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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。
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（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
２
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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