特許ウォッチ

公開番号2025176978
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2024083419
出願日2024-05-22
発明の名称非水ゲル電解質、及び非水電解質蓄電素子
出願人株式会社GSユアサ
代理人個人
主分類H01B 1/06 20060101AFI20251128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】非水溶媒としてのフッ素化環状カーボネートを含有し、かつイオン伝導性及び機械的強度に優れる非水ゲル電解質及びこのような非水ゲル電解質を備える非水電解質蓄電素子を提供する。
【解決手段】非水ゲル電解質は、架橋高分子と、非水溶媒と、電解質塩とを備え、上記架橋高分子の含有量は8質量%以下であり、上記架橋高分子が、下記式(1)で表される構造を含む架橋部位を有し、上記非水溶媒がフッ素化環状カーボネートを含む。
<com:Image com:imageContentCategory="Drawing"> <com:ImageFormatCategory>JPEG</com:ImageFormatCategory> <com:FileName>2025176978000023.jpg</com:FileName> <com:HeightMeasure com:measureUnitCode="Mm">11</com:HeightMeasure> <com:WidthMeasure com:measureUnitCode="Mm">44</com:WidthMeasure> </com:Image>
上記式(1)中、*は、他の基又は原子との結合部位を示す。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
架橋高分子と、非水溶媒と、電解質塩とを備え、
上記架橋高分子の含有量は８質量％以下であり、
上記架橋高分子が、下記式（１）で表される構造を含む架橋部位を有し、
上記非水溶媒がフッ素化環状カーボネートを含む非水ゲル電解質。
JPEG
2025176978000022.jpg
11
44
上記式（１）中、＊は、他の基又は原子との結合部位を示す。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
上記架橋高分子が、ポリエチレンオキサイド骨格を有する請求項１に記載の非水ゲル電解質。
【請求項３】
上記架橋部位が電子求引性基を有する請求項１に記載の非水ゲル電解質。
【請求項４】
上記非水溶媒における上記フッ素化環状カーボネートの含有量が２０体積％以上である請求項１に記載の非水ゲル電解質。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非水ゲル電解質を備える非水電解質蓄電素子。
【請求項６】
負極活物質層をさらに備え、上記負極活物質層はケイ素系負極活物質又は金属リチウムを含有する請求項５に記載の非水電解質蓄電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水ゲル電解質、及び非水電解質蓄電素子に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。非水電解質二次電池は、一般的には、電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間で電荷輸送イオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。非水電解質蓄電素子に用いられる高容量を示す負極活物質として、ケイ素系活物質、金属リチウム等が知られている。
【０００３】
近年、非水電解質として液体状の非水電解液に替えてゲル状の非水電解質が用いられた非水電解質蓄電素子も注目されている（特許文献１参照。以下、ゲル状の非水電解質を「非水ゲル電解質」ともいう。）。非水ゲル電解質が用いられた非水電解質蓄電素子は、非水電解液が用いられた非水電解質蓄電素子と比べて漏液が起こり難い等の利点を有する。また、高い機械的強度を有する非水ゲル電解質を、ケイ素系活物質を有する負極を備える非水電解質蓄電素子に適用した場合、非水電解液が用いられた非水電解質蓄電素子と比べて充放電サイクル寿命性能が向上することが知られている。
例えば、非特許文献１には、高い機械的強度を有する非水ゲル電解質を、ケイ素系活物質を有する負極を備える非水電解質蓄電素子に適用することにより、充放電にともなって生じる負極活物質層のクラックを抑制し、充放電サイクル寿命性能が向上することが記載されている。
また、非水ゲル電解質の候補の一つとして、ＴｅｔｒａＰＥＧゲルが挙げられる（非特許文献２参照）。上記ＴｅｔｒａＰＥＧゲルは、末端に相互反応性を有する二種類の四分岐ポリエチレングリコールから形成されており、塩基触媒を用いたマイケル付加反応を利用し、二種類の四分岐高分子の末端交差反応によってゲル化が進行する。上記反応は、反応選択性が高く、均一な網目構造を形成することができるため、少ない高分子含有量で優れた機械的強度を示すゲルを得ることができる。したがって、上記ＴｅｔｒａＰＥＧゲルは、高いイオン伝導性と高い機械的強度とを両立することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
再表２０１２／０９０８５５号公報
ＱｉｎｇｑｕａｎＨｕａｎｇ他，“Ｓｕｐｒｅｍｅｌｙｅｌａｓｔｉｃｇｅｌｐｏｌｙｍｅｒｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｅｎａｂｌｅｓａｒｅｌｉａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｓｉｌｉｃｏｎ－ｂａｓｅｄａｎｏｄｅｓ”，Ｎａｔｕｒｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１０，２０１９年１２月，ｐ５５８６
ＭａｒｉＹｏｓｈｉｔａｋｅ他，“ＴｅｔｒａＰＥＧＮｅｔｗｏｒｋＦｏｒｍａｔｉｏｎｖｉａａＭｉｃｈａｅｌＡｄｄｉｔｉｏｎＲｅａｃｔｉｏｎｉｎａｎＩｏｎｉｃＬｉｑｕｉｄ：ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＰｏｌｙｍｅｒＧｅｌＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＤｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒｓ”，ＣｈｅｍｉｓｔｒｙＬｅｔｔｅｒｓ，４８，２０１９年月５月，ｐ７０４－７０７
ＴａｋａｍａｓａＳａｋａｉ他，“ＤｅｓｉｇｎａｎｄＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ a Ｈｉｇｈ－ＳｔｒｅｎｇｔｈＨｙｄｒｏｇｅｌｗｉｔｈＩｄｅａｌｌｙＨｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓＮｅｔｗｏｒｋＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ－ｌｉｋｅＭａｃｒｏｍｏｎｏｍｅｒｓ”，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，４１，１４，２００８年６月，ｐ５３７９―５３８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の非水ゲル電解質では、機械的強度が十分に高いとはいい難い。また、非特許文献１に記載の非水ゲル電解質は高分子含有量が多いために、非水電解液と比較して、イオン伝導度が一桁程度低いという問題がある。一方、非水電解質蓄電素子が備える非水ゲル電解質の非水溶媒として、負極活物質表面に安定な被膜を形成するフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）等のフッ素化環状カーボネートを適用することにより、充放電サイクル寿命試験後の容量維持率を高めることができるが、発明者らは、塩基触媒を使用し、ＦＥＣを含有する非水溶媒中でモノマーを架橋反応させ、架橋性高分子を形成するとともにゲル化させることで、非水ゲル電解質を得る方法を検討したところ、塩基触媒を使用する方法において、ＦＥＣを用いた場合、ゲル化が生じないことを見出した。さらに、ケイ素系活物質を有する負極を備える非水電解質蓄電素子は、負極活物質の充放電にともなう体積変化が大きいため、その変化に追随できずに負極活物質表面の被膜の亀裂生成が発生し易い。この亀裂部分で、継続的な非水電解質の分解が生じるため、ケイ素系活物質を有する負極を備える非水電解質蓄電素子は、充放電サイクルに伴う放電容量の低下が生じ易いという不都合を有する。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、非水溶媒としてのフッ素化環状カーボネートを含有し、かつイオン伝導性及び機械的強度に優れる非水ゲル電解質及びこのような非水ゲル電解質を備える非水電解質蓄電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る非水ゲル電解質は、架橋高分子と、非水溶媒と、電解質塩とを備え、上記架橋高分子の含有量は８質量％以下であり、上記架橋高分子が、下記式（１）で表される構造を含む架橋部位を有し、上記非水溶媒がフッ素化環状カーボネートを含む。
【０００８】
JPEG
2025176978000002.jpg
11
44
上記式（１）中、＊は、他の基又は原子との結合部位を示す。
【０００９】
本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、本発明の一側面に係る非水ゲル電解質を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のいずれかの一側面によれば、非水溶媒としてのフッ素化環状カーボネートを含有し、かつイオン伝導性及び機械的強度に優れる非水ゲル電解質及びこのような非水ゲル電解質を備える非水電解質蓄電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許