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公開番号2025100396
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2024210911
出願日2024-12-04
発明の名称ポリマー電解質およびこれを製造する方法
出願人ベレノス・クリーン・パワー・ホールディング・アーゲー
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/0565 20100101AFI20250626BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高いイオン伝導度を有するポリマー電解質、電池および前記ポリマー電解質を製造する方法を提供する。
【解決手段】式(I)による第一のポリマレイミド繰り返し単位と、式(II)による第二のポリマレイミド繰り返し単位と、を含み、第一のポリマレイミド繰り返し単位および第二のポリマレイミド繰り返し単位が互いに共有結合されている、ポリマレイミドコポリマーを含む、電池用のポリマー電解質が提供される。
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【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
R
3
（Q）
μ
（式中、
R
3
は、個々に、C(H)
h
(C
x
H
2x+1
)
i
((CH
2
)
ψ
)
j
(CH
2
OC(O)(CH
2
)
σ
)
k
またはポリエーテル（ここで、iは0～2であり；jおよびkは、個々に、0～4であり；hは4-i-j-kであり；hおよびiの合計は0～2であり；xは1～6であり；ψは1～10であり；σは1～20である）であり；
μは、個々に、少なくとも2であり、好ましくは2～4であり、
Qは、個々に、式(I)
JPEG
2025100396000028.jpg
54
165
（式中、
R
2
は、個々に、C
1
～C
16
アルキル、C
2
～C
16
アルケニル、C
2
～C
16
アルキニルまたはアリールであり、
R
4
は、個々に、H、C
1
～C
16
アルキル、C
2
～C
16
アルケニル、C
2
～C
16
アルキニルであり、
Qは、Qのイオウ原子を通じてR
3
に共有結合する）による）
による、第一のポリマレイミド繰り返し単位と、
式（II）
JPEG
2025100396000029.jpg
49
165
（式中、
R
1
は、個々に、H、C
1
～C
16
アルキル、C
2
～C
16
アルケニル、C
2
～C
16
アルキニルであり、
mは、個々に、1～5であり、
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記第一のポリマレイミド繰り返し単位対前記第二のポリマレイミド繰り返し単位のモル比が5～95、好ましくは20～50である、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項３】
R
2
が、メチル、エチル、プロピル、n-ブチル、イソブチル、ベンジル、またはスチリルである、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項４】
前記アルカリ金属イオンがリチウムイオンである、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項５】
XがCF
3
、CH
3
またはFである、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項６】
R
3
が、-(CH
2
)
ω
(O(CH
2
)
sigma
)
α
によるポリエーテルであり、ここで、ωは0～4であり、sigmaは1～4であり、αは1～10である、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項７】
R
3
が-(CH
2
)
β
-、C(CH
2
CH
3
)(CH
2
OC(O)(CH
2
)
σ
)
3
-またはC(CH
2
OC(O)(CH
2
)
σ
)
4
-であり、ここで、βは1～20であり、σは1～20である、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項８】
前記ポリマー電解質の総重量に基づいて、0.5重量%～90重量%、好ましくは30重量%～80重量%の可塑化剤をさらに含む、請求項1に記載のポリマー電解質。
【請求項９】
前記可塑化剤が直鎖カーボネート、環状カーボネート、エーテル、およびニトリルからなる群より選択される、請求項8に記載のポリマー電解質。
【請求項１０】
請求項1に記載のポリマー電解質を含む、電池。
（【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、ポリマー電解質、特に固体状態（solid state）電解質に関する。本発明はさらに、ポリマー電解質を含む電池に、およびポリマー電解質を製造する方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
バッテリーおよび他のエネルギー貯蔵デバイスの重要性は迅速に増大している。e-モビリティ、特に電子駆動自動車およびe-スクーターの上昇は、高容量および妥当な重量のバッテリーを要する。
【０００３】
バッテリー技術における現在の研究は、バッテリーの安全性を改善するとともに、体積的エネルギー密度および重量的エネルギー密度を増加させ、最適化する、新規材料を軸に展開する。
【０００４】
慣用的な液体電解質、例えばリチウムバッテリー用の電解質は、有機溶媒およびリチウム塩の混合物に基づく。これらの電解質は、高いイオン伝導度を有し、バッテリーの電圧ウィンドウ内で電気化学的に安定である。しかし、こうした液体電解質は、非常に燃えやすく、揮発性であり、バッテリーケーシング外部に漏洩しうる。これらの不都合な点は、バッテリーの重大な欠点、出火および爆発を導きうる。
【０００５】
近年、アルカリ金属バッテリーおよびアルカリ土類金属バッテリーの安全性を改善するため、固形電解質、ポリマー電解質（例えばゲル（ポリマー）電解質）およびイオン性液体電解質が開発されてきている。
【０００６】
ゲルポリマー電解質は、液体電解質が被包されており、架橋された、典型的には化学的に架橋されたポリマー構造中に含浸されているシステムである。このタイプの電解質は、妥当な価格で比較的高いイオン伝導度を提供し、そしてまた、長期に渡って、高い構造的、熱的および機械的安定性を有する。しかし、イオン伝導度はなお、液体電解質よりも低く、これは架橋ポリマー構造が、金属イオン、例えばリチウムイオンバッテリーに関してはリチウムイオンの移動を妨害する傾向があるためである。
【０００７】
国際公開第2022/055307号（WO2022/055307）は、2つの架橋剤であって、一方が少なくとも2つのチオール官能基を含む上記架橋剤、リチウム塩および少量の有機溶媒を含む前駆体組成物から得られる、リチウム二次電池用のゲルポリマー電解質を開示する。
【０００８】
米国特許出願公開第2023/096123号（US2023096123）は、架橋ポリマーネットワークを含む固形ポリマー電解質を開示する。架橋ポリマーネットワークは、架橋基、例えば二官能性ポリエーテル基および／または二官能性イオン基、および架橋多官能性架橋基、およびチオエーテル基を含む少なくとも1つの架橋基を含む。固形ポリマー電解質が伝導性になるためには、二重イオン伝導塩（例えば金属塩）、テザーされたイオン基、および／または液体電解質をさらに含まなければならない。
【０００９】
前述の電解質の不都合な点は、ポリエーテル基が、高電圧（例えば4V以上）で不安定であることである。さらなる不都合な点は、これらの電解質を含む電池中で分極のリスクがあることであり、これは、二重イオン伝導塩の使用によるものであり、電解質の低リチウム輸率のためである。分極は、知られているように、電池の電力密度を減少させ、それによって電池の充電および放電に使用されうる電流値を制限する。言い換えると、電池中の分極は、各充電および放電サイクルとともに、迅速に減少する性能を有する電池を生じる。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、前述の欠点の1つ以上を克服することである。本発明の目的は、高いイオン伝導度、特にリチウムイオン伝導度を有するポリマー電解質を提供することである。さらなる目的は、長期に渡って、高い構造的、電気化学的、熱的および機械的安定性を有するポリマー電解質を提供することである。さらなる目的は、いかなるプロセシング溶媒も実質的に含まない、ポリマー電解質を提供することである。さらなる目的は、電池中の分極のリスクを減少させ、それによって電池で使用されうる電流値を改善するとともに、特に反復充電／放電サイクルに際して、高性能でより長い寿命を有する（すなわち性能の減少が有意に減少しているかまたはさらに回避されている）電池を提供することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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