JP2022513294A - 有機電池用の固体電解質 - Google Patents

有機電池用の固体電解質 Download PDF

Info

Publication number
JP2022513294A
JP2022513294A JP2021534911A JP2021534911A JP2022513294A JP 2022513294 A JP2022513294 A JP 2022513294A JP 2021534911 A JP2021534911 A JP 2021534911A JP 2021534911 A JP2021534911 A JP 2021534911A JP 2022513294 A JP2022513294 A JP 2022513294A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
formula
iii
polymer
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021534911A
Other languages
English (en)
Inventor
ヴィルト アンドレアス
コレル ミヒャエル
ミュンヒ シモン
レックス-バルドゥッチ アレクサンドラ
ブレンデル ヨハネス
ジグマー シューベルト ウルリヒ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Operations GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Operations GmbH filed Critical Evonik Operations GmbH
Publication of JP2022513294A publication Critical patent/JP2022513294A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • C08F220/1806C6-(meth)acrylate, e.g. (cyclo)hexyl (meth)acrylate or phenyl (meth)acrylate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/137Electrodes based on electro-active polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1399Processes of manufacture of electrodes based on electro-active polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602Polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602Polymers
    • H01M4/604Polymers containing aliphatic main chain polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H01M4/602Polymers
    • H01M4/606Polymers containing aromatic main chain polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/625Carbon or graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2800/00Copolymer characterised by the proportions of the comonomers expressed
    • C08F2800/10Copolymer characterised by the proportions of the comonomers expressed as molar percentages
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • H01M2300/0045Room temperature molten salts comprising at least one organic ion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0085Immobilising or gelification of electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0091Composites in the form of mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621Binders
    • H01M4/622Binders being polymers
    • H01M4/623Binders being polymers fluorinated polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本発明は、電極が有機レドックス活性ポリマーを含み、ポリマー固体電解質を含む電荷蓄積ユニット、特に二次電池の製造方法に関する。固体電解質は、アクリレートとメタクリレートとの混合物を少なくとも1つのイオン液体の存在下で重合させることによって得られ、これにより電荷蓄積ユニットに有利な特性が与えられる。さらに、本発明は、電荷蓄積ユニット自体にも関する。

Description

本発明は、電極が有機レドックス活性ポリマーを含み、ポリマー固体電解質を含む電荷蓄積ユニット、特に二次電池の製造方法に関する。固体電解質は、アクリレートとメタクリレートとの混合物を少なくとも1つのイオン液体の存在下で重合させることによって得られ、これにより電荷蓄積ユニットに有利な特性が与えられる。さらに、本発明は、電荷蓄積ユニット自体にも関する。
発明の背景
本発明は、有機電池の技術分野にある。「有機電池」という用語は、有機電荷蓄積材料を電荷の蓄積のための活性電極材料として使用する電気化学セルを意味することが一般に理解される。これらの電池は、急速充電性、長寿命、軽量、高柔軟性および易加工性等の非常に優れた特性で注目される。
電荷蓄積用の活性電極材料として既に多数の有機ポリマー構造が知られている。例えば、米国特許出願公開第2016/0233509号明細書、米国特許出願公開第2017/0114162号明細書、米国特許出願公開第2017/0179525号明細書、米国特許出願公開第2018/0108911号明細書、米国特許出願公開第2018/0102541号明細書、国際公開第2017/207325号および国際公開第2015/032951号に有機電極材料が記載されている。更なる電極材料、例えばポリイミドの概要が、S. Muench, A. Wild, C. Friebe, B. Haeupler, T. Janoschka, U.S. Schubert, Chem. Rev. 2016, 116, 9438 - 9484の論文に述べられている。
特に有望なポリマーは、ニトロキシドラジカル2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル-N-オキシル(TEMPO)、米国特許出願公開第2017/0114162号明細書に記載されている11,11,12,12-テトラシアノ-9,10-アントラキノンジメタン(TCAQ)ベースのポリマーであるポリ(2-ビニル-TCAQ)[ポリ(TCAQ)]、および例えばZ. Song, H. Zhan, Y. Zhou, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8444 - 8448に記載されているポリイミドの群をベースとしたポリ(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリニジル-N-オキシルメタクリレート)(PTMA;例えば、欧州特許出願公開第1381100号明細書および欧州特許出願公開第1752474号明細書に記載されている)等のポリマーと考えられる。
ニトロキシドラジカルは、オキソアンモニウムカチオンへと可逆的に酸化することができ、したがって有機二次電池用の活性カソード材料としての使用に特に適している(反応<1>;この反応における「-e」は充電操作を表し、「+e」は放電操作を表す)。この場合、ポリ(TCAQ)は、対応するジアニオンへと可逆的に還元することができ、したがって活性アノード材料としての使用に特に適している(反応<2>;「-2e」は放電操作を表し、「+2e」は充電操作を表す)。
Figure 2022513294000001
使用される殆どのレドックス活性ポリマーは、低い真性電気伝導率のために、伝導性添加剤および任意にバインダーを添加して複合電極に使用されることが多い。複合膜の製造のために、構成要素(レドックス活性ポリマー、伝導性添加剤および任意にバインダー)を溶媒と共に撹拌して均一なペーストを得る。次いで、これを基板上に塗布または印刷し、続いて乾燥させる。
本発明は、電池の電解質に関する。電解質は、イオン輸送によって電極に生じる電荷のバランスを取る機能を有する。したがって、セル抵抗を低下させるために高いイオン伝導率が必要とされる。従来の電解質は極性溶媒と、それに溶解した導電性塩とからなる。しかしながら、これらの液体電解質は、電池欠陥の場合に漏出する恐れがあり、さらに、通常は易燃性液体を含有する。
これらの問題に或る程度まで対処する、かかる液体電解質の更なる発展は、ゲルポリマー電解質の発展である。これらは、膨潤ポリマーマトリックス中に固定化された液体電解質である。これらは、一般に可燃性の液体有機電解質の漏出の可能性がないことから、安全性に関して或る特定の利点をもたらす。しかしながら、電解質は依然として可燃性である。
ゲルポリマー電解質に関する発展の更なる段階は、固体電解質(「固体状電解質」または「ポリマー電解質」)の発展である。固体電解質の場合、電荷キャリア、例えば導電性塩またはイオン液体は、極性ポリマーマトリックス中に溶解する。固体電解質は、漏出のリスクがないだけでなく、イオン液体等の不揮発性成分のみが含まれることから、ゲル電解質と比較してはるかに有利である。このため、可燃性のリスクがさらに低下する。さらに、固体電解質は、十分な機械的安定性を考えると、2つの電極間の直接接触、ひいては短絡または漏洩電流を防ぐ機能を有するセパレーターの機能をさらに効率的に担うことができる。
本発明では、完全有機電池用の新規の印刷可能なポリマー電解質を記載する。これらは、上述の固体電解質のカテゴリーに包含される。完全有機電池の場合、カソードおよびアノードの両方の活性材料が有機ポリマーをベースとする。使用される活性電極材料は、例としては、カソード材料としての既述のポリマーPTMAおよびアノード材料としてのポリ(TCAQ)またはポリイミドである。
文献に記載される既存の完全有機電池は、ほぼ例外なく液体電解質を使用するか、または金属系電池におけるポリマー電解質の使用が記載される。
欧州特許出願公開第3203564号明細書には、例えば電極材料としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3を有するため、リチウムをベースとする電池に使用されるゲルポリマー電解質が記載されている。
低分子量活性材料の溶解性を低下させるためのポリマー電解質の使用が、例えば以下に記載されている:
W. Huang, Z. Zhu, L. Wang, S. Wang, H. Li, Z. Tao, J. Shi, L. Guan, J. Chen, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9162 - 9166には、ポリ(メタクリレート)およびポリエチレングリコールから構成されるポリマー電解質を有する電池が記載されている。この電池は、LiClOを導電性塩として含有する。カソードに使用される活性材料は、カーボン電極中のリチウムイオンと結合するカリックス[4]アレーン(C2824)である。
J. Kim, A. Matic, J. Ahn, P. Jacobsson, C. Song, RSC Adv. 2012, 2, 10394 - 10399には、カソード材料の一部としての2,2,6,6-テトラメチル-1-オキシル-4-ピペリドキシル(TEMPO)をベースとしたジラジカルの使用が記載されている。使用されるマトリックスは、ポリ(フッ化ビニリデン-co-ヘキサフルオロプロピレン)(PVdF-HFP)である。
Z. Zhu, M. Hong, D. Guo, J. Shi, Z. Tao, J. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16461 - 16464には、カソード中のレドックス活性電荷キャリアとしてのピラー[5]キノン(C352010)、ならびにSiOと組み合わせたポリ(メタクリレート)およびポリエチレングリコールから構成されるポリマー電解質を有するリチウム電池が記載されている。
M. Lecuyer, J. Gaubicher, A. Barres, F. Dolhem, M. Deschamps, D. Guyomard, P. Poizot, Electrochem. Commun. 2015, 55, 22 - 25には、レドックス活性電荷キャリアがテトラメトキシ-p-ベンゾキノンであるリチウム電池中のポリマー電解質としてのポリエチレンオキシドが記載されている。
W. Li, L. Chen, Y. Sun, C. Wang, Y. Wang, Y. Xia, Solid State Ionics 2017, 300, 114 - 119には、アントラキノン官能基が電荷キャリアである同様のリチウムイオン電池が記載されている。
K. Silberstein, J. Pastore, W. Zhou, R. Potash, K. Hernandez-Burgos, E. Lobkovskya, H. Abruna, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 27665 - 27671には、リチウムイオン電池と共に活性電荷材料としてのアントラキノンが記載されている。
ポリマー線状活性材料としてポリ(2,2,6,6-テトラメチルピペリジニルオキシメタクリレート)(PTMA)を含むPVdF-HFPから構成されるマトリックスの対応する使用が、J. Kim, A. Matic, J. Ahn, P. Jacobsson, RSC Adv. 2012, 2, 9795 - 9797に記載されている。
有機リチウム電池の安全性を高める同様のポリマー電解質の使用が、J. Kim, G. Cheruvally, J. Choi, J. Ahn, D. Choi, C. Eui Song, J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A839 - A843に記載されている。
従来技術において記載されるポリマー電解質は、例えばリチウム系電池への使用によく適している。しかしながら、ゲルポリマー電解質に見られる可燃性の上記の問題のみならず、文献に記載されるポリマー電解質が、少なくとも部分的に有機電極を有する電池に使用した場合に、低容量につながることも見出されている。
加えて、特に印刷可能な電池の場合、単一試料の非常に短い製造時間が必要とされる。これは、例えば急速に重合し、同時にこれにより得られる電池の良好な容量を確保する電解質として使用可能なポリマーが望まれることを意味する。
したがって、本発明が取り組む課題は、高い容量および非常に短い製造時間を有する有機電荷蓄積ユニットへの使用に特に適した印刷可能な有機電荷蓄積ユニットを提供することであった。
発明の詳細な説明
かかる固体電解質を含み、この課題を解決する電荷蓄積ユニットが今回見出された。
この印刷可能なポリマー電解質は、有機電池、特に完全有機電池への使用に特に適している。この電解質は、アクリレートおよびメタクリレート化合物の混合物、例えばベンジルおよびポリ(エチレングリコール)メチルエーテル側鎖を含むアクリレート/メタクリレート混合物の重合によって得られるポリマーから構成されるポリマーマトリックスを含む。
電荷輸送のためのイオン伝導率を確保し、固体電解質の柔軟性および弾性を高めるイオン液体、例えば1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(EMImTFSI)がそれに固定化される。一方で、ポリマーネットワークは、イオン液体の固定化のためのマトリックスとして働き、さらにセパレーターとして機能するために十分な機械的安定性を与える。ポリマー電解質は、急速に重合することができ、高い容量を有する有機電池に使用され得る特徴を有する。
1.第1の態様:電荷蓄積ユニットの製造方法
本発明は、第1の態様において、以下の工程:
(a)式(I)の少なくとも1つの化合物、式(II)の少なくとも1つの化合物:
Figure 2022513294000002
[式中、R、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、ハロアルキル基からなる群から選択される]
および少なくとも1つのイオン液体ILを含む混合物Mを重合させて、ポリマー電解質Peleを得る工程、
(b)工程(a)で得られたポリマー電解質Peleを2つの電極EcatおよびEanの間に配置する工程であって、EcatおよびEanが、それぞれ独立して少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む工程
を含む、電荷蓄積ユニットの製造方法に関する。
1.1 電荷蓄積ユニットの製造方法の工程(a)
電荷蓄積ユニットの製造方法の工程(a)は、式(I)の少なくとも1つの化合物、式(II)の少なくとも1つの化合物:
Figure 2022513294000003
[式中、R、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、ハロアルキル基からなる群から選択される]
および少なくとも1つのイオン液体ILを含む混合物Mを重合させて、ポリマー電解質Peleを得ることを含む。
、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、フルオロアルキル基からなる群から選択される。
好ましくは、R、Rは、独立して水素、アルキル基、ポリエーテル基、アルカリル基から、さらに好ましくは水素、ベンジル、-(CHCHO)から、さらに好ましくは独立してベンジル、-(CHCHO)[式中、vは3以上の整数であり、vは特に3~50の範囲、より好ましくは5~15の範囲、さらに好ましくは8~9の範囲の整数であり、Rは水素、アルキル基からなる群から選択され、好ましくはメチルである]から選択される。
本発明による方法の工程(a)では、式(I)および(II)の化合物が互いに重合する一方で、同様に混合物Mに含まれるILは、重合反応に関与しないが、得られるポリマー電解質Peleに挿入される。
式(I)の化合物は、アクリレート系化合物(「アクリレート化合物」)である。式(II)の化合物は、メタクリレート系化合物(「メタクリレート化合物」)である。
これらのモノマーおよび対応するモノマーを重合させる方法は、当業者に既知であり、例えば、K.-H. Choi, J. Yoo, C. K. Lee, S.-Y. Lee, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 2812-2821に記載されている。例えば、ポリマー電解質Peleの製造は、イオン液体の存在下での重合による一段法で行われる。
この場合、特に本発明による方法の工程(a)では、混合物Mに含まれる式(I)の全ての化合物と混合物Mに含まれる式(II)の全ての化合物とのモル比は、99:1~1:99の範囲、好ましくは49:1~1:19の範囲、より好ましくは97:3~1:9の範囲、さらに好ましくは24:1~1:4の範囲、いっそう好ましくは49:1~1:3の範囲、さらにより好ましくは、さらには49:1~1:1の範囲、最も好ましくは9:1~4:1の範囲であり、9:1の比率が極めて最も好ましい。
ポリマー電解質Peleの、例えば電解質膜としての製造のために、混合物Mを初めに存在する全ての成分のペーストとして混合する。重合の開始後に、機械的に安定した弾性の電解質膜が形成される。
ここで、ペーストを印刷プロセス、例えばバーコーティングまたはスクリーン印刷に用いることができるように、ペーストの特性、特に粘度をさらに最適化することができる。
記載の方法では、電解質膜の全成分の存在下であっても重合の実施が可能であるため、その後の電解質液による膨潤または溶媒の蒸発等の他の下流のプロセスは、必要とされない。
1.2 イオン液体IL
電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)における混合物Mに含まれる少なくとも1つのイオン液体ILは特に限定されず、例えば国際公開第2004/016631号、国際公開第2006/134015号、米国特許出願公開第2011/0247494号明細書または米国特許出願公開第2008/0251759号明細書に記載されている。
より詳細には、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)における混合物Mに含まれる少なくとも1つのイオン液体ILは、構造Qである。
1.2.1 ILの好ましいカチオンQ
そこでのQは、以下の構造(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5):
Figure 2022513294000004
[式中、RQ1、RQ2、RQ3、RQ4、RQ5、RQ6、RQ7、RQ8は、それぞれ独立してアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択され、
Q9、RQ10、RQ11、RQ12、RQ13、RQ14、RQ15、RQ16、RQ17、RQ18、RQ19、RQ20、RQ21、RQ22、RQ23、RQ24、RQ25、RQ26、RQ27、RQ28、RQ29、RQ30、RQ31、RQ32、RQ33、RQ34、RQ35は、それぞれ独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択される]
からなる群から選択されるカチオンである。
好ましくは、Qは、構造(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)からなる群から選択されるカチオンであり、RQ1、RQ2、RQ3、RQ4、RQ5、RQ6、RQ7、RQ8は、それぞれ独立して6個~40個、より好ましくは10個~30個の炭素原子を有するアルキル基、6個~40個、より好ましくは10個~30個の炭素原子を有するシクロアルキル基からなる群から選択され、
Q9、RQ10、RQ11、RQ12、RQ13、RQ14、RQ15、RQ16、RQ17、RQ18、RQ19、RQ20、RQ21、RQ22、RQ23、RQ24、RQ25、RQ26、RQ27、RQ28、RQ29、RQ30、RQ31、RQ32、RQ33、RQ34、RQ35は、それぞれ独立して水素、1個~25個、好ましくは1個~10個の炭素原子を有するアルキル基、1個~25個、好ましくは1個~10個の炭素原子を有する(ポリ)エーテル基からなる群から選択される。
より好ましくは、Qは、構造(Q1)、(Q3)からなる群から選択されるカチオンであり、RQ1、RQ2、RQ3、RQ4は、それぞれ独立して6個~30個、好ましくは10個~25個の炭素原子を有するアルキル基からなる群から選択され、
Q9、RQ10、RQ11、RQ12、RQ13は、それぞれ独立して水素、1個~25個、好ましくは1個~10個の炭素原子を有するアルキル基からなる群から選択され、RQ10、RQ11、RQ13は、より好ましくはそれぞれ水素であり、RQ9、RQ12は、それぞれ独立して1個~6個の炭素原子を有するアルキル基である。
さらに好ましくは、Qは、構造(Q3)のカチオンであり、RQ10、RQ11、RQ13は、それぞれ水素であり、RQ9はメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチルからなる群から選択され、RQ12はメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、tert-ブチルからなる群から選択される。
さらに好ましくは、Qは、構造(Q3)のカチオンであり、RQ10、RQ11、RQ13は、それぞれ水素であり、RQ9はメチル、エチル、n-ブチルからなる群から選択され、好ましくはエチル、n-ブチルからなる群から選択され、RQ9は最も好ましくはエチルであり、RQ12はメチル、エチルからなる群から選択され、RQ12は最も好ましくはメチルである。
1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオンがQとして特に好ましい。
1.2.2 ILの好ましいアニオンA
上述の式Qにおいて、Aは、特にホスフェート、ホスホネート、アルキルホスホネート、モノアルキルホスフェート、ジアルキルホスフェート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミド、アルキルスルホネート、ハロアルキルスルホネート、アルキルスルフェート、ハロアルキルスルフェート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、ハロゲン化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、スルフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、水素スルフェート、ハロアルキルカルボキシレート、アルキルカルボキシレート、ホルメート、ビスオキサラトボレート、テトラクロロアルミネート、二水素ホスフェート、モノアルキル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択されるアニオンである。
上述の式Qにおいて、Aは、好ましくはホスフェート、ホスホネート、アルキルホスホネート、モノアルキルホスフェート、ジアルキルホスフェート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミド、アルキルスルホネート、アルキルスルフェート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、ハロゲン化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、スルフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、水素スルフェート、アルキルカルボキシレート、ホルメート、ビスオキサラトボレート、テトラクロロアルミネート、二水素ホスフェート、モノアルキル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択され、アルキルホスホネート、モノアルキルホスフェート、ジアルキルホスフェート、アルキルスルホネート、アルキルスルフェート、アルキルカルボキシレート、モノアルキル水素ホスフェート中のアルキル基は、それぞれ1個~10個、好ましくは1個~6個、より好ましくは1個~4個の炭素原子を有する。
上述の式Qにおいて、Aは、より好ましくはジアルキルホスフェート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミド、アルキルスルホネート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、塩化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、アセテート、プロピオネート、ホルメート、テトラクロロアルミネート、モノアルキル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択され、ジアルキルホスフェート、アルキルスルホネート、モノアルキル水素ホスフェート中のアルキル基は、それぞれ1個~10個、好ましくは1個~6個、より好ましくは1個~4個の炭素原子を有する。
上述の式Qにおいて、Aは、さらに好ましくはジエチルホスフェート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミド、メタンスルホネート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、塩化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、アセテート、プロピオネート、ホルメート、テトラクロロアルミネート、モノエチル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択される。
上述の式Qにおいて、Aは、さらに好ましくはトリフルオロメタンスルホネート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミド、ジエチルホスフェート、ジシアナミドからなる群から、最も好ましくはトリフルオロメタンスルホネート、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミドからなる群から選択され、まさに好ましくはビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミドである。
1.2.3 使用されるILの量
電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)において混合物Mに含まれるイオン液体ILの量は、それ以上の制限を受けない。
しかしながら、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)において混合物Mに含まれる全てのイオン液体ILの総モル量は、混合物Mに含まれる式(I)および(II)の全ての化合物の総モル量をベースとして、0.1モル当量以上、好ましくは0.1~50モル当量の範囲、より好ましくは0.2~10モル当量の範囲、さらに好ましくは0.3~5モル当量の範囲、さらに好ましくは0.5~3モル当量の範囲、さらに好ましくは1~3モル当量の範囲、より好ましくは1.1~2.9モル当量の範囲、より好ましくは1.5~2.58モル当量の範囲、より好ましくは1~2モル当量の範囲、さらに好ましくは1.76~1.87モル当量の範囲であることが好ましい。
1.3 好ましい重合様式
当業者に知られているように、本発明による方法の工程(a)における混合物Mの重合は、重合開始剤を添加することによって開始する。ここで好ましいフリーラジカル重合の場合、開始剤はフリーラジカル開始剤である。
重合は、特に熱開始またはUV開始等のフリーラジカル開始法によって達成され、UV開始重合が、反応時間およびプロセス構成に関して利点をもたらすことから好ましい。
熱開始の場合、アゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)または過酸化物フリーラジカル開始剤等のアゾ開始剤を使用することが可能である。より詳細には、熱開始剤は、過酸化物フリーラジカル開始剤およびレドックス系からなる群から選択され、過酸化物フリーラジカル開始剤が特に好ましい。
過酸化物フリーラジカル開始剤は、好ましくは過硫酸塩、ペルオキソ二硫酸塩、好ましくはペルオキソ二硫酸塩からなる群から選択される。過硫酸塩は、特に過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムである。ペルオキソ二硫酸塩は、特にペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、より好ましくはペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸カリウムである。レドックス系は、好ましくは硫酸アンモニウム鉄(II)/過硫酸アンモニウム、エタノールアミン/過硫酸カリウムから選択される。
UV重合については、特にベンゾフェノン、カンファーキノン、パラジメチルアミノ安息香酸エチル、ビス-4-(メトキシベンゾイル)ジエチルゲルマニウム、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、さらに好ましくはビス-4-(メトキシベンゾイル)ジエチルゲルマニウムからなる群から選択される開始剤が使用される。
ベンゾフェノンを用いたメタクリレート系モノマーのUV重合には最大1時間の反応時間が必要とされるが、カンファーキノンおよびパラジメチルアミノ安息香酸エチルからなる開始剤系を用いることで反応時間を10分未満に短縮することができる。メタクリレートを対応するアクリレートに置き換えると、1分以内でも膜形成が起こる。
使用するフリーラジカル開始剤は、当業者によく知られている任意の化合物とすることができる。
重合開始剤、すなわち、ここで好ましいフリーラジカル重合の場合のフリーラジカル開始剤は、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)における重合の開始時に添加される。
1.4 架橋剤、フィラー
機械的特性の最適化のために、本発明による方法の工程(a)において、架橋剤、例えばエチレングリコールメタクリレートもしくはトリエチレングリコールメタクリレート、またはエチレングリコールアクリレートもしくはトリエチレングリコールアクリレートを添加することもできる。
このため、混合物Mは、特に少なくとも1つの架橋剤、すなわち2つ以上の重合性基を有する少なくとも1つの化合物を含む。
好ましくは、架橋剤は、(メタ)アクリル酸ベースの多官能性化合物、アリルエーテルベースの多官能性化合物、ビニル化合物ベースの多官能性化合物からなる群から選択される。
(メタ)アクリル酸ベースの多官能性化合物が特に好ましい。
(メタ)アクリル酸ベースの多官能性化合物は、特にエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロパン-1,3-ジオールジ(メタ)アクリレート、ブタン-2,3-ジオールジ(メタ)アクリレート、ブタン-1,4-ジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタン-1,5-ジオールジ(メタ)アクリレート、ヘキサン-1,6-ジオールジ(メタ)アクリレート、ヘプタン-1,7-ジオールジ(メタ)アクリレート、オクタン-1,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、ノナン-1,9-ジオールジ(メタ)アクリレート、デカン-1,10-ジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレートから選択され、好ましくはポリ(エチレングリコール)ジアクリレート、トリ(エチレングリコール)ジメタクリレートから選択される。
アリルエーテルベースの多官能性化合物は、特にジエチレングリコールジアリルエーテル、ジブチレングリコールジアリルエーテルからなる群から選択される。
ビニル化合物ベースの多官能性化合物は、特にジビニルベンゼンである。
加えて、混合物Mは特にナノ粒子フィラー、特に(半)金属酸化物ナノ粒子、例えばヒュームドシリカを含む。
1.5 配置、工程(b)
電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(b)では、工程(a)で得られたポリマー電解質Peleが2つの電極EcatおよびEanの間に配置され、EcatおよびEanは、それぞれ独立して少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む。
工程(b)において必要なのは、ポリマー電解質Peleを2つの電極EcatおよびEanの間に配置することだけである。電荷蓄積ユニットが電極EcatおよびEanだけでなく更なる電極を備えていてもよいことが明らかである。
本発明との関連における「工程(a)で得られたポリマー電解質Peleを2つの電極EcatおよびEanの間に配置する」とは、2つの電極EcatおよびEanの間に工程(a)で得られたポリマー電解質Peleが得られる任意の手順を意味する。
これは特に以下の手段1.5.1~1.5.4のうちの1つによって達成することができ、手段1.5.2が特に好ましい。
1.5.1 例えば、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(b)は、重合の前に混合物Mが2つの電極EcatおよびEanのいずれかと接触してポリマー電解質Peleを生じることなく、ポリマー電解質Peleが本発明による方法の第1の工程(a)で得られ、続いてポリマー電解質Peleが2つの電極EcatおよびEanの間に配置されるように実行することができる。
1.5.2 代替的には、好ましくは、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(b)は、本発明による方法の工程(a)における混合物Mの重合が、2つの電極EcatおよびEanの少なくとも一方、好ましくはEcatの表面上で行われ、続いて2つの電極EcatおよびEanのもう一方、好ましくはEanが、これにより得られるポリマー電解質Pele上に押し付けられ、「サンドイッチ」が生じるように行われる。
1.5.3 更なる実施形態では、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(b)は、本発明による方法の工程(a)における混合物Mの重合が、電極EcatおよびEanの両方の表面上で行われ、続いてこれにより得られるポリマー電解質Peleの層をそれぞれ有する2つの電極EcatおよびEanが互いに押し付けられ、「サンドイッチ」が生じるように行われる。重合は、電極を水平に置き、上から混合物Mによって濡らし、これが続いて工程(a)において重合してポリマー電解質Peleを生じるように達成することができる。
1.5.4 代替的には、EcatおよびEanは、例えば鋳型内で互いに垂直に向かい合ってもよく、混合物Mを鋳型内の2つの電極間に導入した後、工程(a)の通りに重合させてポリマー電解質Peleを得ることができる。
選択肢1.5.2、1.5.3または1.5.4のいずれかによる手順、特に選択肢1.5.2による手順は、ポリマー電解質と2つの電極EcatおよびEanの表面の少なくとも一方とのより良好な接触を可能にし、得られる電池において、より低い電気抵抗をもたらす。この場合、混合物Mを電極表面上にコーティングするか、またはスクリーン印刷によって塗布し、そこで重合させてポリマー電解質Peleを得ることができる。
電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の工程(b)の最後に、ポリマー電解質Peleならびに2つの電極EcatおよびEanを備える電荷蓄積ユニットが、Ecat/Pele/Eanの配置で得られる。
1.6 電極
本発明の第1の態様における電荷蓄積ユニットの製造方法に使用される2つの電極EcatおよびEanは、本発明による電極材料、特に基板を含む。
1.6.1 電極材料
電極EcatおよびEanに含まれる電極材料は、少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む。
有機レドックス活性ポリマーPredoxとして使用可能なかかるポリマーは、当業者に既知であり、例えば米国特許出願公開第2016/0233509号明細書、米国特許出願公開第2017/0114162号明細書、米国特許出願公開第2017/0179525号明細書、米国特許出願公開第2018/0108911号明細書、米国特許出願公開第2018/0102541号明細書、国際公開第2017/207325号、国際公開第2015/032951号に記載されている。さらに使用可能な有機レドックス活性ポリマーの概要は、論文S. Muench, A. Wild, C. Friebe, B. Haeupler, T. Janoschka, U.S. Schubert, Chem. Rev. 2016, 116, 9438-9484に掲載されている。
有機レドックス活性ポリマーPredoxは、好ましくはポリイミド、およびm個の一般式(III):
Figure 2022513294000005
の単位を含むポリマーからなる群から選択され、ここでmは4以上の整数、好ましくは10以上の整数、より好ましくは100以上の整数、さらに好ましくは1000~10の範囲の整数、さらにより好ましくは2000~10000の範囲の整数であり、Wは繰返し単位であり、Spは有機スペーサーであり、Rは有機レドックス活性基であり、式(III)の単位の(i)で特定される結合は、隣接する式(III)の単位の(ii)で特定される結合に結合する。
構造(III)中のRは、好ましくは一般式(III-A)、(III-B)、(III-C)、(III-D):
Figure 2022513294000006
の化合物からなる群から選択され、構造(III-A)、(III-B)および(III-C)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、ヒドロキシル基から選択される基によって置換されていてもよい。さらに好ましくは、構造(III)中のRは、一般式(III-A)、(III-B)、(III-C)、(III-D)の化合物からなる群から選択される。
構造(III)中のWは繰返し単位であり、当業者は、当該技術分野の知識を用いてこれを選択することができる。Spは、レドックス活性単位と繰返し単位Wとの間の結合単位であり、当業者は、これを同様にアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、ヒドロキシル基から選択することができる。
好ましくは、構造(III)中のW基は、構造(W1)、(W2)、(W3):
Figure 2022513294000007
からなる群から選択され、式(W1)、(W2)、(W3)の単位の(i)で特定される結合は、いずれの場合にも隣接する式(W1)、(W2)または(W3)の単位の(ii)で特定される結合に結合し、
(iii)で特定される結合は、いずれの場合にもSpとの結合を示し、
W1、RW2、RW3、RW4、RW5、RW6、RW7は、独立して水素、アルキル基、ハロアルキル基、RW8=Hまたはアルキルである-COORW8からなる群から選択され、
W1、RW2、RW3、RW4、RW5、RW6、RW7は、好ましくは独立して水素、メチル、-COOH、-COOCHからなる群から選択され、
さらに好ましくは、構造(III)中のW基は、RW1、RW2、RW3のうちの1つがメチルであり、かつ他の2つが水素であるか、またはRW1、RW2、RW3が全て水素である構造(W1)を有し、
構造(III)中のSp基は、直接結合、(Sp1)、(Sp2):
Figure 2022513294000008
からなる群から選択され、
pA1、pA2、pA3は、「pA2=0、pA1=pA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
qA1、qA2、qA3は、「qA2=0、qA1=qA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
qA4、qA5、qA6は、「qA5=0、qA4=qA6=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、qA4、qA5、qA6の少なくとも1つが1であり、
Spは、
二価(ヘテロ)芳香族基、好ましくはフェニル、
好ましくはアルキレンであり、任意にニトロ基、-NH、-CN、-SH、-OH、ハロゲンから選択される少なくとも1つの基によって置換され、任意にエーテル、チオエーテル、アミノエーテル、カルボニル基、カルボン酸エステル、カルボキサミド基、スルホン酸エステル、リン酸エステルから選択される少なくとも1つの基を有する二価脂肪族基
からなる群から選択され、
SpがR基中の非炭素原子に結合する場合、構造(Sp1)は、付加的な条件「qA3=0、qA2=1、qA1=1またはqA3=qA2=qA1=0またはqA3=0、qA2=1、qA1=0」、好ましくは条件「qA3=qA2=qA1=0」に従い、構造(Sp2)は、「qA6=0、qA5=1、qA4=1またはqA6=0、qA5=1、qA4=0」の付加的な条件に従い、
Figure 2022513294000009
はRの方向に向いた結合を表し、
Figure 2022513294000010
はWの方向に向いた結合を表す。
Sp2についての条件「qA4、qA5、qA6の少なくとも1つが1である」とは、それぞれの変数qA4、qA5、qA6の定義のみに関し、構造(III)中のSp基を直接結合にすることができないことを意味するわけではないことが指摘される。
より好ましくは、Sp基は直接結合、(Sp2):
Figure 2022513294000011
[式中、
Figure 2022513294000012
はRの方向に向いた結合を表し、
Figure 2022513294000013
はWの方向に向いた結合を表す]
を有する(Sp2)からなる群から選択される。
ポリマーPredoxがポリイミドである場合、これは、好ましくは構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7):
Figure 2022513294000014
[式中、nは4以上の整数、好ましくは10以上の整数、より好ましくは100以上の整数、さらに好ましくは1000~10の範囲の整数、さらにより好ましくは2000~10000の範囲の整数である]
からなる群から選択され、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)の(iv)で特定される結合は、いずれの場合にも(v)で特定される結合に結合し、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、ヒドロキシル基から選択される基によって置換されていてもよい。
ポリマーPredoxがポリイミドである場合、これは、より好ましくは構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)からなる群から選択され、nが4以上の整数、好ましくは10以上の整数、より好ましくは100以上の整数、さらに好ましくは1000~10の範囲の整数、さらにより好ましくは2000~10000の範囲の整数であり、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)の(iv)で特定される結合は、いずれの場合にも(v)で特定される結合に結合する。
より好ましくは、ポリマーPredoxは、構造P1、P2、P3:
Figure 2022513294000015
からなる群から選択される、互いに連結したt個の繰返し単位を含み、tは4以上の整数、好ましくは10以上の整数、より好ましくは100以上の整数、さらに好ましくは1000~10の範囲の整数、さらにより好ましくは2000~10000の範囲の整数であり、
式P1の単位の(vi)で特定される結合は、隣接する式P1の単位の(vii)で特定される結合に結合し、
式P2の単位の(viii)で特定される結合は、隣接する式P2の単位の(ix)で特定される結合に結合し、
式P3の単位の(x)で特定される結合は、隣接する式P3の単位の(xi)で特定される結合に結合する。
電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法の好ましい実施形態では、ポリマーP1が、カソードとして使用される電極Ecatの電極材料中にポリマーPredoxとして含まれ、2つのポリマーP2、ポリマーP3の少なくとも一方が、アノードとして使用される電極Eanの電極材料中にポリマーPredoxとして含まれる。
化学構造(III)中では「(i)」で規定される結合に存在し、化学構造P1中では「(vi)」で規定される結合に存在し、化学構造P2中では「(viii)」で規定される結合に存在し、化学構造P3中では「(x)」で規定される結合に存在し、化学構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)のそれぞれにおいては「(iv)」で規定される結合に存在する、ポリマーPredox中の最初の繰返し単位の末端基、
および化学構造(III)中では「(ii)」で規定される結合に存在し、化学構造P1中では「(vii)」で規定される結合に存在し、化学構造P1中では「(ix)」で規定される結合に存在し、化学構造P1中では「(xi)」で規定される結合に存在し、化学構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)のそれぞれにおいては「(v)」で規定される結合に存在する本発明のポリマーPredox中の最後の繰返し単位の末端基は、
特に限定されず、ポリマーPredoxの製造法に用いられる重合法から明らかである。このため、これらは開始剤または繰返し単位の末端フラグメント(termination fragments)であり得る。好ましくは、これらの末端基は水素、ハロゲン、ヒドロキシル、非置換の基、または-CN、-OH、ハロゲンによって置換された脂肪族基(特に非置換のまたは相応に置換されたアルキル基であり得る)、好ましくはフェニル基、ベンジル基またはα-ヒドロキシベンジルである(ヘテロ)芳香族基から選択される。
より詳細には、電極EcatおよびEanに含まれる電極材料は、少なくとも1つのイオン液体ILeleも含む。電極材料に含まれるイオン液体ILeleは、特に構造Qを有し、ここでQは、好ましくは項目1.2.1に記載のように選択され、Aは好ましくは項目1.2.2に記載のように選択される。
1.6.2 本発明によるポリマーPの製造方法
ポリマーPredoxは、当業者に既知の方法によって得ることができる。
対応する方法は、S. Muench, A. Wild, C. Friebe, B. Haeupler, T. Janoschka, U.S. Schubert, Chem. Rev. 2016, 116, 9438-9484にまとめられている。
加えて、レドックス活性芳香族イミド官能基を含むポリマーPredoxの合成は、国際公開第2015/003725号および米国特許第4,898,915号明細書に記載されている。
加えて、少なくとも1つの安定した酸素ラジカルを含むレドックス活性芳香族官能基を含むポリマーPredoxおよび対応するポリマーPredoxの合成も国際公開第2017/207325号、欧州特許出願公開第1752474号明細書、国際公開第2015/032951号、中国特許出願公開第104530424号明細書、中国特許出願公開第104530426号明細書、T. Suga, H. Ohshiro, S. Sugita, K. Oyaizu, H. Nishide, Adv. Mater. 2009, 21, 1627-1630およびT. Suga, S. Sugita, H. Ohshiro, K. Oyaizu, H. Nishide, Adv. Mater. 2011, 3, 751-754から当業者に既知である。
加えて、レドックス活性アントラキノン/カルバゾール官能基を含むポリマーPredoxの合成およびレドックス活性ベンゾキノン官能基を含むポリマーPredoxの合成も国際公開第2015/132374号、国際公開第2015/144798号、欧州特許出願公開第3279223号明細書、国際公開第2018/024901号、米国特許出願公開第2017/0077518号明細書、米国特許出願公開第2017/0077517号明細書、米国特許出願公開第2017/0104214号明細書、D. Schmidt, B. Haeupler, C. Stolze, M.D. Hager, U.S. Schubert, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2015, 53, 2517-2523、M.E. Speer, M. Kolek, J.J. Jassoy, J. Heine, M. Winter, P.M. Bieker, B. Esser, Chem. Commun. 2015, 51, 15261-15264 and M. Baibarac, M. Lira-Cantu, J. Oro Sol, I. Baltog, N. Casan-Pastor, P. Gomez-Romero, Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 2556-2563に記載されているか、またはそれらからの当該技術分野の知識に基づき、当業者にとって日常のこととして可能である。
加えて、レドックス活性ジアルコキシベンゼン官能基を含むポリマーPredoxの合成も国際公開第2017/032583号、欧州特許出願公開第3136410号明細書、欧州特許出願公開第3135704号明細書、国際公開第2017/032582号、P. Nesvadba, L. B. Folger, P. Maire, P. Novak, Synth. Met. 2011, 161, 259-262、W. Weng, Z.C. Zhang, A. Abouimrane, P.C. Redfern, L.A. Curtiss, K. Amine, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4485-4492に記載されている。
加えて、レドックス活性トリフェニルアミン官能基を含むポリマーPredoxの合成も特開2011-74316号公報、特開2011-74317号公報に記載されている。
加えて、レドックス活性ビオロゲン官能基を含むポリマーPredoxの合成も中国特許出願公開第107118332号明細書に記載されている。
加えて、レドックス活性フェロセン官能基を含むポリマーPredoxの合成もK. Tamura, N. Akutagawa, M. Satoh, J. Wada, T. Masuda, Macromol. Rapid Commun. 2008, 29, 1944-1949に記載されている。
1.6.3 架橋
本発明の第1の態様において電荷蓄積ユニットの製造方法に使用される電極EcatおよびEanに含まれるポリマーPredoxは、ホモポリマーまたはコポリマーのいずれであってもよい。ホモポリマーは、1つのモノマーのみから合成されたポリマーである。コポリマーは、2つ以上のモノマーから合成されたポリマーである。使用される更なるモノマー(「コモノマー」)は、1つの重合性基を有するか、または2つ以上の重合性基を有するモノマー、例えばジビニルベンゼン、ジエチニルベンゼン、ジエチニルチアントレン、オリゴまたはポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートであり得る。これによりポリマー中に付加的な架橋が生じる。このことは当業者に既知である(例えば、国際公開第2018/060680号の段落[0028]に記載されている)。この場合に得られるポリマーの架橋度は、コモノマーの添加量、またはそうでなければ時間遅延による当業者に既知の方法(例えば、重合が進行した段階になるまでコモノマーを添加しない)によって制御することができる。2つ以上のモノマーが合成に使用される場合、本発明によるポリマーPredox中の繰返し単位のモノマーは、ランダム分布で、ブロックとして、または交互に存在し得る。
このため、ポリマーPredoxは、ポリマーPredoxの合成時の架橋剤の使用に起因する繰返し単位を有する場合もある。このため、架橋剤に起因する繰返し単位が、得られるポリマーPredoxにおいて構造(III)の繰返し単位間またはポリイミド内に存在する場合もあることが明らかである。
適切な架橋剤は、特に上記の項目1.4に記載された架橋剤である。
1.6.4 好ましい伝導性添加剤L
本発明の第1の態様において電荷蓄積ユニットの製造方法に使用される電極EcatおよびEanに含まれる伝導性添加剤Lは、特に炭素材料、導電性ポリマー、金属、半金属、(半)金属化合物からなる群から選択され、好ましくは炭素材料、導電性ポリマーから選択される少なくとも1つの導電性材料である。
本発明によると、「(半)金属」は、金属、半金属からなる群から選択され、好ましくは金属である。
金属は、特に亜鉛、鉄、銅、銀、金、クロム、ニッケル、スズ、インジウムからなる群から選択される。
半金属は、特にケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、ヒ素、アンチモン、セレン、テルル、ポロニウムから選択される。
伝導性添加剤は、より好ましくは炭素材料である。炭素材料は、特に炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック、フラーレンからなる群から選択される。
導電性ポリマーは、特にポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレン、ポリピレン、ポリアズレン、ポリナフチレン、ポリカルバゾール、ポリインドール、ポリアゼピン、ポリフェニレンスルフィド、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリスチレンスルホネート(=PEDOT:PSS)、ポリアルセン(polyarcenes)、ポリ-(p-フェニレンビニレン)からなる群から選択される。
1.6.5 伝導性添加剤Lの好ましい量
本発明の第1の態様による方法において電極EcatまたはEanに含まれる伝導性添加剤Lの量は、それ以上の制限を受けない。しかしながら、電極EcatまたはEanに含まれる伝導性添加剤Lの総重量は、電極EcatまたはEanに含まれるレドックスポリマーPredoxの総重量をベースとして、0.1%~1000重量%の範囲、好ましくは10%~500重量%の範囲、より好ましくは30%~100重量%の範囲、さらにより好ましくは40%~80重量%の範囲、さらに好ましくは50重量%~60重量%の範囲、最も好ましくは58.3重量%であることが好ましい。
1.6.6 バインダー添加剤
本発明の第1の態様において電荷蓄積ユニットの製造方法に使用される電極EcatおよびEanは、特にバインダー添加剤も含む。
バインダー添加剤は、結合特性を有する材料として当業者によく知られている。ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスルホン、セルロース誘導体、ポリウレタンからなる群から選択されるポリマーが好ましく、バインダー添加剤は、より好ましくはセルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウムまたはポリフッ化ビニリデンを含む。
電極EcatおよびEanの少なくとも一方がバインダー添加剤を含む場合、その使用量は、それ以上の制限を受けない。しかしながら、これらの場合、電極EcatまたはEanに含まれるバインダー添加剤の総重量は、電極EcatまたはEanに含まれるレドックスポリマーPredoxの総重量をベースとして、0.001%~100重量%の範囲、より好ましくは0.083%~90重量%の範囲、さらに好ましくは3%~70重量%の範囲、さらに好ましくは5%~50重量%の範囲、さらにより好ましくは8.3%~20重量%の範囲、最も好ましくは16.6重量%であることが好ましい。
1.6.7 電極用の基板
2つの電極EcatおよびEanは、特に基板も有する。
本発明の第1の態様において電荷蓄積ユニットの製造方法に使用される電極EcatおよびEanの基板は、特に導電性材料、好ましくは金属、炭素材料、酸化物物質から選択される。
好ましくは基板として適した金属は、白金、金、鉄、銅、アルミニウム、亜鉛またはこれらの金属の組み合わせから選択される。基板として適した好ましい炭素材料は、ガラス状炭素、グラファイトフォイル、グラフェン、カーボンスキン(carbon skins)から選択される。電極素子用の基板として適した好ましい酸化物物質は、例えば酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化アンチモン亜鉛(AZO)、酸化フッ素スズ(FTO)または酸化アンチモンスズ(ATO)、酸化亜鉛(ZO)からなる群から選択される。
電極EcatおよびEanが基板を有する場合、2つの電極EcatおよびEanの表面層は特に、少なくとも、電荷蓄積のためのレドックス活性材料としてのポリマーPredoxおよび伝導性添加剤Lを含む。
かかる基板を備える電極EcatおよびEanは、当業者に既知の方法によって製造することができる:電極材料は特に、電極素子の基板に電極スラリーとして塗布される。
この場合の電極スラリーは、特に溶液または懸濁液であり、ポリマーPredoxと、任意に上記のイオン液体ILredoxと、上記の伝導性添加剤Lと、任意に上記のバインダー添加剤とを含む。
電極スラリーは、好ましくは溶媒も含む。電極スラリーに使用される溶媒は、独立して1つ以上の溶媒、好ましくは高い沸点を有する溶媒であり、より好ましくはN-メチル-2-ピロリドン、水、ジメチルスルホキシド、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸メチルエチル、γ-ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、N,N’-ジメチルホルムアミド、N,N’-ジメチルアセトアミド、好ましくはN-メチル-2-ピロリドン、水、より好ましくはN-メチル-2-ピロリドンからなる群から選択される。上述の電極スラリー中の電気エネルギーの蓄積のためのレドックス活性材料、特にポリマーPredoxの濃度は、好ましくは1~100mg/ml、より好ましくは5~50mg/mlである。
電極材料がここで電荷蓄積手段、特に二次電池用の電極EcatおよびEanの少なくとも部分的な表面コーティングの形を取る、好ましい実施形態では、電極EcatおよびEanはそれぞれ、少なくとも一部は基板表面上の層を有する。この層は、特にポリマーPredox、少なくとも1つの伝導性添加剤、任意に少なくとも1つのイオン液体、さらには任意に少なくとも1つのバインダー添加剤を含む。
基板への電極材料の塗布は、当業者に既知の方法を用いて可能である。より詳細には、電極材料は、バーコーティング、スロットダイコーティング、スクリーン印刷または孔版印刷を用いて電極スラリーとして基板に塗布される。
2.第2の態様:本発明による方法によって得ることができる電荷蓄積ユニット
本発明は、第2の態様において、本発明の第1の態様における電荷蓄積ユニットの製造方法によって得られる電荷蓄積ユニットにも関する。
本発明の第2の態様における電荷蓄積ユニットは、特に二次電池である。
3.第3の態様:電荷蓄積ユニット
本発明は、第3の態様において、2つの電極EcatおよびEanの間に配置されたポリマー電解質Peleを含み、EcatおよびEanが、それぞれ独立して少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む電荷蓄積ユニット、特に二次電池であって、
ポリマー電解質Peleが、式(I)の少なくとも1つの化合物、式(II)の少なくとも1つの化合物:
Figure 2022513294000016
[式中、R、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、ハロアルキル基からなる群から選択される]
および少なくとも1つのイオン液体ILを含む混合物Mを重合させることによって得られることを特徴とする、電荷蓄積ユニット、特に二次電池にも関する。
、Rの好ましい定義は、電荷蓄積ユニットの製造のための本発明による方法との関連で項目1.1に記載された定義である。
電荷蓄積ユニットは、本発明の第1の態様における電荷蓄積ユニットの製造方法によって製造することができる。
この場合、特に、混合物Mに含まれる式(I)の全ての化合物と混合物Mに含まれる式(II)の全ての化合物とのモル比は、99:1~1:99の範囲、好ましくは49:1~1:19の範囲、より好ましくは97:3~1:9の範囲、さらに好ましくは24:1~1:4の範囲、いっそう好ましくは49:1~1:3の範囲、さらにより好ましくは、さらには49:1~1:1の範囲、最も好ましくは9:1~4:1の範囲であり、9:1の比率が極めて最も好ましい。
3.1 イオン液体IL
本発明の第3の態様における電荷蓄積ユニットに使用可能なイオン液体ILは、特に限定されず、例えば国際公開第2004/016631号、国際公開第2006/134015号、米国特許出願公開第2011/0247494号明細書または米国特許出願公開第2008/0251759号明細書に記載されている。
より詳細には、本発明による充電ユニット(charge unit)のポリマーを得るための重合に使用可能なイオン液体ILは構造Qを有し、ここで、使用されるカチオンQは、好ましくは、好ましい実施形態が記載される項目1.2.1に記載される構造(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5)であり、使用されるアニオンAは、好ましくは、好ましい実施形態が記載される項目1.2.2に記載されるものである。
本発明による充電ユニットの特徴部に使用されるイオン液体ILの量は、それ以上の制限を受けない。しかしながら、混合物Mに含まれる全てのイオン液体ILの総モル量は、混合物Mに含まれる式(I)および(II)の全ての化合物の総モル量をベースとして、充電ユニットの製造のための本発明による方法の工程(a)における混合物Mについての項目1.2.3の量に相当することが好ましい。
3.2 好ましい重合様式
ポリマー電解質Peleを得るための混合物Mの重合は、上記の項目1.3に記載のように行うことができる。
3.3 架橋剤、フィラー
混合物Mは、好ましくは、架橋剤として2つ以上の重合性基を有する化合物も含む。好ましい架橋剤は、項目1.4に記載されている。
混合物Mは、特にナノ粒子フィラー、例えばヒュームドシリカも含有する。
記載の方法では、電解質膜の全成分の存在下であっても重合の実施が可能であるため、その後の電解質液による膨潤または溶媒の蒸発等の他の下流のプロセスは、必要とされない。
3.4 配置
本発明の第3の態様における電荷蓄積ユニットでは、ポリマー電解質Peleが電荷蓄積ユニットの2つの電極EcatおよびEanの間に配置される。
本発明との関連で、これはポリマーPeleが2つの電極EcatおよびEanの間にある任意の幾可学的形状を意味する。
このため、この配置は、本発明による方法の上記の項目1.5.1、1.5.2、1.5.3または1.5.4のようにポリマーを重合中に得た後、2つの電極の間に配置することで達成することができる。
3.5 電極
本発明の第3の態様において電荷蓄積ユニットに含まれる電極EcatおよびEanは、電極材料、特に基板を含む。
3.5.1 電極材料
電極EcatおよびEanに含まれる電極材料は、少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む。
有機レドックス活性ポリマーPredoxは、上記の項目1.6.1に記載されるものである。これは上記の項目1.6.2に記載のように製造することができ、項目1.6.3に言及される架橋剤を使用することが可能である。
3.5.2 好ましい伝導性添加剤L
本発明の第3の態様において電荷蓄積ユニットに含まれる電極EcatおよびEanに含まれる伝導性添加剤Lは、特に上記の項目1.6.4に記載されるものである。
本発明の第3の態様において電荷蓄積ユニットの電極EcatまたはEanに含まれる伝導性添加剤Lの量は、それ以上の制限を受けず、好ましくは先の項目1.6.5に記載される通りである。
3.5.3 バインダー添加剤
本発明の第3の態様において電荷蓄積ユニットに使用される電極EcatおよびEanは、特にバインダー添加剤も含む。
3.5.4 電極用の基板
本発明の第3の態様における電荷蓄積ユニットの2つの電極EcatおよびEanは、特に項目1.6.7に記載のような基板も含む。
4.定義
本発明との関連における「(メタ)アクリレート」は、アクリレートおよびメタクリレートからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を意味する。
本発明との関連における「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸およびメタクリル酸からなる群から選択される少なくとも1つの化合物を意味する。
「構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)の(iii)で特定される結合が、いずれの場合にも(iv)で特定される結合に結合する場合」とは、構造(IV-1)の(iii)で特定される結合が構造(IV-1)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-2)の(iii)で特定される結合が構造(IV-2)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-3)の(iii)で特定される結合が構造(IV-3)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-4)の(iii)で特定される結合が構造(IV-4)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-5)の(iii)で特定される結合が構造(IV-5)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-6)の(iii)で特定される結合が構造(IV-6)の(iv)で特定される結合に結合し、構造(IV-7)の(iii)で特定される結合が構造(IV-7)の(iv)で特定される結合に結合することを意味する。
「qA4、qA5、qA6の少なくとも1つが1である」条件は、ここで構造(Sp2)中のそれぞれの変数の定義のみに関し、Spが直接結合であり得る可能性を除外することを意図したものではない。
本発明との関連で、アルキル基は分岐または非分岐であり、好ましくは1個~30個、より好ましくは1個~12個、さらに好ましくは1個~8個、さらに好ましくは、さらには1個~6個、最も好ましくは1個~4個の炭素原子を有する。
本発明との関連で、「1個~4個の炭素原子を有する非分岐または分岐アルキル基」は、特にメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、好ましくはメチル、エチル、n-ブチル、より好ましくはn-ブチルからなる群から選択される。
本発明との関連におけるアリール基は、特に6個~15個、より好ましくは6個~10個の炭素原子を有する。本発明との関連における6個~15個の炭素原子を有するアリール基は、特にフェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、9-アントリル、9-フェナントリルから選択される。
本発明との関連における6個~10個の炭素原子を有するアリール基は、特にフェニル、1-ナフチル、2-ナフチル、好ましくはフェニルから選択される。
アラルキル基は、形式的には、アルキル基中の少なくとも1つの水素原子がアリール基に置き換えられたアルキル基に由来する。本発明との関連におけるアラルキル基は、特にベンジル、2-フェニルエチル、より好ましくはベンジルからなる群から選択される。
アルキルアリール基は、形式的には、アリール基中の少なくとも1つの水素原子がアルキル基に置き換えられたアリール基に由来する。本発明との関連におけるアルカリル基は、特にトリル、ジメチルフェニルからなる群から選択される。
本発明によると、(ポリ)エーテル基はエーテル基、ポリエーテル基から選択される基である。
エーテル基は、形式的には、非末端CH基が酸素原子に置き換えられたアルキル基に由来する。
ポリエーテル基は、形式的には、1つが末端であってもよい、少なくとも2つの非隣接CH基が酸素原子に置き換えられたアルキル基に由来する。好ましいポリエーテル基は、-(CHCHO)の形態の基であり、ここでvは3以上の整数であり、vは特に3~50の範囲、より好ましくは5~15の範囲、さらに好ましくは8~9の範囲の整数であり、Rは水素、アルキル基からなる群から選択され、好ましくはメチルである。
本発明との関連におけるハロアルキル基は、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子、好ましくはフッ素に置き換えられたアルキル基である。
実施例
1.使用される化学物質
全ての溶媒および材料は商業的製造業者から提供され、さらに精製せずに使用される。
1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドは、CAS番号174899-82-2を有する(M=391.31g/mol)。
1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートは、CAS番号145022-44-2を有する(M=260.23g/mol)。
カンファーキノン(ラセミ体)は、CAS番号10373-78-1を有する(M=166.22g/mol)。
Ivocerin(登録商標)[=ビス-4-(メトキシベンゾイル)ジエチルゲルマニウム]は、CAS番号1207515-90-9を有する(M=401.04g/mol)。
エチルジメチルアミノベンゾエート(=パラ-ジメチルアミノエチルベンゾエート)は、CAS番号10287-53-3を有する(M=193.24g/mol)。
2.使用されるポリマー
実験には、以下のポリマーPcat、Pan1およびPan2を使用した:
Figure 2022513294000017
catは、架橋のために合成時にトリエチレングリコールジメタクリレートを添加し、国際公開第2018/046387号に従って合成した。
an1は、国際公開第2015/132374号に従って合成した。
an2は、C. Chen, X. Zhao, H.-B. Li, F. Gan, J. Zhang, J. Dong, Q. Zhang, Electrochim. Acta 2017, 229, 387-395に従って合成した。
3.電極の製造
カーボンペーストの製造は、実験用溶解機(VMA Getzmann)を用いて行った。この目的で、例I1~I3およびC1~C4およびI9については、ポリ(フッ化ビニリデン)(=PVDF)ベースのバインダーをDMSO(ジメチルスルホキシド)に溶解し、実験用溶解機を用いて1時間撹拌した。続いて、それぞれのポリマーと、さらに1時間後にカーボン(Super P)とを5/60/35(バインダー/ポリマー/Super P)の比率で添加した。Super Pの添加後に、分散液を同様に1時間撹拌した後、出力導体(output conductor)に塗布した。得られた電極を空気循環乾燥キャビネット内で乾燥させた。
例I5~I7およびC5~C8については、カルボキシメチルセルロースナトリウム(Na-CMC)を水に溶解した。続いて、ポリマーと、1時間後にカーボン(Super P)とを10/60/30(バインダー/ポリマー/Super P)の比率で添加した。Super Pの添加後に、分散液を同様に1時間撹拌した後、出力導体に塗布した。得られた電極を空気循環乾燥キャビネット内で乾燥させた。電極上の活性材料の割合は、乾燥させた電極の質量をベースとして決定した。表1に報告する放電容量は、定電流放電によって得た。
4.電池の製造
完全有機試験セルの製造のために、既述のポリマーPcat、Pan1およびPan2を活性電極材料として使用し、Pcatをカソードとして用い、Pan1(例C1、C2、I1、I2)またはPan2(例I3、I5~I7、C3~C8)のいずれかをアノードとして用いた。例I1~I3およびC1~C4では、ポリ(フッ化ビニリデン)(PVDF)をカソードに、ポリ(フッ化ビニリデン)-co-ヘキサフルオロプロピレン(PVDF-HFP)をアノードにバインダーとして使用した。例I5~I7およびC5~C8では、カルボキシメチルセルロースナトリウム(Na-CMC)をバインダーとして使用した。
5.試験系列:アクリレートおよびメタクリレートの種々の混合物を用いた重合
電解質系は、以下に示すスキーム1に従い、それぞれのアクリレートおよびメタクリレートのモノマー、架橋剤、イオン液体、開始剤系および(半)金属酸化物粒子の混合物からなる。モノマーは、ベンジル(メタ)アクリレート1およびポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリレート2である。これらを、下記スキームに示すように重合させ、電極上で重合を行う。ポリマーもその上で架橋させる。R1*、R2*基は、メチルまたは水素のいずれかである。変数vは整数であり、概して9である。
スキーム1
Figure 2022513294000018
5.1 比較例C1:メタクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造の試み
5.1.1 ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;3.75mmol、660mg、635μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;1.25mmol、625mg、580μl)、トリエチレングリコールジメタクリレート(0.375mmol、107mg、98μl)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;9.5mmol、3.7g、2.45ml;1および2の合計をベースとして1.90モル当量)、Ivocerin(登録商標)(50μmol、20mg)およびヒュームドシリカ(7nm;256mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.1.2 セルの製造のために、MIT CorporationのPrecision Disc Cutterを用いて適切な電極を打ち抜いた(直径15mm)。粘性のペーストの500μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2.5分間曝露した。この時間内に安定した膜を製造することはできなかった。
5.2 比較例C2:アクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造および完全有機電池へのその使用
5.2.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;3.75mmol、610mg、575μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;1.25mmol、600mg、550μl)、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート(M:250g/mol;0.25mmol、62.5mg、56μl)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;8.7mmol、3.42g、2.25ml;1および2の合計をベースとして1.74当量)、Ivocerin(登録商標)(50μmol、20mg)およびヒュームドシリカ(7nm;232mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.2.2 セルの製造のために、MIT CorporationのPrecision Disc Cutterを用いて適切な電極を打ち抜いた(直径15mm)。粘性のペーストの500μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(PVDFバインダー)上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2.5分間曝露した。ボタン電池(2032型)をアルゴン雰囲気下で構築した。このようにポリマー電解質でコーティングしたカソードをボタン電池の基部に配置した。続いて、予め数滴の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドで濡らしたPan1電極(PVDF-HPFバインダー)をその上に配置した。ステンレス製重り(直径:15.5mm、厚さ:0.3mm、MIT Corporation)およびステンレス製ばね(直径:14.5mm、厚さ:5mm)をその上に配置した。ボタン電池に蓋をし、電気プレス機(MIT CorporationのMSK 100D)で封止した。
5.3 本発明の実施例I1:90/10の比率でのアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.3.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;3.375mmol、550mg、520μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;1.125mmol、540mg、495μl)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;0.375mmol、66mg、64μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.125mmol、62.5mg、58μl)、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート(M:250g/mol;0.25mmol、62.5mg、56μl)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;8.81mmol、3.45g、2.27ml;1および2の合計をベースとして1.76モル当量)、Ivocerin(登録商標)(50μmol、20mg)およびヒュームドシリカ(7nm;237mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.3.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C2の項目5.2.2に記載のように達成した。
5.4 本発明の実施例I2:80/20の比率でのアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.4.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;3mmol、487mg、460μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;1mmol、480mg、440μl)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;0.75mmol、132mg、127μl)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.25mmol、125mg、116μl)、ポリ(エチレングリコール)ジアクリレート(M:250g/mol;0.25mmol、62.5mg、56μl)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;8.81mmol、3.45g、2.27ml;1および2の合計をベースとして1.76モル当量)、Ivocerin(登録商標)(50μmol、20mg)およびヒュームドシリカ(7nm;237mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.4.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C2の項目5.2.2に記載のように達成した。
5.5 比較例C3:メタクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造の試み
5.5.1 ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;9.23mmol、1.63g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;3.08mmol、1.54g)、トリ(エチレングリコール)ジメタクリレート(1.23mmol、0.35g)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして2.10モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.5.2 粘性のペーストの約200μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(PVDFバインダー)上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2分間曝露した。この時間内に安定した膜を得ることはできなかった。
5.6 比較例C4:アクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造および完全有機電池へのその使用
5.6.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;10.36mmol、1.68g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.45mmol、1.66g)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして1.87モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.6.2 粘性のペーストの約200μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(PVDFバインダー)上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2分間曝露した。ボタン電池(2032型)をアルゴン雰囲気下で構築した。このようにポリマー電解質でコーティングしたカソードをボタン電池の基部に配置した。続いて、予め数滴の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドで濡らしたPan2電極(PVDF-HPFバインダー)をその上に配置した。ステンレス製重り(直径:15.5mm、厚さ:0.3mm、MIT Corporation)およびステンレス製ばね(直径:14.5mm、厚さ:5mm)をその上に配置した。ボタン電池に蓋をし、電気プレス機(MIT CorporationのMSK 100D)で封止した。
5.7 本発明の実施例I3:90/10の比率でアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.7.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;9.32mmol、1.51g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.11mmol、1.49g)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;1.04mmol、183mg)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.35mmol、173mg)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして1.87モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.7.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C4の項目5.6.2に記載のように達成した。
5.8 比較例C5:比較例C3の繰り返し
この場合にPcat電極(バインダーとしてNa-CMCを有する)を使用した点を除いて比較例C3を繰り返し、比較例C3と同じ観察結果を得た。
5.9 比較例C6:アクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造および完全有機電池へのその使用
5.9.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;10.36mmol、1.68g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.45mmol、1.66g)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして1.87モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.9.2 粘性のペーストの約200μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(Na-CMCバインダー)上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2分間曝露した。ボタン電池(2032型)をアルゴン雰囲気下で構築した。このようにポリマー電解質でコーティングしたカソードをボタン電池の基部に配置した。続いて、予め数滴の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドで濡らしたPan2電極(Na-CMCバインダー)をその上に配置した。ステンレス製重り(直径:15.5mm、厚さ:0.3mm、MIT Corporation)およびステンレス製ばね(直径:14.5mm、厚さ:5mm)をその上に配置した。ボタン電池に蓋をし、電気プレス機(MIT CorporationのMSK-100D)で封止した。
5.10 本発明の実施例I5:90/10の比率でのアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.10.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;9.32mmol、1.51g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.11mmol、1.49g)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;1.04mmol、183mg)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.35mmol、173mg)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして1.87モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.10.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C6の項目5.9.2に記載のように達成した。
5.11 本発明の実施例I6:80/20の比率でのアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.11.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;8.29mmol、1.34g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;2.76mmol、1.33g)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;2.07mmol、365mg)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.69mmol、345mg)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(M=391.31g/mol;25.8mmol、10.1g;1および2の合計をベースとして1.87モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.11.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C6の項目5.9.2に記載のように達成した。
5.12 比較例C7:メタクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造の試み
5.12.1 ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;9.23mmol、1.63g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;3.08mmol、1.54g)、トリ(エチレングリコール)ジメタクリレート(1.23mmol、0.35g)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート(M=260.23g/mol;9.3g、35.7mmol;1および2の合計をベースとして2.90モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.12.2 粘性のペーストの約200μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(Na-CMCバインダー)にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2分間曝露した。この時間内に安定した膜を得ることはできなかった。
5.13 比較例C8:アクリレート系モノマーを用いたポリマー電解質膜の製造および完全有機電池へのその使用
5.13.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;10.36mmol、1.68g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.45mmol、1.66g)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート(M=260.23g/mol;9.3g、35.7mmol;1および2の合計をベースとして2.59モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.13.2 粘性のペーストの約200μm厚の層を、カソードとして使用されるPcat電極(Na-CMCバインダー)上にコーティングし、電極をUVランプ(UVACUBE 100、Hoenle UV Technology)に2分間曝露した。ボタン電池(2032型)をアルゴン雰囲気下で構築した。このようにポリマー電解質でコーティングしたカソードをボタン電池の基部に配置した。続いて、予め数滴の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートで濡らしたPan2電極(Na-CMCバインダー)をその上に配置した。ステンレス製重り(直径:15.5mm、厚さ:0.3mm、MIT Corporation)およびステンレス製ばね(直径:14.5mm、厚さ:5mm)をその上に配置した。ボタン電池に蓋をし、電気プレス機(MIT CorporationのMSK 100D)で封止した。
5.14 本発明の実施例I7:90/10の比率でのアクリレート系モノマーおよびメタクリレート系モノマーの混合物を用いたポリマー電解質膜の製造、ならびに完全有機電池へのその使用
5.14.1 ベンジルアクリレート(R2*=Hの化合物2;9.32mmol、1.51g)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート(R1*=Hの化合物1;M:480g/mol;3.11mmol、1.49g)、ベンジルメタクリレート(R2*=CHの化合物2;1.04mmol、183mg)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(R1*=CHの化合物1;M:500g/mol;0.35mmol、173mg)、トリ(エチレングリコール)ジアクリレート(0.69mmol、178mg)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート(M=260.23g/mol;9.3g、35.7mmol;1および2の合計をベースとして2.58モル当量)、Ivocerin(登録商標)(73μmol、29mg)、カンファーキノン(73μmol、12mg)、エチルジメチルアミノベンゾエート(109μmol、21mg)およびヒュームドシリカ(7nm;683mg)を均一に混合し、減圧下で脱気した。
5.14.2 このように合成されたポリマー電解質を用いたセルの製造は、比較例C8の項目5.13.2に記載のように達成した。
6.結果
上述の例において構築した電池の放電容量を、Maccor Battery Cyclerでの定電流放電によって測定し、下記表1に報告する。ここで、より低容量の電極(Pcat)の容量を充電/放電電流の計算のために制限容量として用いた。表1に報告する値は、それぞれの制限ポリマーの最大比放電容量に相当する[A)1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドベースのゲル;B)1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネートベースのゲル;充電レート=0.1Cは、600分以内の完全充電を意味する;充電レート=1Cは、60分以内の完全充電を意味する;充電レート=5Cは、12分以内の完全充電を意味する]。
Figure 2022513294000019
7.結論
表1の結果から以下のことが明らかである:
1)メタクリレートモノマーのみをベースとするポリマー電解質は、十分に迅速に重合しない。
2)本発明による電解質系で観察される放電容量は、比較例において観察される放電容量よりもはるかに高かった(例I1、I2とC1、C2;例I3とC3、C4;例I5、I6とC5、C6;例I7と例C7、C8を参照されたい)。これは、アクリレートモノマーの使用が、より放電容量が低い電池をもたらし、ポリマー電解質Peleを得るためにメタクリレートモノマーおよびアクリレートモノマーの混合物を重合に使用した場合にのみ、より高い放電容量が確実となるという事実に起因する。これは様々な電解質について観察される。
3)また、放電容量の増加が0.1、1または5Cの異なるCレートでも維持されることが例によって示された。
4)これにより、有機電池のより高い電荷容量が本発明のポリマー電解質Peleを用いて達成されることが示される。

Claims (22)

  1. 電荷蓄積ユニットの製造方法であって、以下の工程:
    (a)式(I)の少なくとも1つの化合物、式(II)の少なくとも1つの化合物:
    Figure 2022513294000020
    [式中、R、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、ハロアルキル基からなる群から選択される]
    および少なくとも1つのイオン液体ILを含む混合物Mを重合させて、ポリマー電解質Peleを得る工程、
    (b)工程(a)で得られた前記ポリマー電解質Peleを2つの電極EcatおよびEanの間に配置する工程であって、EcatおよびEanが、それぞれ独立して少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む工程
    を含む、方法。
  2. 工程(a)において、前記混合物Mに含まれる式(I)の全ての化合物と前記混合物Mに含まれる式(II)の全ての化合物とのモル比が、99:1~1:99の範囲である、請求項1記載の方法。
  3. 前記イオン液体ILが、構造Qを有し、ここでQは、構造(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5):
    Figure 2022513294000021
    [式中、RQ1、RQ2、RQ3、RQ4、RQ5、RQ6、RQ7、RQ8は、それぞれ独立してアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択され、
    Q9、RQ10、RQ11、RQ12、RQ13、RQ14、RQ15、RQ16、RQ17、RQ18、RQ19、RQ20、RQ21、RQ22、RQ23、RQ24、RQ25、RQ26、RQ27、RQ28、RQ29、RQ30、RQ31、RQ32、RQ33、RQ34、RQ35は、それぞれ独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択される]
    からなる群から選択されるカチオンであり、
    は、特にホスフェート、ホスホネート、アルキルホスホネート、モノアルキルホスフェート、ジアルキルホスフェート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、ハロアルキルスルホネート、アルキルスルホネート、アルキルスルフェート、ハロアルキルスルフェート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、ハロゲン化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、スルフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、水素スルフェート、アルキルカルボキシレート、ハロアルキルカルボキシレート、ホルメート、ビスオキサラトボレート、テトラクロロアルミネート、二水素ホスフェート、モノアルキル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択されるアニオンである、請求項1または2記載の方法。
  4. 工程(a)において前記混合物Mに含まれる全てのイオン液体ILの総モル量が、前記混合物Mに含まれる式(I)および(II)の全ての化合物の総モル量をベースとして、0.1モル当量以上である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 工程(a)を、前記電極EcatおよびEanの少なくとも一方の表面上で行う、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 前記ポリマーPredoxが、ポリイミド、およびm個の一般式(III):
    Figure 2022513294000022
    の単位を含むポリマーからなる群から選択され、ここでmは4以上の整数であり、Wは繰返し単位であり、Spは有機スペーサーであり、Rは有機レドックス活性基であり、式(III)の単位の(i)で特定される結合は、隣接する式(III)の単位の(ii)で特定される結合に結合する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 前記ポリマーPredoxが、m個の一般式(III)の単位を含むポリマーであり、Rは一般式(III-A)、(III-B)、(III-C)、(III-D):
    Figure 2022513294000023
    の化合物からなる群から選択され、構造(III-A)、(III-B)および(III-C)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、ヒドロキシル基から選択される基によって置換されていてもよい、請求項6記載の方法。
  8. 前記ポリマーPredoxが、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7):
    Figure 2022513294000024
    から選択されるポリイミドであり、ここでnは、いずれの場合にも4以上の整数であり、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)の(iv)で特定される結合は、いずれの場合にも(v)で特定される結合に結合し、
    構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル、ハロゲン、アルコキシ、OHから選択される基によって置換されていてもよい、請求項6記載の方法。
  9. 構造(III)中のW基が、構造(W1)、(W2)、(W3):
    Figure 2022513294000025
    からなる群から選択され、
    ここで式(W1)、(W2)、(W3)の単位の(i)で特定される結合は、いずれの場合にも隣接する式(W1)、(W2)または(W3)の単位の(ii)で特定される結合に結合し、
    (iii)で特定される結合は、いずれの場合にもSpとの結合を示し、
    W1、RW2、RW3、RW4、RW5、RW6、RW7は、独立して水素、アルキル基、ハロアルキル基、RW8=Hまたはアルキルである-COORW8からなる群から選択され、
    構造(III)中のSpは直接結合、(Sp1)、(Sp2):
    Figure 2022513294000026
    からなる群から選択され、
    pA1、pA2、pA3は、「pA2=0、pA1=pA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
    qA1、qA2、qA3は、「qA2=0、qA1=qA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
    qA4、qA5、qA6は、「qA5=0、qA4=qA6=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、qA4、qA5、qA6の少なくとも1つが1であり、
    Spは、
    二価(ヘテロ)芳香族基、
    任意にニトロ基、-NH、-CN、-SH、-OH、ハロゲンから選択される少なくとも1つの基によって置換され、任意にエーテル、チオエーテル、アミノエーテル、カルボニル基、カルボン酸エステル、カルボキサミド基、スルホン酸エステル、リン酸エステルから選択される少なくとも1つの基を有する二価脂肪族基
    からなる群から選択され、
    SpがR基中の非炭素原子に結合する場合、構造(Sp1)は、付加的な条件「qA3=0、qA2=1、qA1=1またはqA3=qA2=qA1=0またはqA3=0、qA2=1、qA1=0」、好ましくは条件「qA3=qA2=qA1=0」に従い、構造(Sp2)は、「qA6=0、qA5=1、qA4=1またはqA6=0、qA5=1、qA4=0」の付加的な条件に従い、
    Figure 2022513294000027
    はRの方向に向いた結合を表し、
    Figure 2022513294000028
    はWの方向に向いた結合を表す、請求項6または7記載の方法。
  10. 前記ポリマーPredoxが、構造P1、P2、P3:
    Figure 2022513294000029
    からなる群から選択される、互いに連結したt個の繰返し単位を含み、
    ここでtは4以上の整数であり、
    式P1の単位の(vi)で特定される結合は、隣接する式P1の単位の(vii)で特定される結合に結合し、
    式P2の単位の(viii)で特定される結合は、隣接する式P2の単位の(ix)で特定される結合に結合し、
    式P3の単位の(x)で特定される結合は、隣接する式P3の単位の(xi)で特定される結合に結合する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  11. 前記伝導性添加剤Lが、炭素材料、導電性ポリマー、金属、半金属、金属化合物、半金属化合物からなる群から選択される、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項記載の方法によって得ることができる電荷蓄積ユニット。
  13. 2つの電極EcatおよびEanの間に配置されたポリマー電解質Peleを含み、EcatおよびEanが、それぞれ独立して少なくとも1つの伝導性添加剤Lおよび少なくとも1つの有機レドックス活性ポリマーPredoxを含む電荷蓄積ユニットであって、
    前記ポリマー電解質Peleが、式(I)の少なくとも1つの化合物、式(II)の少なくとも1つの化合物:
    Figure 2022513294000030
    [式中、R、Rは、独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、ハロアルキル基からなる群から選択される]
    および少なくとも1つのイオン液体ILを含む混合物Mを重合させることによって得られることを特徴とする、電荷蓄積ユニット。
  14. 前記混合物Mに含まれる式(I)の全ての化合物と前記混合物Mに含まれる式(II)の全ての化合物とのモル比が、99:1~1:99の範囲である、請求項13記載の電荷蓄積ユニット。
  15. 前記イオン液体ILが、構造Qを有し、ここでQは、構造(Q1)、(Q2)、(Q3)、(Q4)、(Q5):
    Figure 2022513294000031
    [式中、RQ1、RQ2、RQ3、RQ4、RQ5、RQ6、RQ7、RQ8は、それぞれ独立してアルキル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択され、
    Q9、RQ10、RQ11、RQ12、RQ13、RQ14、RQ15、RQ16、RQ17、RQ18、RQ19、RQ20、RQ21、RQ22、RQ23、RQ24、RQ25、RQ26、RQ27、RQ28、RQ29、RQ30、RQ31、RQ32、RQ33、RQ34、RQ35は、それぞれ独立して水素、アルキル基、(ポリ)エーテル基、ハロアルキル基、シクロアルキル基からなる群から選択される]
    からなる群から選択されるカチオンであり、
    は、特にホスフェート、ホスホネート、アルキルホスホネート、モノアルキルホスフェート、ジアルキルホスフェート、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、アルキルスルホネート、ハロアルキルスルホネート、ハロアルキルスルフェート、アルキルスルフェート、ビス[フルオロスルホニル]イミド、ハロゲン化物、ジシアナミド、ヘキサフルオロホスフェート、スルフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、ペルクロレート、水素スルフェート、ハロアルキルカルボキシレート、アルキルカルボキシレート、ホルメート、ビスオキサラトボレート、テトラクロロアルミネート、二水素ホスフェート、モノアルキル水素ホスフェート、ニトレートからなる群から選択されるアニオンである、請求項13または14記載の電荷蓄積ユニット。
  16. 前記混合物Mに含まれる全てのイオン液体ILの総モル量が、前記混合物Mに含まれる式(I)および(II)の全ての化合物の総モル量をベースとして、0.1モル当量以上である、請求項13から15までのいずれか1項記載の電荷蓄積ユニット。
  17. 前記ポリマーPredoxが、ポリイミド、およびm個の一般式(III):
    Figure 2022513294000032
    の単位を含むポリマーからなる群から選択され、ここでmは4以上の整数であり、Wは繰返し単位であり、Spは有機スペーサーであり、Rは有機レドックス活性基であり、式(III)の単位の(i)で特定される結合は、隣接する式(III)の単位の(ii)で特定される結合に結合する、請求項13から16までのいずれか1項記載の電荷蓄積ユニット。
  18. 前記ポリマーPredoxが、m個の一般式(III)の単位を含むポリマーであり、Rは一般式(III-A)、(III-B)、(III-C)、(III-D):
    Figure 2022513294000033
    の化合物からなる群から選択され、構造(III-A)、(III-B)および(III-C)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル、ハロゲン、アルコキシ、OHから選択される基によって置換されていてもよい、請求項17記載の電荷蓄積ユニット。
  19. 前記ポリマーPredoxが、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7):
    Figure 2022513294000034
    から選択されるポリイミドであり、ここでnは、いずれの場合にも4以上の整数であり、構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)の(iii)で特定される結合は、いずれの場合にも(iv)で特定される結合に結合し、
    構造(IV-1)、(IV-2)、(IV-3)、(IV-4)、(IV-5)、(IV-6)、(IV-7)において、少なくとも1つの芳香族炭素原子がアルキル、ハロゲン、アルコキシ、OHから選択される基によって置換されていてもよい、請求項17記載の電荷蓄積ユニット。
  20. 構造(III)中のW基が、構造(W1)、(W2)、(W3):
    Figure 2022513294000035
    からなる群から選択され、
    ここで式(W1)、(W2)、(W3)の単位の(i)で特定される結合は、いずれの場合にも隣接する式(W1)、(W2)または(W3)の単位の(ii)で特定される結合に結合し、
    (iii)で特定される結合は、いずれの場合にもSpとの結合を示し、
    W1、RW2、RW3、RW4、RW5、RW6、RW7は、独立して水素、アルキル基、ハロアルキル基、RW8=Hまたはアルキルである-COORW8からなる群から選択され、
    構造(III)中のSpは直接結合、(Sp1)、(Sp2):
    Figure 2022513294000036
    からなる群から選択され、
    pA1、pA2、pA3は、「pA2=0、pA1=pA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
    qA1、qA2、qA3は、「qA2=0、qA1=qA3=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、
    qA4、qA5、qA6は、「qA5=0、qA4=qA6=1」の場合を除いて、いずれの場合にも0または1であり、qA4、qA5、qA6の少なくとも1つが1であり、
    Spは、
    二価(ヘテロ)芳香族基、
    任意にニトロ基、-NH、-CN、-SH、-OH、ハロゲンから選択される少なくとも1つの基によって置換され、任意にエーテル、チオエーテル、アミノエーテル、カルボニル基、カルボン酸エステル、カルボキサミド基、スルホン酸エステル、リン酸エステルから選択される少なくとも1つの基を有する二価脂肪族基
    からなる群から選択され、
    SpがR基中の非炭素原子に結合する場合、構造(Sp1)は、付加的な条件「qA3=0、qA2=1、qA1=1またはqA3=qA2=qA1=0またはqA3=0、qA2=1、qA1=0」、好ましくは条件「qA3=qA2=qA1=0」に従い、構造(Sp2)は、「qA6=0、qA5=1、qA4=1またはqA6=0、qA5=1、qA4=0」の付加的な条件に従い、
    Figure 2022513294000037
    はRの方向に向いた結合を表し、
    Figure 2022513294000038
    はWの方向に向いた結合を表す、請求項17または18記載の電荷蓄積ユニット。
  21. 前記ポリマーPredoxが、構造P1、P2、P3:
    Figure 2022513294000039
    からなる群から選択される、互いに連結したt個の繰返し単位を含み、
    ここでtは4以上の整数であり、
    式P1の単位の(vi)で特定される結合は、隣接する式P1の単位の(vii)で特定される結合に結合し、
    式P2の単位の(viii)で特定される結合は、隣接する式P2の単位の(ix)で特定される結合に結合し、
    式P3の単位の(x)で特定される結合は、隣接する式P3の単位の(xi)で特定される結合に結合する、請求項13から17までのいずれか1項記載の電荷蓄積ユニット。
  22. 前記伝導性添加剤Lが、炭素材料、導電性ポリマー、金属、半金属、金属化合物、半金属化合物からなる群から選択される、請求項13から21までのいずれか1項記載の電荷蓄積ユニット。
JP2021534911A 2018-12-17 2019-11-07 有機電池用の固体電解質 Pending JP2022513294A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18212868.6 2018-12-17
EP18212868 2018-12-17
PCT/EP2019/080452 WO2020126200A1 (en) 2018-12-17 2019-11-07 Solid electrolyte for organic batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022513294A true JP2022513294A (ja) 2022-02-07

Family

ID=64665766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021534911A Pending JP2022513294A (ja) 2018-12-17 2019-11-07 有機電池用の固体電解質

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11637318B2 (ja)
EP (1) EP3900098A1 (ja)
JP (1) JP2022513294A (ja)
KR (1) KR20210104104A (ja)
CN (1) CN113228371A (ja)
CA (1) CA3122881A1 (ja)
SG (1) SG11202106219VA (ja)
TW (1) TWI740221B (ja)
WO (1) WO2020126200A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4016663B1 (de) 2020-12-17 2023-10-11 InnovationLab GmbH Elektrodenmaterial für den druck von polymerbatterien
CN113061250A (zh) * 2021-03-09 2021-07-02 南京信息工程大学 一种聚萘二酰亚胺甲酮线形缩聚物光催化剂及其制备、酸化处理方法和应用
WO2023098996A1 (de) 2021-12-02 2023-06-08 Evonik Operations Gmbh Verbessertes elektrodenmaterial für den druck organischer polymerbatterien

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011134459A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Konica Minolta Holdings Inc 電解質組成物、二次電池、および化合物
WO2014137207A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-12 Universiti Malaya A method of producing a polytetrafluoroethylene adhesive polymer membrane
JP2016138215A (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 株式会社ネオス 硬化性組成物、活性エネルギー線硬化型ゲル電解質及び電気化学デバイス
JP2017514930A (ja) * 2014-03-07 2017-06-08 エボニック デグサ ゲーエムベーハーEvonik Degussa GmbH 新規テトラシアノアントラキノンジメタンポリマー及びその使用
JP2018085331A (ja) * 2016-10-25 2018-05-31 三星電子株式会社Samsung Electronics Co., Ltd. 高分子電解質、その製造方法、及びそれを含むリチウム金属電池

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4898915A (en) 1983-08-24 1990-02-06 University Of Akron Alternating copolymerization of donor monomers having protected amine groups with acceptor monomers
DE19756880A1 (de) 1997-12-19 1999-07-01 Degussa Anodenkatalysator für Brennstoffzellen mit Polymerelektrolyt-Membranen
JP4687848B2 (ja) 2001-04-03 2011-05-25 日本電気株式会社 蓄電デバイス
KR100440939B1 (ko) * 2002-02-16 2004-07-21 삼성에스디아이 주식회사 고분자 전해질 및 이를 채용한 리튬 전지
CA2598156C (en) 2002-08-16 2011-02-08 Cytec Canada Inc. Phosphonium and imidazolium salts and methods of their preparation
ES2404532T3 (es) 2003-08-27 2013-05-28 Proionic Production Of Ionic Substances Gmbh & Co Kg Procedimiento para la fabricación de líquidos iónicos, sólidos iónicos o mezclas de los mismos
DE102004018930A1 (de) 2004-04-20 2005-11-17 Degussa Ag Verwendung eines keramischen Separators in Lithium-Ionenbatterien, die einen Elektrolyten aufweisen, der ionische Flüssigkeiten enthält
DE102004018929A1 (de) 2004-04-20 2005-11-17 Degussa Ag Elektrolytzusammensetzung sowie deren Verwendung als Elektrolytmaterial für elektrochemische Energiespeichersysteme
US7816457B2 (en) * 2004-05-31 2010-10-19 Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd. Method for producing crosslinked poly(meth)acrylate compound
DE102005028451B4 (de) 2005-06-17 2017-02-16 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zum Transport von Wärme
DE102005029124A1 (de) 2005-06-23 2006-12-28 Degussa Ag Filmbildner freies Elektrolyt-Separator-System sowie dessen Verwendung in elektrochemischen Energiespeichern
KR100686816B1 (ko) * 2005-07-22 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
EP2071584B1 (en) * 2006-10-06 2012-02-01 Kuraray Co., Ltd., Kurashiki Plant Polymer solid electrolyte, electrochemical device, and actuator element
US7438895B2 (en) 2006-12-27 2008-10-21 J.M. Huber Corporation Precipitated silica materials exhibiting high compatibility with cetylpyridinium chloride
US20080160053A1 (en) 2006-12-27 2008-07-03 Mcgill Patrick High electrolyte additions for precipitated silica material production
EP2023434B1 (de) 2007-07-23 2016-09-07 Litarion GmbH Elektrolytzubereitungen für Energiespeicher auf Basis ionischer Flüssigkeiten
US8790537B2 (en) * 2008-06-09 2014-07-29 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the preparation of solid polymer electrolytes using ionic liquids
EP2445613A1 (en) 2009-06-25 2012-05-02 VTU Holding GmbH Method of use of an ionic liquid and device for sorption of a gas
DE102009032050A1 (de) 2009-07-07 2011-01-27 Li-Tec Battery Gmbh Sekundärbatterie mit Schnellladefähigkeit
JP5518416B2 (ja) 2009-10-01 2014-06-11 学校法人早稲田大学 ポリラジカル化合物の製造方法
JP5254167B2 (ja) 2009-10-01 2013-08-07 学校法人早稲田大学 ポリラジカル化合物
DE102010052843A1 (de) 2010-11-29 2012-05-31 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Energiespeicherzelle
WO2013017217A1 (de) 2011-08-01 2013-02-07 Li-Tec Battery Gmbh Lithiumionen-batterie
US9397341B2 (en) 2012-10-10 2016-07-19 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Printed energy storage device
US9520598B2 (en) 2012-10-10 2016-12-13 Nthdegree Technologies Worldwide Inc. Printed energy storage device
US9276292B1 (en) 2013-03-15 2016-03-01 Imprint Energy, Inc. Electrolytic doping of non-electrolyte layers in printed batteries
KR101989660B1 (ko) 2013-07-09 2019-06-14 에보니크 데구사 게엠베하 전기활성 중합체, 그의 제조 방법, 전극 및 그의 용도
CA2921323A1 (en) 2013-09-09 2015-03-12 Universite Catholique De Louvain A process for the preparation of a conductive polymer composite
KR102163733B1 (ko) * 2013-11-29 2020-10-12 삼성전자주식회사 리튬 전지용 고분자 전해질 및 이를 포함하는 리튬 전지
DE102014004760A1 (de) 2014-03-28 2015-10-01 Evonik Degussa Gmbh Neue 9,10-Bis(1,3-dithiol-2-yliden)-9,10-dihydroanthracenpolymere und deren Verwendung
DE102014221731A1 (de) * 2014-06-06 2016-01-21 Robert Bosch Gmbh Polymerelektrolyt für Lithium-Schwefel-Zelle
KR20160026644A (ko) * 2014-08-29 2016-03-09 삼성전자주식회사 복합체, 그 제조방법, 이를 포함하는 전해질 및 리튬이차전지
US10290898B2 (en) * 2014-08-29 2019-05-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite, method of preparing the composite, electrolyte comprising the composite, and lithium secondary battery comprising the electrolyte
JP6562569B2 (ja) 2014-10-02 2019-08-21 エルジー・ケム・リミテッド ゲルポリマー電解質及びこれを含むリチウム二次電池
CN104530424B (zh) 2014-11-28 2017-03-29 武汉工程大学 异氮杂茚氧化氮自由基改性聚苯胺及其合成方法和用途
CN104530426B (zh) 2014-11-28 2016-11-16 武汉工程大学 异氮杂茚氧化氮自由基改性聚吡咯及其制备方法和用途
US9982068B2 (en) * 2015-01-16 2018-05-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Redox active polymers and colloidal particles for flow batteries
EP3135704A1 (de) 2015-08-26 2017-03-01 Evonik Degussa GmbH Verwendung bestimmter polymere als ladungsspeicher
JP6533303B2 (ja) 2015-08-26 2019-06-19 エボニック デグサ ゲーエムベーハーEvonik Degussa GmbH 電荷貯蔵体としての特定のポリマーの使用
EP3136410A1 (de) 2015-08-26 2017-03-01 Evonik Degussa GmbH Verwendung bestimmter polymere als ladungsspeicher
EP3262668B1 (de) 2015-08-26 2018-12-05 Evonik Degussa GmbH Verwendung bestimmter polymere als ladungsspeicher
US9871253B2 (en) 2015-09-11 2018-01-16 Waseda University Ion-conductive fused-ring quinone polymer, electrode active material and secondary battery
US10326138B2 (en) 2015-09-11 2019-06-18 Waseda University Charge storage material, electrode active material and secondary battery
JP6721906B2 (ja) 2015-10-08 2020-07-15 学校法人早稲田大学 縮環キノン置換ポリノルボルネン、電極活物質及び二次電池
CN109196000B (zh) 2016-06-02 2021-04-30 赢创运营有限公司 用于生产电极材料的方法
GB2551577A (en) 2016-06-24 2017-12-27 Sumitomo Chemical Co Improved polymer layer morphology for increased energy and current delivery from a battery-supercapacitor hybrid
TWI686415B (zh) 2016-08-05 2020-03-01 德商贏創運營有限公司 含有噻嗯之聚合物作為電荷儲存裝置之用途
EP3279223A1 (de) 2016-08-05 2018-02-07 Evonik Degussa GmbH Verwendung thianthrenhaltiger polymere als ladungsspeicher
WO2018046387A1 (de) 2016-09-06 2018-03-15 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur verbesserten oxidation sekundärer amingruppen
GB201616469D0 (en) 2016-09-28 2016-11-09 Sumitomo Chemical Co Enhanced polymer charge storage systems
CN107118332B (zh) 2017-03-22 2020-03-17 四川大学 含4,4-联吡啶侧链的聚合物
KR20210139356A (ko) 2019-03-14 2021-11-22 에보니크 오퍼레이션즈 게엠베하 형상화된 유기 전하 저장 유닛을 제조하는 방법
WO2020243948A1 (en) 2019-06-06 2020-12-10 Evonik (Shanghai) Investment Management Co., Ltd. In-situ polymerized polymer electrolyte for lithium ion batteries

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011134459A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Konica Minolta Holdings Inc 電解質組成物、二次電池、および化合物
WO2014137207A1 (en) * 2013-03-05 2014-09-12 Universiti Malaya A method of producing a polytetrafluoroethylene adhesive polymer membrane
JP2017514930A (ja) * 2014-03-07 2017-06-08 エボニック デグサ ゲーエムベーハーEvonik Degussa GmbH 新規テトラシアノアントラキノンジメタンポリマー及びその使用
JP2016138215A (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 株式会社ネオス 硬化性組成物、活性エネルギー線硬化型ゲル電解質及び電気化学デバイス
JP2018085331A (ja) * 2016-10-25 2018-05-31 三星電子株式会社Samsung Electronics Co., Ltd. 高分子電解質、その製造方法、及びそれを含むリチウム金属電池

Also Published As

Publication number Publication date
CN113228371A (zh) 2021-08-06
TWI740221B (zh) 2021-09-21
EP3900098A1 (en) 2021-10-27
KR20210104104A (ko) 2021-08-24
US11637318B2 (en) 2023-04-25
CA3122881A1 (en) 2020-06-25
US20220045361A1 (en) 2022-02-10
WO2020126200A1 (en) 2020-06-25
SG11202106219VA (en) 2021-07-29
TW202028262A (zh) 2020-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6296671B2 (ja) 全固体二次電池、電池用電極シート、電池用電極シートの製造方法、固体電解質組成物、固体電解質組成物の製造方法、および全固体二次電池の製造方法
JP6323546B2 (ja) リチウムイオン電池の添加剤、電極スラリー組成物、およびリチウムイオン電池
JP2022513294A (ja) 有機電池用の固体電解質
KR100923375B1 (ko) 접착제 조성물-지지 전지용 세퍼레이터 및 이를 이용한 전극/세퍼레이터 적층체
CN110444807B (zh) 一种复合凝胶聚合物电解质、其制备方法和应用
JPWO2017047378A1 (ja) 全固体二次電池
KR20210139356A (ko) 형상화된 유기 전하 저장 유닛을 제조하는 방법
JPH11288738A (ja) 固体電解質電池およびその製造方法
US11444323B2 (en) All-solid-state battery
JP4718816B2 (ja) 電池用セパレータのための反応性ポリマー担持多孔質フィルムとこれを用いる電池の製造方法
JP4830314B2 (ja) イオン伝導性電解質用組成物、イオン伝導性電解質、及び該イオン伝導性電解質を用いた二次電池
TW201841958A (zh) 能源裝置電極用樹脂、能源裝置電極形成用組成物、能源裝置電極及能源裝置
JP3423832B2 (ja) イオン伝導性高分子固体電解質および該固体電解質を使用した電気化学素子
JPH08298137A (ja) 二次電池および該電池に使用する電極
JP4601375B2 (ja) 電池用セパレータとこれを用いる電池の製造方法
JP5011790B2 (ja) 二次電池及びその製造方法
JP2008071546A (ja) イオン伝導性電解質及び該イオン伝導性電解質を用いた二次電池
JP4967292B2 (ja) 組成物またそれから得られるイオン伝導性電解質及びそれを用いた二次電池
JP4945992B2 (ja) イオン伝導性電解質及び該イオン伝導性電解質を用いた二次電池
JP2024525157A (ja) 電解質ヒドロゲル及び電気化学セルにおけるその使用
TWI237643B (en) Method for manufacturing PAN polymer electrolyte used for isolation membrane of secondary battery
JPH10208544A (ja) 高分子固体電解質及びそれを用いた電池
JP2008071725A (ja) イオン伝導性電解質及び該イオン伝導性電解質を用いた二次電池
TW202245312A (zh) 用於印刷聚合物電池之新穎電極材料
JP5002995B2 (ja) イオン伝導性電解質及び該イオン伝導性電解質を用いた二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210616

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220530

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220826

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230105