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公開番号2025089273
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2024202045
出願日2024-11-20
発明の名称イオン伝導ポリマーフィルム、電極複合体、電池およびポリマーを含む溶液
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H01B 1/12 20060101AFI20250605BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電池寿命と容量に優れたリチウム空気電池に好適に用いられるイオン伝導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】
チオカルボニル基、チオウレア基、チオアミド基およびチオウレタン基のうち少なくとも1種を含むポリマーを含むイオン伝導ポリマーフィルム。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ＮａｎｏＥＳＩ（ＮａｎｏＥｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ）－ＭＳ（Ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析において、ＣｌＯ
４
イオン強度に対する会合体強度比が０．６以上であるユニットを有するポリマーを含むイオン伝導ポリマーフィルム。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
ＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ／ＭＳ分析で測定されるＬｉ会合体ピーク強度比率が０．５となる照射エネルギーが０ｅＶより大きく、２．０ｅＶ以下であるユニットを有するポリマーを含む請求項１記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【請求項３】
チオカルボニル基、チオウレア基、チオアミド基およびチオウレタン基のうち少なくとも１種を含むポリマーを含むイオン伝導ポリマーフィルム。
【請求項４】
無孔領域を有する請求項１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【請求項５】
前記ポリマーが主鎖に芳香族構造を有する請求項１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【請求項６】
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または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【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１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【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１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【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１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【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１または３記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
（【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、イオン伝導ポリマーフィルム、電極複合体、電池およびポリマーを含む溶液に関するものである。
続きを表示（約 3,000 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、イオン伝導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のイオン伝導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イオン伝導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］
ＮａｎｏＥＳＩ（ＮａｎｏＥｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ）－ＭＳ（Ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析において、ＣｌＯ
４
イオン強度に対する会合体強度比が０．６以上であるユニットを有するポリマーを含むイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＩＩ］
ＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ／ＭＳ分析で測定されるＬｉ会合体ピーク強度比率が０．５となる照射エネルギーが０ｅＶより大きく、２．０ｅＶ以下であるユニットを有するポリマーを含む［Ｉ］記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
【０００６】
［ＩＩＩ］
チオカルボニル基、チオウレア基、チオアミド基およびチオウレタン基のうち少なくとも１種を含むポリマーを含むイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＩＶ］
無孔領域を有する［Ｉ］～［ＩＩＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［Ｖ］
前記ポリマーが主鎖に芳香族構造を有する［Ｉ］～［ＩＶ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＶＩ］
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］～［Ｖ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＶＩＩ］
カチオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である［Ｉ］～［ＶＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＶＩＩＩ］
リチウムイオン濃度が１μｍｏｌ／ｇ以上５００００μｍｏｌ／ｇ以下である［Ｉ］～［ＶＩＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［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［Ｉ］～［ＶＩＩＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［Ｘ］
カチオン輸率が０．５以上１．０以下である［Ｉ］～［ＩＸ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＸＩ］
ヘイズが０％以上３０％以下である［Ｉ］～［Ｘ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［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［Ｉ］～［ＸＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＸＩＩＩ］
リチウム塩重量濃度が０重量％以上８０質量％以下である［Ｉ］～［ＸＩＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［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［Ｉ］～［ＸＩＩＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルム。
［ＸＶ］
［Ｉ］～［ＸＩＶ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルムと電極とを近接して有する電極複合体。
［ＸＶＩ］
［Ｉ］～［ＸＶＩ］いずれかに記載のイオン伝導ポリマーフィルムを含む電池。
［ＸＶＩＩ］
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［ＸＶＩ］記載の電池。
［ＸＶＩＩＩ］
［ＸＶＩ］または［ＸＶＩＩ］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。
［ＸＩＸ］
ＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ分析において、ＣｌＯ
４
イオン強度に対する会合体強度比が０．６以上であるユニットを有するポリマーを含む
溶液
。
［ＸＸ］
ＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ／ＭＳ分析で測定されるＬｉ会合体ピーク強度比率が０．５となる照射エネルギーが０ｅＶより大きく、２．０ｅＶ以下であるユニットを有するポリマーを含む、［ＸＩＸ］記載の
溶液
。
［ＸＸＩ］
チオカルボニル基、チオウレア基、チオアミド基およびチオウレタン基のうち少なくとも１種を含むポリマーを含む溶液。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、イオン伝導度、カチオン輸率、液分離性に優れたイオン伝導ポリマーフィルム、放電容量とサイクル寿命に優れる電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
ポリマーｐ－１～ｐ－４の繰り返し構造とＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ分析、ＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ／ＭＳ分析に用いるｐ－１～ｐ－４の繰り返し構造に含まれるユニットに相当する化合物の構造を示したものである。
ｐ－１、ｐ－４の繰り返し構造に含まれるユニットに相当する化合物を用いたＮａｎｏＥＳＩ－ＭＳ／ＭＳ分析で得られた衝突エネルギーに対して、Ｉ
３
／Ｉ
４
をプロットしたグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の一態様として、イオン伝導度、カチオン輸率、液分離性に優れたイオン伝導ポリマーフィルムが挙げられる。また、本発明の一態様として、イオン伝導度、カチオン輸率、液分離性に優れたイオン伝導ポリマーフィルムに用いられるポリマーを含む溶液が挙げられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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