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電解質組成物、電解質膜及び電池

国内特許コード P200017130
整理番号 (S2017-0909-N0)
掲載日 2020年8月7日
出願番号 特願2019-532652
出願日 平成30年7月24日(2018.7.24)
国際出願番号 JP2018027777
国際公開番号 WO2019022095
国際出願日 平成30年7月24日(2018.7.24)
国際公開日 平成31年1月31日(2019.1.31)
優先権データ
  • 特願2017-142512 (2017.7.24) JP
発明者
  • 金村聖志
  • 棟方裕一
  • 木村豪志
出願人
  • 東京都公立大学法人
  • 株式会社スリーダム
発明の名称 電解質組成物、電解質膜及び電池
発明の概要 【課題】実用的な膜厚を有し、機械的な強度にも優れ、電気化学的特性を有する電解質膜、該電解質膜を得ることができる電解質組成物並びにこの電解質膜を用いてなる電池を提供すること。
【解決手段】電解質粉体、バインダー及びイオン伝導性物からなり、上記電解質粉体が、酸化物系のセラミック電解質粉体であり、上記バインダーが、金属イオンに対して安定な高分子化合物であり、上記イオン伝導性物が、金属イオン系化合物を有する、溶媒和イオン伝導性物又はイオン伝導性溶体である、ことを特徴とする電解質組成物、及び電解質粉体と、バインダー及びイオン伝導性物が複合化されてなるコンポジット材とを具備することを特徴とする電解質膜。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

リチウム二次電池は、長寿命・高効率・高容量であり、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラなどの電源に利用されている。そして電池を構成する電解質膜について種々検討が行われており、特に固体電解質の開発が行われている。
たとえば、特許文献1には、複合金属酸化物と水との反応を防ぐことができるとともに、充放電を繰り返す際にサイクル性能の低下を抑制することができる固体電解質として、LiとLaとZrとを含有しリチウムイオン伝導性を有するガーネット型構造の複合金属酸化物と、リン酸リチウムを含み該複合金属酸化物の表面を被覆する被覆膜とを備える固体電解質が提案されている。
また、特許文献2には、二次電池、キャパシタ、ガスセンサー用固体電解質材料として、超急速冷却法を用いて構成する成分イオンがそれぞれ孤立したイオンで存在するイオンガラスとイオン液体を一緒にして、常温で機械的エネルギーを付加して混合し複合化してなる、高いイオン導電性を有するイオン伝導性ガラス材料が提案されている。
また特許文献3には、揮発による電解質の減少がなく、電池の長期の安定作動が可能で安全な固体電解質として、固体電解質にイオン液体を含浸させる構造を有するリチウム空気電池が提案されている。
また、特許文献4には、安全性が高く、充放電サイクル特性に優れた全固体リチウム二次電池の電解質膜として、固体電解質の粉末を成形した粉末成形体からなり、この粉末成形体の粉末間の隙間に、金属リチウムと反応して電子絶縁体となるものを生じる液状物質が存在する固体電解質層が提案されている。

産業上の利用分野

本発明は、電解質組成物、電解質膜及び電池に関し、さらに詳細には、実用的な膜厚を有し、機械的な強度にも優れ、電気化学的特性を有する電解質膜、該電解質膜を得ることができる電解質組成物及び電池に関するものである

特許請求の範囲 【請求項1】
電解質粉体、バインダー及びイオン伝導性物からなり、
上記電解質粉体が、酸化物系のセラミック電解質粉体であり、
上記バインダーが、金属イオンに対して安定な高分子化合物であり、
上記イオン伝導性物が、金属イオン系化合物を有する、溶媒和イオン伝導性物又はイオン伝導性溶体である、
ことを特徴とする電解質組成物。

【請求項2】
上記電解質粉体、上記バインダー及び上記イオン伝導性物の配合割合が、上記電解質粉体60~95重量部、上記バインダー4~35重量部、上記イオン伝導性物1~20重量部であり、且つ合計100重量部である、
ことを特徴とする請求項1記載の電解質組成物。

【請求項3】
上記電解質粉体、上記バインダー及び上記イオン伝導性物の配合割合が、
上記電解質粉体 70~90重量部、上記バインダー 5~20重量部、上記イオン伝導性物 3~15重量部(合計100重量部)であり、且つ合計100重量部である、
ことを特徴とする請求項1記載の電解質組成物。

【請求項4】
上記電解質粉体が、ガーネット型リチウムイオン伝導性セラミック又はペロブスカイト型リチウムイオン伝導性セラミックであり、その平均粒子径(メジアン径D50)が、0.1~20μmである
ことを特徴とする請求項1記載の電解質組成物。

【請求項5】
上記電解質組成物を混合した場合に、
各電解質粉体間に上記バインダーとイオン伝導性物とのコンポジット材が形成され、
示差走査熱量計(DSC)において、上記イオン伝導性物に由来する融点ピークが消失し、
NMRにおいてLi及びHについての上記イオン伝導物固有のピークが上記イオン伝導性物の配合比率が増えるにつれて高磁場側にシフトする
ことを特徴とする請求項1記載の電解質組成物。

【請求項6】
上記電解質組成物を混合した混合物において、
各電解質粉体間に上記バインダーとイオン伝導性物とのコンポジット材が形成され、
上記混合物の以下の測定法における伝導率が10-6S cm-1以上である
ことを特徴とする請求項1記載の電解質組成物。
伝導率の測定法:コンポジット電解質シートの両面にφ10 mm(0.785 cm2)のAu集電体をスパッタリング法で形成し、アルゴン雰囲気中で交流インピーダンス法により、コンポジットの抵抗を計測し、シートの厚みとAu集電体面積からイオン伝導率を算出した。イオン導電率σは抵抗率ρの逆数でありσ=1/ρの関係が成り立つ。抵抗率ρは電解質抵抗R(Ω)、電解質厚さt(μm)、電極面積A(cm2)から、R=ρt/Aの関係が成り立つ。

【請求項7】
請求項1~6のいずれかに記載の電解質組成物を用いて形成され、電解質粉体と、バインダー及びイオン伝導性物が複合化されてなるコンポジット材とを具備することを特徴とする電解質膜。

【請求項8】
上記コンポジット材が電解質膜の厚み方向全体に亘って、上記電解質粉体と混合された状態で存在していることを特徴とする請求項7記載の電解質膜。

【請求項9】
請求項7又は8記載の電解質膜を具備する電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019532652thum.jpg
出願権利状態 公開
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