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公開番号2024066468
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-15
出願番号2023179079
出願日2023-10-17
発明の名称リチウム硫黄二次電池用電解液およびリチウム硫黄二次電池
出願人学校法人関西大学
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類H01M 10/0568 20100101AFI20240508BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が理論容量(1672mAhg^-1)により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能な、リチウム硫黄二次電池用電解液を提供する。
【解決手段】リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドおよび/またはヘキサフルオロリン酸リチウムである電解質と、2種類以上のエーテル系溶媒とを含む、リチウム硫黄二次電池用電解液。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
電解質および溶媒を含むリチウム硫黄二次電池用電解液であって、
前記電解質は、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミドおよび／またはヘキサフルオロリン酸リチウムであり、
前記溶媒は、２種類以上のエーテル系溶媒を含む、リチウム硫黄二次電池用電解液。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
前記電解質の濃度は、前記溶媒１．０Ｌに対して４．０ｍｏｌ以下である、請求項１に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
【請求項３】
前記溶媒が、高溶解性エーテル系溶媒と、低溶解性エーテル系溶媒とを含み、
前記高溶解性エーテル系溶媒：前記低溶解性エーテル系溶媒の体積比率が、５：５～７：３である、請求項１に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
【請求項４】
前記電解質および前記溶媒以外に、ハロゲンを含むリチウム塩を含む添加剤ａをさらに含む、請求項１に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
【請求項５】
前記電解質および前記溶媒以外に、以下の構造式（１）で表される化合物および以下の構造式（２）で表される化合物からなる群より選ばれる１種以上の化合物を含む添加剤ｂをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
TIFF
2024066468000008.tif
39
170
（構造式（１）中、Ｒ
１
およびＲ
２
は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。）
JPEG
2024066468000009.jpg
42
137
（構造式（２）中、Ｒ
１
およびＲ
２
は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、アルキルおよびアルコキシからなる群より選択される基である。）
【請求項６】
前記添加剤ｂが、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートおよびクロロエチレンカーボネートからなる群から１種以上選択される化合物を含む、請求項５に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
【請求項７】
前記溶媒が、１，２－ジメトキシエタンと、ハイドロフルオロエーテルとを含む、請求項１に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液。
【請求項８】
請求項１に記載のリチウム硫黄二次電池用電解液を備える、リチウム硫黄二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム硫黄二次電池用電解液およびリチウム硫黄二次電池に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話、パソコン、デジタルカメラ等に用いる二次電池として、現在、リチウムイオン電池が広く用いられているが、エネルギー密度の更なる向上、コストの低減等が求められている。
【０００３】
そこで注目されているのがリチウム硫黄二次電池である。リチウム硫黄二次電池は、正極活物質として硫黄、負極活物質としてリチウム金属を使用し、リチウムイオン（Ｌｉ
＋
）が正極と負極との間を移動することによって充放電を行う二次電池である。リチウム硫黄二次電池では、放電時に負極からＬｉ
＋
イオンが溶出し、正極で硫黄と反応して、Ｌｉ
２
Ｓを生成するとともに、外部回路へ電流が流れる。
【０００４】
硫黄原子は、重量あたりの酸化還元反応に関する電子数が多く、従来のリチウムイオン電池に比して、理論上、５倍以上の高いエネルギー密度を有することが見込まれている。また、硫黄は安価で確保も容易であるため、材料のコストを削減することも可能である。このため、リチウム硫黄二次電池は、次世代型の二次電池として盛んに研究が行われている。
【０００５】
最近、硫黄の担持量（含有量）が多い正極を備えるリチウム硫黄二次電池の研究が進められている。リチウム硫黄二次電池用非水電解液としては、例えば、以下に示すものが知られている。
・電解質としてのＬｉＴＦＳＩと、ＦＥＣとＨＦＥとの混合溶媒とを含む非水電解液（特許文献１）。なお、ＬｉＴＦＳＩはリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、ＦＥＣはフルオロエチレンカーボネート、ＨＦＥはハイドロフルオロエーテルを、それぞれ意味する。
・電解質としてのＬｉＴＦＳＩと、テトラグラムとＨＦＥとの混合溶媒とを含む非水電解液、および、電解質としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（以下、「ＬｉＰＦ
６
」とも称する）と、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒とを含む非水電解液（非特許文献１および非特許文献２）。
・電解質としてのリチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（以下、「ＬｉＦＳＩ」とも称する）と、１，２－ジメトキシエタン（以下、「ＤＭＥ」とも称する）とを含む非水電解液（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開公報ＷＯ２０１８／１６３７７８Ａ１
【非特許文献】
【０００７】
Progress in Natural Science: Materials International, 25(6), P612-621(2015)
Electrochemistry, 85,650-655(2017)
Nat. Commun. 6 6362 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これらの非水電解液を、硫黄の担持量が多い正極を備えるリチウム硫黄二次電池に採用した場合、充放電サイクルを繰り返した際の放電容量が理論容量（１６７２ｍＡｈｇ
－１
）よりも大幅に低くなるという問題があった。すなわち、これらの非水電解液を用いた前記リチウム硫黄二次電池では、硫黄の理論容量を活かしきれておらず、容量維持率に改善の余地があった。
【０００９】
本発明の一態様は、硫黄の担持量が多い正極を備え、かつ、充放電サイクル後の放電容量が理論容量により近い値となるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能な、リチウム硫黄二次電池用電解液を提供することを課題とする。
【００１０】
また、従来のリチウム硫黄二次電池は、常温（室温）における放電容量等の電池性能が評価対象となっており、低温または高温の環境下における電池性能は評価されていなかった。一方、実際にリチウム硫黄二次電池を使用する環境には、低温および高温の環境が含まれ得る。よって、当該環境下でも性能が優れるリチウム硫黄二次電池に対する需要が存在する。本発明の一態様は、前記需要を満たすために、低温および高温の環境下での放電容量にも優れるリチウム硫黄二次電池の製造に利用可能な非水電解液を提供することも課題としている。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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