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公開番号2025154318
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024057243
出願日2024-03-29
発明の名称固体組成物及び固体組成物の製造方法
出願人三井化学株式会社,国立大学法人静岡大学
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 10/0565 20100101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示の一態様の課題は、イオン伝導性を有しつつ、製膜性に優れ、固体電解質として利用しやすい新たな固体組成物、及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】本開示に係る固体組成物は、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも1種の金属カチオンと、下記式(A)で表される環状イミドアニオンと、シアノ基(-CN)、オキサ基(-O-)、及びフルオロ基(-F)からなる群より選択される少なくとも1種の官能基を有するポリマーと、を含む。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも１種の金属カチオンと、
下記式（Ａ）で表される環状イミドアニオンと、
シアノ基（－ＣＮ）、オキサ基（－Ｏ－）、及びフルオロ基（－Ｆ）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を有するポリマーと、
を含む固体組成物。
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2025154318000015.tif
28
170
（式（Ａ）中、Ｌは、それぞれ独立して、式（Ｌ１）、式（Ｌ２）、又は式（Ｌ３）で表される２価の基を表す。式（Ａ）中、Ｒ
１
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化フッ素基、又はフルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化水素基を表す。式（Ｌ３）中、Ｒ
２
は、フルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、又は炭素原子数１～１２のアルコキシ基を表す。一分子あたり２個のＲ
２
を有する場合、互いに同種の基であってもよく、異種の基であってもよい。）
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記環状イミドアニオンが、下記式（Ａ－１）～（Ａ－４）で表される環状イミドアニオンからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の固体組成物。
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2025154318000016.tif
25
170
（式（Ａ－１）～式（Ａ－４）中、Ｒ
１
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化フッ素基、又はフルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化水素基を表す。式（Ａ－３）、及び式（Ａ－４）中、Ｒ
２
は、フルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、又は炭素原子数１～１２のアルコキシ基を表す。式（Ａ－４）中、２個のＲ
２
は、互いに同種の基であってもよく、異種の基であってもよい。）
【請求項３】
さらに下記式（Ｂ－１）で表されるカチオン、下記式（Ｂ－２）で表されるカチオン、及び下記式（Ｂ－３）で表されるカチオンからなる群より選択される少なくとも１種の含窒素カチオンを含む、請求項１に記載の固体組成物。
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2025154318000017.tif
32
170
（式（Ｂ－１）～（Ｂ－３）中、Ｒ
３
は、それぞれ独立して、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数１～８の炭化水素基を表す。Ｒ
４
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びアザ基（－Ｎ＜、－Ｎ＝、－ＮＨ－）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数１～８の２価の炭化水素基を表す。Ｒ
５
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びアザ基（－Ｎ＜、－Ｎ＝、－ＮＨ－）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数１～８の３価の炭化水素基を表す。）
【請求項４】
前記ポリマーの含有量が、固体組成物全量（固体組成物全量を１００質量％としたとき）に対して、０．１～７５．０質量％である、請求項１に記載の固体組成物。
【請求項５】
カチオンを伝導する電解質として使用される、請求項１に記載の固体組成物。
【請求項６】
アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも１種の金属カチオンと、下記式（Ａ）で表される環状イミドアニオンと、を含む塩を準備する塩準備工程、
前記塩準備工程で準備した前記塩と、シアノ基（－ＣＮ）、オキサ基（－Ｏ－）、及びフルオロ基（－Ｆ）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を有するポリマーとを、溶媒中で混合して混合液を得る混合工程、及び
前記混合工程で得られた前記混合液の溶媒を除去して固体組成物を得る溶媒除去工程
を含む、固体組成物の製造方法。
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2025154318000018.tif
28
170
（式（Ａ）中、Ｌは、それぞれ独立して、式（Ｌ１）、式（Ｌ２）、又は式（Ｌ３）で表される２価の基を表す。式（Ａ）中、Ｒ
１
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化フッ素基、又はフルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化水素基を表す。式（Ｌ３）中、Ｒ
２
は、フルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、又は炭素原子数１～１２のアルコキシ基を表す。一分子あたり２個のＲ
２
を有する場合、互いに同種の基であってもよく、異種の基であってもよい。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体組成物及び固体組成物の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
小型、軽量、及び高出力であるリチウムイオン二次電池等の蓄電装置は、近年さらなる高性能化が進んでおり、安全性の向上やさらなる高性能化・軽量化等を目的として、電解質を液体（電解液）から固体（固体電解質）に置き換える検討も進められている。固体電解質の種類としては、セラミックス、ガラス、ポリマー、及び結晶性有機物である分子結晶等の材料が有力視されている。
【０００３】
分子結晶を含む固体電解質としては、ＬｉＮ（ＳＯ
２
ＣＦ
２
）
２
ＣＦ
２
、ＬｉＮ（ＳＯ
２
ＣＦ
２
）
２
等の環状構造を有するアニオンを含むイオン電導性電解質が、室温や低温条件下において高いイオン伝導性を示し、柔軟性が高く、電極との密着性が確保しやすい等の特徴を持つことが報告されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－２１４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体電解質の技術がさらに進歩するなか、上記従来の技術に対し、イオン伝導性を有しつつ、製膜性を改善することが求められている。
【０００６】
本開示の一態様の課題は、イオン伝導性を有しつつ、製膜性に優れ、固体電解質として利用しやすい新たな固体組成物、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アルカリ金属イオン等のカチオンと、特定の環状イミドアニオンと、特定のポリマーと、を含む固体組成物が、イオン伝導性を有しつつ、製膜性に優れ、固体電解質として利用しやすい材料となることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の一態様としては、以下のものが挙げられる。
（１）アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンからなる群より選択される少なくとも１種の金属カチオンと、下記式（Ａ）で表される環状イミドアニオンと、シアノ基（－ＣＮ）、オキサ基（－Ｏ－）、及びフルオロ基（－Ｆ）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を有するポリマーと、を含む固体組成物。
【０００９】
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170
【００１０】
（式（Ａ）中、Ｌは、それぞれ独立して、式（Ｌ１）、式（Ｌ２）、又は式（Ｌ３）で表される２価の基を表す。式（Ａ）中、Ｒ
１
は、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化フッ素基、又はフルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、オキサ基（－Ｏ－）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、及びスルホニル基（＞Ｓ（＝Ｏ）
２
）からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を含んでいてもよい炭素原子数２～８の２価の炭化水素基を表す。式（Ｌ３）中、Ｒ
２
は、フルオロ基（－Ｆ）、クロロ基（－Ｃｌ）、ブロモ基（－Ｂｒ）、又は炭素原子数１～１２のアルコキシ基を表す。一分子あたり２個のＲ
２
を有する場合、互いに同種の基であってもよく、異種の基であってもよい。）
（２）前記環状イミドアニオンが、下記式（Ａ－１）～（Ａ－４）で表される環状イミドアニオンからなる群より選択される少なくとも１種である、（１）に記載の固体組成物。
（【００１１】以降は省略されています）

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