes, wherein the dielectric according to claim 7 or 8,
A capacitor-type storage battery.
前記一対の電極と前記誘電体の接触面に、前記一対の電極と前記誘電体との反応物が形成されている請求項9に記載のキャパシタ型蓄電池。
The capacitor-type storage battery according to claim 9, wherein a reaction product of the pair of electrodes and the dielectric is formed on a contact surface between the pair of electrodes and the dielectric.
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