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公開番号2025116094
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-07
出願番号2025088043,2022544291
出願日2025-05-27,2021-01-22
発明の名称イオン性モノマーをベースとするポリマー、これを含む組成物、これを製造する方法、および電気化学的用途におけるその使用
出願人ハイドロ-ケベック
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C08G 65/34 20060101AFI20250731BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】イオン性モノマーをベースとするポリマー、これを含む組成物、これを製造する方法、および電気化学的用途におけるその使用
【解決手段】本技術は、電気化学的用途、特に電池、エレクトロクロミックデバイスおよびスーパーキャパシタなどの電気化学アキュムレータに使用するための、少なくとも2つの官能基を含む少なくとも1種の化合物と金属ビス(ハロスルホニル)イミドとの間の反応生成物を含む少なくとも1つの繰り返し単位を含むイオン性ポリマーに関する。
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本技術はまた、ポリマー組成物、固体ポリマー電解質組成物、固体ポリマー電解質、前記イオン性ポリマーを含む電極材料に関する。電気化学セルおよび電気化学アキュムレータにおけるそれらの使用、ならびにその製造プロセスも記載されている。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも２つの官能基を含む式１の少なくとも１種の化合物と式２の金属ビス（ハロスルホニル）イミド：
TIFF
2025116094000082.tif
39
74
［式中、
Ａは、直鎖状または分岐状Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレンオキシＣ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状ポリ（Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレンオキシ）Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状ポリエーテルおよび直鎖状または分岐状ポリエステルから選択される、置換されているまたは非置換の有機基であり、
Ｘ
１
およびＸ
２
は、ヒドロキシル基、チオール基およびアミン基から独立しておよび出現ごとに選択される官能基であり、
Ｘ
３
およびＸ
４
は、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからそれぞれ独立して選択されるハロゲン原子であり、
Ｍ
ｎ＋
は、Ｎａ
＋
、Ｋ
＋
、Ｌｉ
＋
、Ｃａ
２＋
およびＭｇ
２＋
イオンからなる群から選択される、アルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンである］
との間の反応生成物を含む少なくとも１つの繰り返し単位を含むイオン性ポリマー。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
Ｘ
３
およびＸ
４
が、どちらも塩素原子である、請求項１に記載のイオン性ポリマー。
【請求項３】
Ｍ
ｎ＋
が、Ｎａ
＋
、Ｋ
＋
およびＬｉ
＋
イオンからなる群から選択されるアルカリ金属イオンである、請求項１または２に記載のイオン性ポリマー。
【請求項４】
Ｍ
ｎ＋
がＬｉ
＋
である、請求項３に記載のイオン性ポリマー。
【請求項５】
Ｘ
１
およびＸ
２
が、どちらもヒドロキシル基である、請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン性ポリマー。
【請求項６】
前記式１の化合物が、グリセロール、アルカンジオール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、１，８－オクタンジオール、１，２－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，２－ペンタンジオール、エトヘキサジオール、ｐ－メンタン－３，８－ジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオール、ポリカプロラクトンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ポリエチレングリコール、２，２，３，３，４，４，５，５－オクタフルオロ－１，６－ヘキサンジオール、およびそれらの少なくとも２種の組合せから選択される、請求項５に記載のイオン性ポリマー。
【請求項７】
前記式１の化合物がグリコールである、請求項６に記載のイオン性ポリマー。
【請求項８】
前記式１の化合物がグリセロールである、請求項６に記載のイオン性ポリマー。
【請求項９】
前記式１の化合物が、アルカンジアミン、１，３－プロパンジアミン、１，４－ブタンジアミン、１，５－ペンタンジアミン、１，６－ヘキサンジアミン、１，８－オクタンジアミン、１，２－プロパンジアミン、１，２－ブタンジアミン、２，３－ブタンジアミン、１，３－ブタンジアミン、１，２－ペンタンジアミン、２，４－ジアミノ－２－メチルペンタン、エチレンジアミン、１，８－ジアミノ－３，６－ジオキサオクタン、１，１１－ジアミノ－３，６，９－トリオキサウンデカン、４，９－ジオキサ－１，１２－ドデカンジアミン、１，１４－ジアミノ－３，６，９，１２－テトラオキサテトラデカン、ポリ（エチレングリコール）ジアミン、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（登録商標）という商標名で市販されているＤ、ＥＤまたはＥＤＲシリーズの製品、およびそれらの少なくとも２種の組合せから選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン性ポリマー。
【請求項１０】
前記式１の化合物が、ＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（登録商標）ＥＤ－６００、ＥＤ－９００およびＥＤ－２００３から選択されるＪＥＦＦＡＭＩＮＥ（登録商標）Ｄシリーズの製品である、請求項９に記載のイオン性ポリマー。
（【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】
関連出願
本出願は、適用法の下、すべての目的のため、それらの内容の全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０２０年１月２４日出願の米国仮特許出願第６２／９６５，５６０号、２０２０年２月１７日出願の米国仮特許出願第６２／９７７，５２１号、および２０２０年１１月５日出願の欧州特許出願第２０２０６０００．０号への優先権を主張する。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
技術分野
本出願は、ポリマーの分野、および電気化学的用途におけるそれらの使用に関する。より詳細には、本出願は、固体ポリマー電解質、ポリマー組成物、固体ポリマー電解質組成物、それらの製造プロセスの分野、および電気化学セル、エレクトロクロミックデバイス、スーパーキャパシタまたは電気化学アキュムレータにおける、特に全固体電池におけるそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
固体ポリマー電解質は、液体電解質の使用に基づいたそれらの対応物よりも実質的に安全な、軽量の、可撓性が高く、かつ効率的な全固体電気化学システムの開発を可能にするので、多数の工業的用途にとって有望な材料である。
【０００４】
固体ポリマー電解質は大きな利点があるにもかかわらず、その使用は、その電気化学的安定性に限りがあること、輸率が低いこと、およびイオン伝導率が比較的低いことが主に原因で、依然として限られている。実際に、従来の固体状態のポリマー電解質は、一般に高電圧操作（Ｌｉ／Ｌｉ
＋
に対して≧４Ｖ）を支持しないので、従来の固体状態のポリマー電解質の電気化学的安定域（ｆｅｎｅｔｒｅｄｅｓｔａｂｉｌｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｑｕｅ）は依然として比較的限られている。
【０００５】
さらに、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）をベースとするものなどの従来の固体ポリマー電解質は、周囲温度におけるイオン伝導率問題に直面している。例えば、ポリマーが溶融状態にある場合、ＰＥＯのイオン伝導率は、１０
－３
Ｓ．ｃｍ
－１
の桁である（Ｈａｌｌｉｎａｎｅｔａｌ．，Ａｎｎｕａｌｒｅｖｉｅｗｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｒｅｓｅａｒｃｈ４３（２０１３）：５０３－５２５）。しかし、イオン輸送は、アモルファス相で主に起こり、結晶相では低下し、ＰＥＯ系ポリマーのイオン伝導率は著しく低下する。実際に、ＰＥＯ系ポリマーのイオン伝導率は、その融点未満の操作温度では実質的に低下する（Ａｒｍａｎｄ，Ｍ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓ９（１９８３）：７４５－７５４）。ＰＯＥ系ポリマーの架橋度もまた、特に、セグメントの移動度が低下するため、電気化学的安定性および低いイオン伝導率の問題に関連する。
【０００６】
イオン伝導率が低いという問題を解決するための一般的な手法は、例えば、結晶化温度、すなわちガラス転移温度を低下させるモノマー単位を含む分岐状もしくはブロックＰＥＯ系ポリマーを使用することによって、またはイオン輸率を増大させることによってポリマー構造の結晶化度を低下させる、ポリマー構造の修飾を含む。この問題に対処するために使用される別の戦略は、その機械的強度を改善するため、ＰＥＯ系ポリマーに、二酸化チタン（ＴｉＯ
２
）、アルミナ（Ａｌ
２
Ｏ
３
）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２
）およびアルミン酸リチウム（ＬｉＡｌＯ
２
）ナノ粒子などの、ナノスケールセラミック充填剤を配合することを含む。しかし、これらの充填剤の存在は、ポリマーの電気化学特性および／または機械特性が低下する一因となるおそれがある。
【０００７】
したがって、従来の固体ポリマー電解質の欠点のうちの１つまたは複数を排除する固体ポリマー電解質の開発が必要とされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
Ｈａｌｌｉｎａｎｅｔａｌ．，Ａｎｎｕａｌｒｅｖｉｅｗｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｒｅｓｅａｒｃｈ４３（２０１３）：５０３－５２５
Ａｒｍａｎｄ，Ｍ．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＩｏｎｉｃｓ９（１９８３）：７４５－７５４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
要旨
一態様によれば、本技術は、少なくとも２つの官能基を含む式１の少なくとも１種の化合物と式２の金属ビス（ハロスルホニル）イミド：
TIFF
2025116094000001.tif
38
76
（式中、
Ａは、直鎖状または分岐状Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレンオキシＣ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状ポリ（Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレンオキシ）Ｃ
１
～Ｃ
１０
アルキレン、直鎖状または分岐状ポリエーテルおよび直鎖状または分岐状ポリエステルから選択される、置換されているまたは非置換の有機基であり、
Ｘ
１
およびＸ
２
は、ヒドロキシル基、チオール基およびアミン基から独立しておよび出現ごとに選択される官能基であり、
Ｘ
３
およびＸ
４
は、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩからそれぞれ独立して選択されるハロゲン原子であり、
Ｍ
ｎ＋
は、Ｎａ
＋
、Ｋ
＋
、Ｌｉ
＋
、Ｃａ
２＋
およびＭｇ
２＋
イオンからなる群から選択される、アルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンである）
との間の反応生成物を含む少なくとも１つの繰り返し単位を含むイオン性ポリマーに関する。
【００１０】
一実施形態では、式１の化合物は、グリセロール、アルカンジオール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、１，８－オクタンジオール、１，２－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、２，３－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，２－ペンタンジオール、エトヘキサジオール、ｐ－メンタン－３，８－ジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオール、ポリカプロラクトンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ポリエチレングリコール、２，２，３，３，４，４，５，５－オクタフルオロ－１，６－ヘキサンジオール、他の類似のグリコールおよびジオール、ならびにそれらの少なくとも２種の組合せから選択される。
（【００１１】以降は省略されています）

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