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公開番号2025088831
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2023203570
出願日2023-12-01
発明の名称ポリマー、フィルム、溶液、電極複合体および電池
出願人東レ株式会社
代理人
主分類C08L 101/00 20060101AFI20250605BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】電池寿命と容量に優れたリチウム空気電池のためのポリマーフィルムを提供することを提供すること。
【解決手段】
電荷密度が-1.0以上-0.5以下である原子の原子個数密度が0%以上7%以下であり、電荷密度が0.25以上1.0以下である原子の原子個数密度が5%以上100%以下であるポリマー。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の原子個数密度が０％以上７％以下であり、電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の原子個数密度が５％以上１００％以下であるポリマー。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
前記ポリマーのガラス転移温度が５１℃以上４００℃以下である請求項１記載のポリマー。
【請求項３】
電荷密度が－０．５以上０未満である原子の原子個数密度が９％以上１００％以下である、請求項１記載のポリマー。
【請求項４】
電荷密度が０．２５以上１以下である水素原子の原子個数密度が５％以上１００％以下である請求項１記載のポリマー。
【請求項５】
請求項１記載のポリマーを含むフィルム。
【請求項６】
無孔領域を有する請求項５記載のフィルム。
【請求項７】
カチオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である請求項５または６記載のフィルム。
【請求項８】
リチウムイオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である請求項５または６記載のフィルム。
【請求項９】
イオン伝導度が１．０×１０
－７
Ｓ／ｃｍ以上１．０×１０Ｓ／ｃｍ以下である請求項５または６記載のフィルム。
【請求項１０】
カチオン輸率が０．５以上１．０以下である請求項５または６記載のフィルム。
（【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、ポリマー、フィルム、溶液、電極複合体および電池に関するものである。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電池の軽量化および高エネルギー化に向け、金属Ｌｉ負極電池、電池、空気電池などが盛んに研究されており、実用化に向けて正極、負極、セパレータ、電解質等の設計が進められている。その中でも、リチウム空気電池は、理論容量が最も高く、究極の二次電池として期待されている（特許文献１）。また、ポリマーフィルムは、加工性の観点から盛んにセパレータや電解質として検討されている。（特許文献２～４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－３３４９０号公報
国際公開第２０２２／０３９００９号
特開２０１６－０８４５１８号公報
特開２０１３－６２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で使用されるセパレータは無機固体電解質であり、加工性に課題がある。また、特許文献２～４のポリマーフィルムは、リチウム空気電池の電池寿命と容量を実用水準に到達させるためには、リチウムイオンのような電池作動に寄与するイオンの伝導性とそのイオン以外の物資の透過阻止性能のさらなる向上が必要である。そこで、本発明は上記事情を鑑みて、電池寿命と容量に優れたリチウム空気電池のためのポリマーフィルム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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有するものである。
［Ｉ］
電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の原子個数密度が０％以上７％以下であり、電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の原子個数密度が５％以上１００％以下であるポリマー。
［ＩＩ］
前記ポリマーのガラス転移温度が５１℃以上４００℃以下である［Ｉ］記載のポリマー。
［ＩＩＩ］
電荷密度が－０．５以上０未満である原子の原子個数密度が９％以上１００％以下である、［Ｉ］または［ＩＩ］記載のポリマー。
［ＩＶ］
電荷密度が０．２５以上１以下である水素原子（Ｈ原子）の原子個数密度が５％以上１００％以下である［Ｉ］～［ＩＩＩ］いずれかに記載のポリマー。
［Ｖ］
［Ｉ］～［ＩＶ］いずれかに記載のポリマーを含むフィルム。
［ＶＩ］
無孔領域を有する［Ｖ］記載のフィルム。
［ＶＩＩ］
カチオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である［Ｖ］または［ＶＩ］記載のフィルム。
［ＶＩＩＩ］
リチウムイオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である［Ｖ］～［ＶＩＩ］いずれかに記載のフィルム。
［ＩＸ］
イオン伝導度が１．０×１０
－７
Ｓ／ｃｍ以上１．０×１０Ｓ／ｃｍ以下である［Ｖ］～［ＶＩＩＩ］いずれかに記載のフィルム。
［Ｘ］
カチオン輸率が０．５以上１．０以下である［Ｖ］～［ＩＸ］いずれかに記載のフィルム。
［ＸＩ］
ヘイズが０％以上３０％以下である［Ｖ］～［Ｘ］いずれかに記載のフィルム。
［ＸＩＩ］
前記フィルムがビス（トリフルオロスルホンアミド）イオン、ビス（フルオロスルホンアミド）イオン、トリフルオロスルホン酸イオン、ＰＦ
６
イオン、ＣｌＯ
４
イオン、ＢＦ
４
イオンのうち少なくとも１つを含む［Ｖ］～［ＸＩ］いずれかに記載のフィルム。
［ＸＩＩＩ］
リチウム塩重量濃度が０重量％以上８０質量％以下である［Ｖ］～［ＸＩＩ］いずれかにに記載のフィルム。
［ＸＩＶ］
前記ポリマーとの会合定数が１．０Ｍ
－１
以上１．０×１０
１０
Ｍ
－１
以下であるアニオンを含む［Ｖ］～［ＸＩＩＩ］いずれかにに記載のフィルム。
［ＸＶ］
［Ｉ］～［ＩＶ］いずれかに記載のポリマーを含む溶液。
［ＸＶＩ］
［Ｖ］～［ＸＩＩＩ］いずれかに記載のフィルムと電極とを近接して有する電極複合体。
［ＸＶＩＩ］［Ｉ］～［ＩＶ］いずれかに記載のポリマーまたは［Ｖ］～［ＸＩＩＩ］いずれかに記載のフィルムを含む電池。
［ＸＶＩＩＩ］
前記フィルムに対する電解液の重量比が０以上５以下である［ＸＶＩＩ］記載の電池。
［ＸＩＸ］
［ＸＶＩＩ］または［ＸＶＩＩＩ］記載の電池を含む乗り物、無人輸送機、電子機器、無人飛行体または定置電源。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、イオン伝導度、カチオン輸率、液分離性に優れたポリマーやフィルム、放電容量とサイクル寿命に優れる電池を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明の一態様として、イオン伝導度、カチオン輸率、液分離性に優れたフィルムに用いることができるポリマーが挙げられる。また、本発明の一態様として、かかるポリマーを用いたフィルムが挙げられる。また、本発明の一態様として、かかるポリマーを含む溶液が挙げられる。
【０００９】
本発明のポリマーは、電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の原子個数密度が０％以上７％以下である。０％以上５％以下が好ましく、０％以上３％以下がより好ましく、０％以上２％以下がさらに好ましく、０％以上１％以下が特に好ましい。電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子は、カチオンと強い相互作用を示す。電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の原子個数密度が上記範囲内であることで、カチオンとの相互作用が適度なものになり、かかるポリマーを含むフィルムは良好なイオン伝導度とカチオン輸率を示す。電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の具体例は、アミド基のＯ原子やＮ原子、イミド基のＯ原子、Ｎ原子、スルホン基のＯ原子があげられる。電荷密度は、後述する量子力学計算で算出することができる。本発明における原子個数密度とは、繰り返し構造中に含まれる全原子個数に対する特定の原子の個数比率である。２種以上の繰り返し構造を有する共重合体の場合も、繰り返し構造中に含まれる全原子個数に該当する。例えば、繰り返し構造中の全原子がそれぞれ４個と２個で構成され、酸素原子がそれぞれ１個を含む２つの繰り返し構造を有するポリマーを仮定する。全原子が４個である繰り返し構造の共重合比０．７、全原子が２個である繰り返し構造の共重合比０．３の場合、かかるポリマーの酸素原子の原子個数密度は、（１×０．７＋１×０．３）／（４×０．７＋２×０．３）×１００＝２９％となる。電荷密度が－１．０以上－０．５以下である原子の原子個数密度を上記範囲にするポリマーは、特に限定されないが、後述するポリマーが挙げられる。
【００１０】
本発明のポリマーは、電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の原子個数密度が５％以上１００％以下である。１０％以上１００％以下が好ましく、１８％以上１００％以下がより好ましく、２１％以上５０％以下がさらに好ましく、２３％以上５０％以下が特に好ましい。電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子は、アニオンと強い相互作用を示す。電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の原子個数密度が上記範囲内であることで、フィルム中の解離イオン数の増加することに加え、アニオンを捕捉することができ、良好なイオン伝導度とカチオン輸率を示すフィルムが得られる。電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の具体例は、チオアミド基、チオウレア基のＣ原子やＨ原子、シアノ基のＣ原子、アミド基、ウレア基のＣ原子、Ｈ原子、Ｃ－Ｆ基、Ｃ－ＣｌのＣ原子があげられる。電荷密度が０．２５以上１．０以下である原子の原子個数密度を上記範囲にするポリマーは、特に限定されないが、後述するポリマーが挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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