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公開番号2024046648
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2023158205
出願日2023-09-22
発明の名称電解質組成物、電解質、及び電池
出願人住友化学株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/056 20100101AFI20240327BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
金属イオンの輸率に優れる電解質組成物、及び電解質、並びにそれを備える電池を提供すること。
【解決手段】
イオン伝導性無機固体電解質と、金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーと、有機溶媒と、を含む電解質組成物であって、イオン伝導性無機固体電解質の含有量が、(1)前記電解質組成物の総量に対して50質量%以上であること、及び(2)前記電解質組成物の総量に対して15体積%以上であることの少なくとも一方の条件を満たす、電解質組成物。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
イオン伝導性無機固体電解質と、
金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーと、
有機溶媒と、を含む電解質組成物であって、
前記イオン伝導性無機固体電解質の含有量が、（１）前記電解質組成物の総量に対して５０質量％以上であること、及び（２）前記電解質組成物の総量に対して１５体積％以上であることの少なくとも一方の条件を満たす、電解質組成物。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記イオン伝導性無機固体電解質は、酸化物、硫化物、水素化物又はハロゲン化物であり、且つアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項３】
前記イオン伝導性無機固体電解質が、ペロブスカイト型酸化物、ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物、ＬＩＳＩＣＯＮ型酸化物、又はガーネット型酸化物である、請求項２に記載の電解質組成物。
【請求項４】
前記ポリマーが、金属イオンを対カチオンとして有するアニオン性官能基、及びアニオン捕捉能を有する官能基の少なくとも一方を有する、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項５】
金属イオンの輸率が０．４以上である、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項６】
酸化電位がＬｉ／Ｌｉ
＋
に対して４．０Ｖ以上である、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の電解質組成物を含む、電解質。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の電解質組成物を含む、電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電解質組成物、電解質、及び電池に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の正極及び負極間の金属イオンの移動に伴い充放電を行う電池は、高容量であることから盛んに研究が進められている。リチウムイオン電池等の電解質としては、有機溶媒又はイオン液体を含むリチウム塩の溶液などが知られているが、安全性とプロセス性の観点から固体電解質の研究が進められている（特許文献１及び２、並びに非特許文献１）。固体電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質等、様々な種類の化合物が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
中国特許出願明細書第１１２４４８１００号
中国特許出願明細書第１１０２４７１１１号
【非特許文献】
【０００４】
Journal of The ElectrochemicalSociety, 2020, 167, 070559.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、固体電解質は、イオン伝導度、安全性に優れる一方、その剛直性から加工性に難があり、界面抵抗も高いという課題がある。そこで、例えば、特許文献１及び２、並びに非特許文献１に記載されるように、柔軟な高分子材料と複合化することにより、固体電解質に柔軟性を付与する検討が行われている。しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、既存の高分子材料との複合化では、金属イオンの輸率が大幅に低下するという問題があることが判明した。
【０００６】
本開示は、上述の課題に鑑みなされたものであって、金属イオンの輸率に優れる電解質組成物、及び電解質、並びにそれを備える電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、以下の例示的実施形態［１］～［１０］を含む。
［１］イオン伝導性無機固体電解質と、金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーと、有機溶媒と、を含む電解質組成物であって、前記イオン伝導性無機固体電解質の含有量が、（１）前記電解質組成物の総量に対して５０質量％以上であること、及び（２）前記電解質組成物の総量に対して１５体積％以上であることの少なくとも一方の条件を満たす、電解質組成物。
［２］前記イオン伝導性無機固体電解質はアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属の少なくとも一方を含む、酸化物、硫化物、水素化物、又はハロゲン化物である、［１］の電解質組成物。
［３］前記イオン伝導性無機固体電解質が、ペロブスカイト型酸化物、ＮＡＳＩＣＯＮ型酸化物、ＬＩＳＩＣＯＮ型酸化物、又はガーネット型酸化物である、［２］の電解質組成物。
［４］前記ポリマーが、金属イオンを対カチオンとして有するアニオン性官能基、及びアニオン捕捉能を有する官能基の少なくとも一方を有する、［１］～［３］のいずれか一つの電解質組成物。
［５］金属イオンの輸率が０．４以上である、［１］～［４］のいずれか一つの電解質組成物。
［６］酸化電位がＬｉ／Ｌｉ
＋
に対して４．０Ｖ以上である、［１］～［５］のいずれか一つの電解質組成物。
［７］２５℃におけるナノインデンターによる試験結果を用いて下記式から算出したダイナミック硬さＤＨが、１０
３
Ｎ／ｍｍ
２
以下である、電解質組成物。
ＤＨ＝α×Ｆ／ｈ
２
×１０
３
α＝３．８５８４
［８］２５℃におけるナノインデンターによる試験結果を用いて下記式から算出したダイナミック硬さＤＨが、１０
３
Ｎ／ｍｍ
２
以下である、［１］～［６］のいずれか一つの電解質組成物。
ＤＨ＝α×Ｆ／ｈ
２
×１０
３
α＝３．８５８４
［９］［１］～［８］のいずれか一つの電解質組成物を含む、電解質。
［１０］［１］～［８］のいずれか一つの電解質組成物を含む、電池。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、金属イオンの輸率に優れる電解質組成物、及び電解質、並びにそれを備える電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施例２の充放電試験の結果である。
図２は、比較例４の充放電試験の結果である。
図３は、実施例２の微分容量曲線である。
図４は、比較例４の微分容量曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の電解質組成物は、イオン伝導性無機固体電解質と、金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーと、有機溶媒と、を含む電解質組成物であって、イオン伝導性無機固体電解質の含有量が、（１）前記電解質組成物の総量に対して５０質量％以上であること、及び（２）前記電解質組成物の総量に対して１５体積％以上であることの少なくとも一方を満たす。
（【００１１】以降は省略されています）

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