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公開番号2025151235
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024052562
出願日2024-03-27
発明の名称ポリマー電解質複合材料、リチウムイオン二次電池電極合材層用組成物、リチウムイオン二次電池用電極、リチウムイオン二次電池
出願人株式会社大阪ソーダ
代理人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン二次電池の負極または正極における活物質層内に発生する隙間が電池特性の低下を招く懸念に対して、発生する隙間に充填可能なポリマー電解質複合材料を提供する。
【解決手段】ポリマー電解質複合材料は、下記式(1)で示されるエチレンオキシドに由来する構成単位(A)及び下記式(2)で示されるエポキシ化合物に由来する構成単位(B)を少なくとも含むポリエーテル共重合体、下記式(4)で示される環状カーボネート化合物並びにリチウム塩を少なくとも含む。前記ポリエーテル共重合体100mol%中、構成単位(A)が1～79mol%、構成単位(B)が20～98mol%の重合組成である。
CH₂-CH₂-O・・・(1)
R¹-CHーCH₂-O・・・(2)
式中、R¹は、炭素数1～12のアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基
R²-CH-CH₂-O・・・(4)
式中、R²はエチレン性不飽和基を有する基
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）で示されるエチレンオキシドに由来する構成単位（Ａ）、下記式（２）で示されるエポキシ化合物に由来する構成単位（Ｂ）を少なくとも含むポリエーテル共重合体、下記式（４）で示される環状カーボネート化合物およびリチウム塩を少なくとも含むポリマー電解質複合材料であり、
前記ポリエーテル共重合体１００ｍｏｌ％中、構成単位（Ａ）が１～７９ｍｏｌ％、構成単位（Ｂ）が２０～９８ｍｏｌ％の重合組成であるポリマー電解質複合材料。
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16
（１）
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15
（２）
［式中、Ｒ
１
は炭素数１～１２のアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基である。］
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29
21
（４）
［式中、Ｒ
3
は炭素数１～８の直鎖アルキル基または分岐型アルキル基である。］
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
さらに、前記ポリエーテル共重合体の重合組成として、下記式（３）に示されるエチレン性不飽和基を有する化合物に由来する構成単位（Ｃ）を含み、ポリエーテル共重合体１００ｍｏｌ％中、構成単位（Ｃ）が０．１～２０ｍｏｌ％である請求項１に記載のポリエーテル共重合体。
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12
20
（３）
［式中、Ｒ
２
はエチレン性不飽和基を有する基である。］
【請求項３】
前記ポリマー電解質複合材料１００質量部に対して、ポリエーテル共重合体４質量部～７０質量部、式（４）で示される環状カーボネート化合物を４質量部～９０質量部、リチウム塩化合物を２質量部～９０質量部を少なくとも含む請求項１に記載のポリマー電解質複合材料。
【請求項４】
請求項１に記載のポリマー電解質複合材料、活物質、無機固体電解質を少なくとも含むリチウムイオン二次電池電極合材層用組成物。
【請求項５】
請求項４に記載のリチウムイオン二次電池電極合材層用組成物を用いて作製されたリチウムイオン二次電池用電極合材層。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン二次電池用電極合材層を用いて作製されたリチウムイオン二次電池用電極。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用電極を用いて作製されたリチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用ポリマー電解質複合材料の発明に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
リチウムイオン二次電池は、あらゆる産業の中で大小さまざまな形で利用されている。現在最も普及している液体型リチウムイオン二次電池において、携帯電話などで、小型軽量化による高性能化が進んでいるが、エネルギー密度の低下や充放電の繰り返しによる容量低下が課題となっている。また、ハイブリッド車などに搭載される大型のリチウムイオン二次電池においては、電解液の漏洩による火災などのリスクが残されており、近年では、これらの課題を解決すべく全固体リチウムイオン二次電池の材料開発が盛んに行われている。
【０００３】
全固体リチウムイオン二次電池においては、電解液を使用しないため、液漏れなどの心配がない利点がある。一方、通常、固体同士の密着性が乏しいことから、電解質層や活物質層において隙間が発生し、電池特性の低下を引き起こすリスクがある。その中で、特許文献１において、電極内の多孔性空間を埋める電解質に取り囲まれた電極材料として、粒子間にできる隙間に対して５０％以上固体電解質を含むことで内部抵抗が減少し、電池がより長いサイクル寿命を達成するのに役立つとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２２－５３５２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるように、電極内において粒子間の隙間を固体電解質で埋めたとしても隙間なく埋めることが限りなく難しく、また、固体同士の接着性の低さから、隙間が発生するリスクが残る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、ポリエーテル共重合体、環状カーボネート化合物およびリチウム塩とを少なくとも含むポリマー電解質複合材料が、無機固体電解質に対する安定性が高く、さらにイオン伝導率が無機固体電解質と同等であることを見出した。このような知見に基づき、さらに検討を重ねることで完成した発明である。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の構成を備える発明を提供する。
請１
下記式（１）で示されるエチレンオキシドに由来する構成単位（Ａ）、下記式（２）で示されるエポキシ化合物に由来する構成単位（Ｂ）を少なくとも含むポリエーテル共重合体、下記式（４）で示される環状カーボネート化合物およびリチウム塩を少なくとも含むポリマー電解質複合材料であり、
前記ポリエーテル共重合体１００ｍｏｌ％中、構成単位（Ａ）が１～７９ｍｏｌ％、構成単位（Ｂ）が２０～９８ｍｏｌ％の重合組成であるポリマー電解質複合材料。
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（１）
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（２）
［式中、Ｒ
１
は炭素数１～１２のアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基である。］
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29
21
（４）
［式中、Ｒ
3
は炭素数１～８の直鎖アルキル基または分岐型アルキル基である。］
項２
さらに、前記ポリエーテル共重合体の重合組成として、下記式（３）に示されるエチレン性不飽和基を有する化合物に由来する構成単位（Ｃ）を含み、ポリエーテル共重合体１００ｍｏｌ％中、構成単位（Ｃ）が０．１～２０ｍｏｌ％である項１に記載のポリエーテル共重合体。
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20
（３）
［式中、Ｒ
２
はエチレン性不飽和基を有する基である。］
項３
前記ポリマー電解質複合材料１００質量部に対して、ポリエーテル共重合体４質量部～７０質量部、式（４）で示される環状カーボネート化合物を４質量部～９０質量部、リチウム塩化合物を２質量部～９０質量部を少なくとも含む項１に記載のポリマー電解質複合材料。
項４
項１に記載のポリマー電解質複合材料、活物質、無機固体電解質を少なくとも含むリチウム二次電池電極合材層用組成物。
項５
項４に記載のリチウムイオン二次電池電極合材層用組成物を用いて作製されたリチウムイオン二次電池電極合材層。
項６
項５に記載のリチウムイオン二次電池電極合材層を用いて作製されたリチウムイオン二次電池用電極。
項７
項６に記載のリチウムイオン二次電池用電極を用いて作製されたリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、本発明のポリマー電解質複合材料は、無機固体電解質に対して高い安定性を示し、さらにイオン伝導率も無機固体電解質と同等である。本発明のポリマー電解質複合材料を含むリチウムイオン二次電池用電極を用いたリチウムイオン二次電池において、電池特性、特に高いサイクル容量維持率を有する。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
≪ポリマー電解質複合材料≫
本発明のポリマー電解質複合材料は、下記式（１）に示されるエチレンオキシドに由来する構成単位および下記式（２）に示されるエポキシ化合物に由来する構成単位を少なくとも含むポリエーテル共重合体、環状カーボネート化合物およびリチウム塩とを少なくとも含む構成を備える。
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（１）
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（２）
［式中、Ｒ
１
は炭素数１～１２のアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基である。］
【００１０】
＜ポリエーテル共重合体＞
上記式（１）の化合物はエチレンオキシドである。式（１）の化合物は基礎化学品であり、市販品を容易に入手可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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