JP2020501314A5

JP2020501314A5 -

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Publication number: JP2020501314A5
Application number: JP2019529905A
Authority: JP
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2021-01-07

Claims

ａ）ナトリウム、リチウム、カリウム若しくはマグネシウム、又はナトリウム、リチウム、カリウム若しくはマグネシウムのうちの少なくとも１種とイオンを提供するための少なくとも１種の金属との合金若しくは複合体を含むアノード活性物質を含むアノードと、
ｂ）元素状イオウと、随意としての元素状セレン又は元素状カルコゲンの混合物とを含むカソード活性物質を含むカソードと、
ｃ）前記アノードと前記カソードの間に位置し、前記アノード及び前記カソードと接している液体又はゲル電解質溶液を分離するように作用する中間セパレータ要素であって、これを通って金属イオン及びそれらの対イオンが、電池の充電及び放電サイクルの間に前記アノードと前記カソードの間を移動する、中間セパレータ要素と
を含む電池であって、
前記液体又はゲル電解質溶液が、非水性の極性非プロトン性溶媒又はポリマーと、導電性の塩とを含み、かつ
条件（ｉｖ）：
（ｉｖ）前記アノードが、さらに少なくとも１種の有機イオウ化学種から構成されるか、又は少なくとも１種の有機イオウ化学種で処理されている、
を満たし、かつ、随意に条件（ｉ）、（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）：
（ｉ）前記液体又はゲル電解質溶液の少なくとも１つが、さらに少なくとも１種の有機イオウ化学種を含む、
（ｉｉ）前記カソードが、さらに少なくとも１種の有機イオウ化学種から構成される、
（ｉｉｉ）前記中間セパレータ要素が、少なくとも１種の有機イオウ化学種を含有する官能化多孔質ポリマーを含む、
の少なくとも１つを満たし、
前記有機イオウ化学種が、式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｓ _n −Ｒ ² の有機ポリスルフィド（ここで、Ｒ ¹ 及びＲ ² は独立してＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分を表し、このＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分は、線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／又は金属を含有する１つ又は複数の官能基を含むことができ、ｎは１以上の整数である）、及び式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｍの有機チオラート又は式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｓ _n −Ｍの有機ポリチオラート（ここで、Ｒ ¹ はＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分を表し、このＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分は、線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／又は金属を含有する１つ又は複数の官能基を含むことができ、Ｍは、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムであり、ｎは１以上の整数である）より成る群から選択される、前記電池。
前記有機イオウ化学種が、式（Ｉ）若しくは（ＩＩ）のジチオアセタール若しくはジチオケタール、又は式（ＩＩＩ）のトリチオ−オルトカルボキシレート

であり、
ここで、各Ｒ³は独立してＨ、又は線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／又は金属を含有する１つ又は複数の官能基を含むことができるＣ₁〜Ｃ₂₀有機部分であり、ｏ、ｐ及びｑは、それぞれ独立して１以上の整数であり、かつ各Ｚは独立して線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／若しくは金属を含有する１つ若しくは複数の官能基を含むことができるＣ₁〜Ｃ₂₀有機部分、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムである、請求項１に記載の電池。
前記有機イオウ化学種が、式（ＩＶ）の芳香族ポリスルフィド、式（Ｖ）のポリエーテル−ポリスルフィド、式（ＶＩ）のポリスルフィド−酸の塩、又は式（ＶＩＩ）のポリスルフィド−酸の塩

であり、
ここで、式（ＩＶ）におけるＲ⁴は独立してｔｅｒｔ−ブチル又はｔｅｒｔ−アミルであり、Ｒ⁵は独立してＯＨ、ＯＬｉ、又はＯＮａであり、またｒは０以上であり、その芳香族環は、任意選択で１つ又は複数の位置で水素以外の置換基により置換され、式（ＶＩ）におけるＲ⁶は、二価有機部分であり、式（ＶＩＩ）におけるＲ⁵は、二価有機部分であり、各Ｚは独立してＣ₁〜Ｃ₂₀有機部分、Ｌｉ、Ｎａ、又は第四級アンモニウムであり、各Ｍは独立してＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムであり、かつｏ及びｐは、それぞれ独立して１以上の整数である、請求項１に記載の電池。
前記有機イオウ化学種が、式（ＩＸ）のトリチオ炭酸官能基を含有する有機ポリスルフィド若しくは有機金属ポリスルフィド、式（Ｘ）のジチオ炭酸官能基を含有する有機ポリスルフィド若しくは有機金属ポリスルフィド、又は式（ＸＩ）のモノチオ炭酸官能基を含有する有機ポリスルフィド若しくは有機金属ポリスルフィド

であり、
ここで、Ｚは、Ｃ₁〜Ｃ₂₀有機部分、Ｎａ、Ｌｉ、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムであり、かつｏ及びｐは、独立して１以上の整数である、請求項１に記載の電池。
前記液体又はゲル電解質溶液がさらに、式Ｍ−Ｓ−Ｓ_n−Ｍのポリチオール酸二金属塩化学種から構成され、ここで、各Ｍは独立してＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムであり、ｎは１以上の整数である、請求項１〜４のいずれかに記載の電池。
前記有機部分が、少なくとも２個の炭素原子を含有する、請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
前記非水性の極性非プロトン性溶媒又はポリマーが、エーテル、カルボニル、エステル、炭酸、アミノ、アミド、スルフィジル［−Ｓ−］、スルフィニル［−Ｓ（Ｏ）−］、又はスルホニル［−ＳＯ₂−］から選択される１種又は複数種の官能基を含有する、請求項１〜６のいずれかに記載の電池。
前記導電性の塩が式ＭＸに相当し、ここで、ＭはＬｉ、Ｎａ、又は第四級アンモニウムであり、かつＸは、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ、ＣＦ₃ＳＯ₃、ＣＨ₃ＳＯ₃、ＣｌＯ₄、ＰＦ₆、ＮＯ₃、ＡｓＦ₆、又はハロゲンである、請求項１〜７のいずれかに記載の電池。
前記有機部分がオリゴマー又はポリマーであり、かつ前記有機イオウ化学種が、前記オリゴマー又はポリマーの有機部分の主鎖に垂下している少なくとも１つの−Ｓ−Ｓ−結合を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
前記有機部分がオリゴマー又はポリマーであり、かつ前記有機イオウ化学種が、前記オリゴマー又はポリマーの有機部分の主鎖に組み込まれた少なくとも１つの−Ｓ−Ｓ−結合を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
少なくとも１種の非水性の極性非プロトン性溶媒又はポリマーと、少なくとも１種の導電性の塩と、少なくとも１つの有機部分及び少なくとも１つの−Ｓ−Ｓ_n−結合（ここで、ｎは０又は１以上の整数である）から構成される少なくとも１種の有機イオウ化学種とを含む電解液。
ナトリウム、リチウム、カリウム若しくはマグネシウム、又はナトリウム、リチウム、カリウム若しくはマグネシウムのうちの少なくとも１種とイオンを提供するための少なくとも１種の別の金属との合金若しくは複合体を含むアノード活性物質を含むアノードであって、
少なくとも１種の有機イオウ化学種をさらに含むか又は該有機イオウ化学種で処理されているかであり、
前記有機イオウ化学種が、式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｓ _n −Ｒ ² の有機ポリスルフィド（ここで、Ｒ ¹ 及びＲ ² は独立してＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分を表し、このＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分は、線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／又は金属を含有する１つ又は複数の官能基を含むことができ、ｎは１以上の整数である）、及び式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｍの有機チオラート又は式Ｒ ¹ −Ｓ−Ｓ _n −Ｍの有機ポリチオラート（ここで、Ｒ ¹ はＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分を表し、このＣ ₁ 〜Ｃ ₂₀ 有機部分は、線状、分岐状若しくは環状の脂肪族又は芳香族であることができ、かつ任意選択でＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、ハロゲン及び／又は金属を含有する１つ又は複数の官能基を含むことができ、Ｍは、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、第四級アンモニウム、又は第四級ホスホニウムであり、ｎは１以上の整数である）より成る群から選択される、前記アノード。