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公開番号2025007718
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023109299
出願日2023-07-03
発明の名称非水系二次電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人
主分類H01M 10/0568 20100101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡単な構成で容量維持率の低下を抑制できる非水系二次電池の提供。
【解決手段】正極と、リチウム金属負極と、電解液と、を備える非水系二次電池であって、前記電解液中に、ピロリジニウムカチオンと、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)とを含み、前記ピロリジニウムカチオンに対するリチウムイオンのモル比は、10～40であり、前記ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンのモル濃度は、3～4mol/Lである非水系二次電池。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
正極と、
リチウム金属負極と、
電解液と、を備える非水系二次電池であって、
前記電解液中に、ピロリジニウムカチオンと、ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオン（ＦＳＩ）とを含み、
前記ピロリジニウムカチオンに対するリチウムイオンのモル比は、１０～４０であり、
前記ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのモル濃度は、３～４ｍｏｌ／Ｌである、ことを特徴とする非水系二次電池。
続きを表示（約 320 文字）【請求項２】
前記ピロリジニウムカチオンが、１－メチル－１－プロピルピロリジニウムカチオン（Ｐｙｒ１３）または１－ブチル－１－メチルピロリジニウムカチオン（Ｐｙｒ１４）である、請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項３】
前記電解液が、ジメトキシエタンを含む、請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項４】
前記電解液が、電解質であるＬｉＦＳＩと、イオン液体であるＰｙｒ１３－ＦＳＩまたはＰｙｒ１４－ＦＳＩとを含む、請求項２または３に記載の非水系二次電池。
【請求項５】
前記電解液中の前記イオン液体の含有割合が、０．９３～２．７８質量％である、請求項４に記載の非水系二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、非水系二次電池に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノートパソコンなどの小型モバイル機器の普及に伴い、充電と放電とを繰り返して使用する非水系二次電池の開発が多く行われている。
特許文献１には、リチウム金属負極の電解液として、有機溶媒１リットル当たり少なくとも２モルのリチウムイミド塩濃度を有する塩濃度の高い電解液を使用した充電式リチウム電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１８－５０５５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウム金属は、非常に卑な反応電位を持ち、析出とともに電解液中の溶媒が分解されることが知られており、この分解により、サイクル特性（容量維持率）が低下すると考えられる。
通常、低塩濃度の電解液中のリチウムイオンには溶媒が配位しており、塩濃度が高濃度化することでアニオンの配位割合が増加する。アニオンはリチウムイオンに配位することで還元分解を受けやすくなり、アニオン由来の被膜の割合が増え、リチウム金属負極の析出溶解効率が向上することが知られている。一方で、高塩濃度の電解液は、アニオンを積極的に分解させるため、特許文献１のように、塩濃度の高濃度化のみによるサイクル特性の向上には限界が存在すると考えられる。
【０００５】
本開示は、このような課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構成で容量維持率の低下を抑制できる非水系二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一態様は、正極と、リチウム金属負極と、電解液と、を備える非水系二次電池であって、前記電解液中に、ピロリジニウムカチオンと、ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオン（ＦＳＩ）とを含み、前記ピロリジニウムカチオンに対するリチウムイオンのモル比は、１０～４０であり、前記ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのモル濃度は、３～４ｍｏｌ／Ｌである。
【０００７】
本開示に係る非水系二次電池では、電解液中に、特定量のビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンと、リチウムイオンに対して特定モル比のピロリジニウムカチオンとを含む。このように特定のアニオンとカチオンとをリチウムイオンと共に存在させることで、リチウムイオンに配位しているアニオンと、カチオンとの相互作用により、溶媒和構造を制御でき、アニオンの分解量を抑制できる。また、特定のカチオンの存在により、局所的な電流集中が発生した場合であっても、当該カチオンの立体障害効果によりリチウムイオンの集中を緩和でき、リチウム析出溶解効率が向上し、結果的に容量維持率を向上させることができ、充放電効率が改善する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、簡単な構成で容量維持率の低下を抑制できる非水系二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を適用した具体的な実施形態について、詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。
【００１０】
非水系二次電池（非水系リチウムイオン二次電池）のサイクル容量維持率（放電容量維持率）が低下する、言い換えると、充放電効率が低下する原因としては、以下の要因が考えられる。当該要因としては、リチウム金属の不可逆反応、すなわち、電解液分解による電荷消費、微小短絡による電荷消費およびリチウム金属の電気的孤立化などが考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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