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公開番号2025040932
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-25
出願番号2024062292
出願日2024-04-08
発明の名称電解質組成物及び電池
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 10/0565 20100101AFI20250317BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
低い電圧で十分な大きさの電流を流すことが可能な電解質組成物を提供すること。
【解決手段】
アルカリ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、イオン性化合物とを含み、前記イオン性化合物は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム塩について測定したドナーナンバーが37以下であるアニオンを含む、電解質組成物。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ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、
イオン性化合物と、を含み、
前記イオン性化合物は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム塩について測定したドナーナンバーが３７以下であるアニオンを含む、電解質組成物。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
アルカリ金属イオンの輸率が０．５以上である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項３】
前記アルカリ金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーが、リチウムイオン又はナトリウムイオンを含む、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項４】
前記イオン性化合物は、
当該イオン性化合物に対するラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおける前記イオン性化合物を構成するアニオン由来のラマンシフトをＡとし、前記電解質組成物に対するラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおける前記イオン性化合物を構成するアニオン由来のラマンシフトをＢとしたときに、Ｂ≦Ａである化合物である、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項５】
非イオン性の有機溶媒を更に含む、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項６】
前記非イオン性の有機溶媒が、カーボネート系溶媒、エーテル系溶媒、フッ素系溶媒、ニトリル系溶媒、ラクトン系溶媒、リン酸エステル系溶媒、及びスルホン系溶媒からなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒を含む、請求項５に記載の電解質組成物。
【請求項７】
前記非イオン性の有機溶媒の比誘電率が２１以上である、請求項５に記載の電解質組成物。
【請求項８】
前記アニオンを有する官能基が、アルカリ金属化スルホニルイミド基、アルカリ金属化スルホン酸基、アルカリ金属化カルボン酸基からなる群より選ばれる１種以上の基を含む、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項９】
前記アルカリ金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーが空気中で加水分解しないものである、請求項１又は２に記載の電解質組成物。
【請求項１０】
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、電解質組成物及び電池に関する。
続きを表示（約 2,500 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、高分子電解質等の研究が進められている（特許文献１又は２）。また、リチウムイオン電池以外にも、リチウムよりも存在量の大きいナトリウム、カリウム等の他のアルカリイオンを使用した電池に関する研究も進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２００７／１２５８４５号
特開２０２１－８８６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高分子電解質は、固体電解質と比べ、一般に電極と密着しやすいため、電極との間の接触抵抗が小さくなる傾向にある。しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、アルカリ金属イオンの対アニオンとなる官能基を有する高分子を含む高分子電解質においては、上記官能基によってはそれ自体の抵抗が高く、改善の余地があることが判明した。また、この改善によって、電極と電解質との間での抵抗を低下できれば有用である。
【０００５】
本開示は上述の事情に鑑みなされたものであり、低い電圧で十分な大きさの電流を流すことが可能な電解質組成物及び当該電解質組成物を含む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】
【０００６】
本開示は、以下の実施形態を含む。
［１］
アルカリ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、
イオン性化合物とを含み、
前記イオン性化合物は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム塩について測定したドナーナンバーが３７以下であるアニオンを含む、電解質組成物。
［２］
アルカリ金属イオンの輸率が０．５以上である、［１］の電解質組成物。
［３］
前記アルカリ金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーが、リチウムイオン又はナトリウムイオンを含む、［１］又は［２］の電解質組成物。
［４］
前記イオン性化合物は、
当該イオン性化合物に対するラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおける前記イオン性化合物を構成するアニオン由来のラマンシフトをＡとし、前記電解質組成物に対するラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおける前記イオン性化合物を構成するアニオン由来のラマンシフトをＢとしたときに、Ｂ≦Ａである化合物である、［１］～［３］のいずれか一つに記載の電解質組成物。
［５］
非イオン性の有機溶媒を更に含む、［１］～［４］のいずれか一つの電解質組成物。
［６］
前記非イオン性の有機溶媒が、カーボネート系溶媒、エーテル系溶媒、フッ素系溶媒、ニトリル系溶媒、ラクトン系溶媒、リン酸エステル系溶媒及びスルホン系溶媒からなる群より選ばれる１種以上の有機溶媒を更に含む、［５］の電解質組成物。
［７］
前記非イオン性の有機溶媒の比誘電率が２１以上である、［５］又は［６］に記載の電解質組成物。
［８］
前記アニオンを有する官能基が、アルカリ金属化スルホニルイミド基、アルカリ金属化スルホン酸基、アルカリ金属化カルボン酸基からなる群より選ばれる１種以上の基を含む、［１］～［７］のいずれか一つの電解質組成物。
［９］
前記アルカリ金属イオンを優先的に伝導する能力を有するポリマーが空気中で加水分解しないものである、［１］～［８］のいずれか一つの電解質組成物。
［１０］
［１］～［９］のいずれか一つの電解質組成物を含む、電池。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の内容によれば、低い電圧で十分な大きさの電流を流すことが可能な電解質組成物及び当該電解質組成物を含む電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施例１５の電解質組成物を用いた最大直流電流密度の測定の結果を示す図である。
図２は、比較例３の電解質組成物を用いた最大直流電流密度の測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一実施形態における電解質組成物は、アルカリ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、イオン性化合物とを含み、イオン性化合物は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム塩について測定したドナーナンバーが３７以下であるアニオンを含む。本実施形態の電解質組成物は上述のとおり抵抗が低いものであることで、電極と電解質との界面におけるＬｉカチオンの移動も容易となり、十分に実用可能な電圧で駆動させることができる。また、本実施形態の電解質組成物では、リチウムイオンの選択輸送について改善される傾向もある。
【００１０】
上記電解質組成物は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム塩について測定したドナーナンバーが３７以下であるアニオンを含むイオン性化合物を含む。このようなイオン性化合物は上記ポリマーの有するアニオン性の官能基と相互作用する。上記アニオン性官能基に上記イオン性化合物のカチオン部分が相互作用することによって、ポリマーの有するアニオン性を緩めることが可能であり、また、アルカリ金属イオンがイオン性化合物のアニオン部分からも引き付けられることによってポリマーの有するアニオン性官能基からの拘束が相対化され弱まることで、電解質内のアルカリ金属イオンの伝導性を向上させることができる。このような作用によって、上記電解質組成物の抵抗を低下させることができる。本実施形態の電解質組成物では、電極と電解質界面との間での抵抗が改善される。
（【００１１】以降は省略されています）

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