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公開番号2025009961
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2024102611
出願日2024-06-26
発明の名称電極複合体及びその製造方法、ポリマー組成物、電池
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H01M 4/134 20100101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】金属Li負極を用いた電池の高寿命化する電極複合体及びその製造方法、ポリマー組成物、電池を提供する。
【解決手段】本発明は、
ポリマー層と前記ポリマー層の少なくとも片面に電極を近接して有する電極複合体であって、前記電極が金属Liまたは集電体を含み、前記ポリマー層を構成するポリマーが、主鎖に芳香環およびヘテロ原子を含んでおり、前記ポリマー層のイオン伝導度が1.0×10^-6S/cm以上1.0×10S/cm以下であり、断面SEMで観察される前記ポリマー層の空孔率が0%以上10%以下であり、前記ポリマー層の表面の算術平均粗さRaが0μm以上1.0μm以下である電極複合体に関する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ポリマー層と前記ポリマー層の少なくとも片面に電極を近接して有する電極複合体であって、
前記電極が金属Ｌｉまたは集電体を含み、
前記ポリマー層を構成するポリマーが、主鎖に芳香環およびヘテロ原子を含んでおり、
前記ポリマー層のイオン伝導度が１．０×１０
－６
Ｓ／ｃｍ以上１．０×１０Ｓ／ｃｍ以下であり、断面ＳＥＭで観察される前記ポリマー層の空孔率が０％以上１０％以下であり、前記ポリマー層の表面の算術平均粗さＲａが０μｍ以上１．０μｍ以下である電極複合体。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析により測定される、Ｌｉ
＋
原子比率およびＦ
－
原子比率がともに５％以上５０％以下である領域が、前記ポリマー層の前記電極を近接して有する面の表層に存在するか、前記ポリマー層と前記電極間に存在する、請求項１記載の電極複合体。
【請求項３】
前記ポリマー層中の溶媒含有量が０重量％以上６０重量％以下である請求項１記載の電極複合体。
【請求項４】
前記溶媒がＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホランのいずれか１種以上を含む請求項３記載の電極複合体。
【請求項５】
前記ポリマーが下記化学式の構造を有する芳香族ポリアミドである請求項１記載の電極複合体。
TIFF
2025009961000013.tif
13
155
Ａｒ
１
およびＡｒ
２
は主鎖中の一部に芳香環を含んだ構造である。Ａｒ
１
とＡｒ
２
は同一の構造であってもよく、異なる構造であってもよい。Ａｒ
１
およびＡｒ
２
は例えば複数の芳香環がエーテル結合などにより結合していてもよく、芳香環と結合した非芳香族が主鎖中に含まれていてもよい。
【請求項６】
前記芳香族ポリアミドが下記化学式の構造を有する請求項５記載の電極複合体。
TIFF
2025009961000014.tif
26
159
Ｒ
１
～Ｒ
４
は、それぞれＣ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ、ハロゲン原子の１種以上で構成される官能基。
【請求項７】
前記ポリマーがチオウレア基を有するポリマーである請求項１記載の電極複合体。
【請求項８】
前記ポリマー層の厚みが０．１μｍ以上５０．０μｍ以下である請求項１記載の電極複合体。
【請求項９】
前記ポリマー層のリチウム平均原子数比が０．００５以上１．０以下である請求項１記載の電極複合体。
【請求項１０】
主鎖が芳香族およびヘテロ原子を含むポリマーと、溶媒とを有するポリマー組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極複合体及びその製造方法、ポリマー組成物、電池に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器の小型化、高機能化が進んでいる。これに伴い、その電源である二次電池の高エネルギー密度化が要求されている。二次電池の負極に金属Ｌｉを適用できれば、現行リチウムイオン電池に比べて大幅な高容量化が期待できる。
【０００３】
しかし、金属Ｌｉを負極とする電池の実用化には、多くの課題が残されている。金属Ｌｉは、反応性が高いため、電池製造工程で水、酸素及び窒素と反応し、電極性能のバラツキ等の原因となる。また、金属負極は充放電の繰り返しにより、金属デンドライトの形成や高い反応性に由来する電解液の分解が問題もある。デンドライトが成長し正極まで到達すると、短絡により発火などの危険がある。
【０００４】
このような課題に対して、特許文献１ではリチウムメタル層及びその一面に付着した多孔性ポリマー層を含むことを特徴とする電極複合体が開示されている。特許文献２では、イオン伝導性を有する耐熱性樹脂を含む、全固体二次電池用の短絡防止層が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００４－１３４４０３号公報
特開２０２１－１６３６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のポリマー層は、多孔性のため、デンドライトを抑制する機能を有さない。特許文献２のポリマー層は、イオン伝導度が低く、実用的な高い電流密度で使用することはできない。
【０００７】
そこで本発明では、金属Ｌｉ負極を用いた電池を高寿命化する電極複合体及びその製造方法、ポリマー組成物、電池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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の［Ｉ］～［ＸＸＩＩ］を包含する。
［Ｉ］ポリマー層と前記ポリマー層の少なくとも片面に電極を近接して有する電極複合体であって、前記電極が金属Ｌｉまたは集電体を含み、前記ポリマー層を構成するポリマーが、主鎖に芳香環およびヘテロ原子を含んでおり、前記ポリマー層のイオン伝導度が１．０×１０
－６
Ｓ／ｃｍ以上１．０×１０Ｓ／ｃｍ以下であり、断面ＳＥＭで観察される前記ポリマー層の空孔率が０％以上１０％以下であり、前記ポリマー層の表面の算術平均粗さＲａが０μｍ以上１．０μｍ以下である電極複合体。
［ＩＩ］Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）分析により測定される、Ｌｉ
＋
原子比率およびＦ
－
原子比率がともに５％以上５０％以下である領域が、前記ポリマー層の前記電極を近接して有する面の表層に存在するか、前記ポリマー層と前記電極間に存在する、［Ｉ］記載の電極複合体。
［ＩＩＩ］前記ポリマー層中の溶媒含有量が０重量％以上６０重量％以下である［Ｉ］または［ＩＩ］記載の電極複合体。
［ＩＶ］前記溶媒がＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、スルホランのいずれか１種以上を含む［ＩＩＩ］記載の電極複合体。
［Ｖ］前記ポリマーが下記化学式の構造を有する芳香族ポリアミドである［Ｉ］～［ＩＶ］いずれか記載の電極複合体。
【０００９】
TIFF
2025009961000001.tif
14
154
【００１０】
Ａｒ
１
およびＡｒ
２
は主鎖中の一部に芳香環を含んだ構造である。Ａｒ
１
とＡｒ
２
は同一の構造であってもよく、異なる構造であってもよい。Ａｒ
１
およびＡｒ
２
は例えば複数の芳香環がエーテル結合などにより結合していてもよく、芳香環と結合した非芳香族が主鎖中に含まれていてもよい。
［ＶＩ］前記芳香族ポリアミドが下記化学式の構造を有する［Ｖ］記載の電極複合体。
（【００１１】以降は省略されています）

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