高分子固体电解质及其制造方法以及电化学器件与流程

本发明涉及高分子固体电解质及其制造方法以及电化学器件。

背景技术：

1、作为电化学器件，存在电容器、空气电池、燃料电池以及二次电池等，用于各种用途。电化学器件具备正极以及负极，具有承担上述正极与负极之间的离子输送的固体电解质。

2、例如作为以镁电池为代表的电化学器件的电极，设置有由镁构成的电极或者至少包含镁的电极(以下，也简单地将这样的电极称为“镁电极”，也将使用镁电极的电化学器件称为“镁电极系的电化学器件”)。镁与锂相比资源丰富且非常廉价。此外，镁通过氧化还原反应能够取出的每单位体积的电量通常较大，用于电化学器件的情况下的安全性也高。因此，镁电池作为替代锂离子电池的下一代二次电池受到关注。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：美国专利公开公报us2018/0159170a1

6、专利文献2：美国专利公开公报us2018/0102567a1。

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、作为镁电池的固体电解质，提出使用无机物。例如，在专利文献1中，使用具有通式mgxmysioz(其中，在通式中，m是选自于ti、zr、hf、ca、sr以及ba组成组的至少一种，0＜x＜2、0＜y＜2以及3＜z＜6)所示的组成的无机物。此外，专利文献2中，使用具有通式mgxsioynz(其中，通式中，1＜x＜2、3＜y＜5以及0≤z＜1)所示的组成的无机物。

3、无机物由于柔韧性低，所以将无机物用作固体电解质时，存在如下缺点：在对固体电解质施加了应力的情况下或者在固体电解质内产生了应力的情况下，易碎且不易恢复至原来的形状。此外，由无机物构成的固体电解质的离子传导率在500℃下极低为10-9～10-7s/cm量级。

4、本发明是鉴于这样的课题而完成的。即，本发明的主要目的在于提供具有优异的结构维持性且有利于实现离子传导性比以往更高的电化学器件的固体电解质。

5、用于解决技术问题的方案

6、本申请发明人不是在现有技术的延伸线上来应对，而是通过在新的方向上应对来尝试解决上述课题。作为其结果，完成了实现上述主要目的的固体电解质的发明。

7、在本发明中，提供一种高分子固体电解质，为用于具备镁电极作为负极的电化学器件的高分子固体电解质，所述高分子固体电解质包含mg聚合物盐而构成，上述mg聚合物盐包含mg2+和具有阴离子性官能团以及配位性官能团的阴离子性聚合物，上述高分子固体电解质具有mg离子传导性。

8、此外，在本发明中，提供一种高分子固体电解质的制造方法，为具有mg离子传导性的高分子固体电解质的制造方法，所述高分子固体电解质的制造方法包括如下工序而构成：使由通式(4)表示的li聚合物盐溶解于mg盐的直链醚溶液中，加入直链醚，从而使由通式(5)表示的mg聚合物盐析出，

9、[化1]

10、

11、[在通式(4)中，af表示阴离子性官能团，t表示末端基团，m表示3～40的整数，n表示150～850的整数，p以及q表示1～10的整数，p以及q可相互相同，也可相互不同。]

12、[化2]

13、

14、[在通式(5)中，af表示阴离子性官能团，t表示末端基团，m表示3～40的整数，n表示150～850的整数，p以及q表示1～10的整数，p以及q可相互相同也可相同不同。]

15、发明的效果

16、在本发明的高分子固体电解质中，能够带来结构维持性优异并具有较高的离子传导性的电化学器件。换句话说，在使用本发明的高分子固体电解质的镁电极系的电化学器件中，高分子固体电解质包含mg聚合物盐而构成，上述mg聚合物盐包含mg2+和具有阴离子性官能团以及配位性官能团的阴离子性聚合物。由于上述高分子固体电解质的这种构成而具有较高的离子传导性(mg离子传导性)。

17、本发明的镁电极系的电化学器件的电解质由mg聚合物盐构成。因此，即便在对固体电解质施加了应力的情况下或者在固体电解质内产生了应力的情况下，也由于mg聚合物盐柔韧性高，所以能够恢复至原来的形状。由于上述高分子固体电解质的这种构成而使结构维持性优异。

18、此外，在本发明的高分子固体电解质的制造方法中，制造会带来结构维持性优异且具有较高的离子传导性的电化学器件的高分子固体电解质。高分子固体电解质的制造方法通过使li聚合物盐溶解于mg盐的直链醚溶液中并加入直链醚，从而使mg聚合物盐析出，换句话说通过离子交换反应将li聚合物盐的l+置换为mg2+，并析出而得到mg聚合物盐。因此，在所得到的mg聚合物盐中，mg离子浓度比较高。进一步，阴离子性聚合物具有通式(5)中所表示的结构，特别是与mg2+形成适当强度的离子键，因此，mg聚合物盐能够有助于高离子传导性。

19、另外，本说明书记载的效果终归是例示的，没有被限定，此外，也可以有附加的效果。

技术特征：

1.一种高分子固体电解质，为用于具备镁电极作为负极的电化学器件的高分子固体电解质，

2.根据权利要求1所述的高分子固体电解质，其中，

3.根据权利要求1或2所述的高分子固体电解质，其中，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的高分子固体电解质，其中，

5.根据权利要求4所述的高分子固体电解质，其中，

6.根据权利要求4或5所述的高分子固体电解质，其中，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的高分子固体电解质，其中，

8.根据权利要求1～7中任一项所述的高分子固体电解质，其中，

9.根据权利要求1～8中任一项所述的高分子固体电解质，其中，

10.一种高分子固体电解质的制造方法，为具有mg离子传导性的高分子固体电解质的制造方法，

11.根据权利要求10所述的高分子固体电解质的制造方法，其中，

12.根据权利要求10或11所述的高分子固体电解质的制造方法，其中，

13.一种电化学器件，为具备负极以及正极的电化学器件，

14.根据权利要求13所述的电化学器件，其中，

技术总结
一种高分子固体电解质，为用于具备镁电极作为负极的电化学器件的高分子固体电解质，包含Mg聚合物盐而构成，上述Mg聚合物盐包含Mg<supgt;2+</supgt;和具有阴离子性官能团以及配位性官能团的阴离子性聚合物，上述高分子固体电解质具有Mg离子传导性。

技术研发人员：松本隆平,中山有理,川崎秀树
受保护的技术使用者：株式会社村田制作所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11