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公開番号2024078396
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-10
出願番号2023149129
出願日2023-09-14
発明の名称ポリマー電解質および電池
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20240603BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
本発明は、イオン伝導度とデンドライト耐性に優れ、さらに、安全性にも優れるポリマー電解質を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明は、アルカリ金属塩、電離助剤、界面活性剤、およびポリアリーレンスルフィドを含有するポリマー電解質である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
アルカリ金属塩、電離助剤、界面活性剤およびポリアリーレンスルフィドを含有するポリマー電解質であり、
前記ポリアリーレンスルフィドが化学式-(Ar-S)- (Arはアリーレン基である。)で表される単位を構成単位とするポリアリーレンスルフィド共重合体であり、
前記構成単位は、化学式(A)で表されるArを有する構成単位、および、化学式(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つで表されるArを有する構成単位を含むことを特徴とする、ポリマー電解質。
TIFF
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140
148
(R1,R2はアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R1とR2は同一でも異なっていてもよい。R3、R4は、水素、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、カルボキシル基、および水酸基から選ばれた置換基であり、R3とR4は同一でも異なっていてもよい。Yはアルキレン基、O、CO、SO、SO

から選ばれる。)
続きを表示(約 660 文字)【請求項2】
前記ポリアリーレンスルフィドが、化学式-(Ar-S)-で表される構成単位100モル%に対して、化学式(A)で表されるパラフェニレンスルファイド単位を50~99モル%含み、化学式(B)~(G)からなる群より選ばれる少なくとも1つで表されるArを有する構成単位を1~50モル%含む、共重合ポリマーであることを特徴とする、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項3】
前記界面活性剤が、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、および高分子界面活性剤、のうち少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載のポリマー電解質。
【請求項4】
前記界面活性剤が、ポリエーテルを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のポリマー電解質。
【請求項5】
前記界面活性剤が、少なくともポリエチレンオキサイドまたはポリエチレングリコールを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のポリマー電解質。
【請求項6】
前記界面活性剤が、少なくとも陰イオン性界面活性剤を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のポリマー電解質。
【請求項7】
前記界面活性剤が、ポリアリーレンスルフィド100質量部に対し、0.1質量部以上33質量部以下含有されることを特徴とする、請求項1または2に記載のポリマー電解質。
【請求項8】
請求項1または2に記載のポリマー電解質を含む、電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ポリマー電解質および電池に関する。
続きを表示(約 1,800 文字)【背景技術】
【0002】
近年、リチウムイオン二次電池(LIB)をはじめとするアルカリ二次電池はスマートフォン、携帯電話などの携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、及び家庭用蓄電器などといった様々な用途に用いられつつあり、それらに関する研究開発が盛んに行われている。
【0003】
LIBは、特に電気自動車などの用途において、安全性の向上が強く求められている。従来の電解液電池は、可燃性の電解液を使用するため、電池の燃焼や爆発が起きることがあった。そのため、安全性向上に寄与できる固体電解質の研究が活発となっている。
【0004】
固体電解質はイオンを容易に伝導する固体であり、一般的に酸化物系、硫化物系及びポリマー系に分けられる。ポリマー系固体電解質(以下、ポリマー電解質と称することがある)は、生産性、柔軟性などの利点があり注目されているが、室温でのイオン伝導度が低いことが課題であった。近年、ポリマー電解質でありながら、室温でのイオン伝導度が高いポリフェニレンスルフィド(PPS)を用いた電解質が着目されている。特に、特許文献1にはポリアリーレンスルフィド、アルカリ金属塩および電離助剤を含有するポリマー電解質が、室温で高いイオン伝導度を示すことが開示されている。
【0005】
また一方で、電池の発火原因の一つであるデンドライトの発生対策が、従来の液系LIB同様に酸化物系、硫化物系、ポリマー系のいずれにおいても重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2022-031092号公報
米国特許出願公開第2018/006308号明細書
特開2022-064048号公報
特開2005-038854号公報
特開2003-142062号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示された、ポリアリーレンスルフィド、アルカリ金属塩および電離助剤を含有するポリマー電解質では、室温で高いイオン伝導度を示す一方で、ポリアリーレンスルフィドおよびアルカリ金属塩の分散性が十分ではなく、このことにより、デンドライトの抑制能力が十分ではない傾向がみられるとの課題がある。
【0008】
また、特許文献2には、ポリフェニレンスルフィド(以下、PPSと称することがある)、電子受容性ドーパントおよびアルカリ金属塩等の各原料を高温で混合させた後、成型加工することで得られる固体電解質が開示されている。この固体電解質の組成に必須である上記の電子受容性ドーパントは変異原性を有するものが多く、この固体電解質は安全性に劣るとの課題がある。また、上記の電子受容性ドーパントは、昇華性を有するものが多いため、大量生産時にドープむらが発生することによる固体電解質の品質の不安定化がみられ、この固体電解質は生産性の点でも課題がある。また、ドープむらは、イオン伝導度の不均一をもたらすと考えられ、結果としてデンドライト発生に繋がる可能性がある。
【0009】
また、PPSと共に、ポリエーテルを電池内部に使用する技術が特許文献3~5に開示されている。特許文献3では、PPSとポリエーテル部を有する複合樹脂を負極バインダー用途で使用する技術が開示されている。特許文献3に開示されている前記複合樹脂はイオン伝導度を有すが、バインダー用途として多孔構造で使用するため、電解液が主要なイオン伝導経路となる。また、特許文献4、および5には、PPS微多孔膜や不織布とポリエチレンオキサイド(PEO)を使用するセパレータが開示されているが、これらのPPS微多孔膜や不織布に含まれるPPS固体部分はイオン伝導せず、これらのPPS微多孔膜や不織布の周囲に存在する電解液中のみでイオン伝導がなされる。以上から特許文献3~5は、液相の電解液を使用する必要があるため、固体電解質を使用する場合に対して安全性が低い。
【0010】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、イオン伝導度とデンドライト耐性を高い水準で両立し、さらに、安全性にも優れるポリマー電解質を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
(【0011】以降は省略されています)

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