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公開番号2025013225
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024106710
出願日2024-07-02
発明の名称リチウム二次電池
出願人三星エスディアイ株式会社,SAMSUNG SDI Co., LTD.
代理人弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
主分類H01M 10/0567 20100101AFI20250117BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温保存時、充放電特性および常温と高温での寿命特性を改善しながらも、高温でのガス発生量を低減させることができるリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】リチウム二次電池は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、ならびに非水性有機溶媒、リチウム塩、および添加剤を含むリチウム二次電池用電解液を含む。添加剤は、トリアリルイソシアヌレート、トリメチルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレート等の第1化合物、および2-フルオロ-1,3,2-ジオキサホスホラン、2-フルオロ-4-メチル-1,3,2-ジオキサホスホラン等の第2化合物を含む。正極活物質は、リチウムニッケル複合酸化物を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を含む正極、
負極活物質を含む負極、ならびに
非水性有機溶媒、リチウム塩、および添加剤を含むリチウム二次電池用電解液を含み、
前記添加剤は、下記化学式１で表される第１化合物および下記化学式２で表される第２化合物を含み、
前記正極活物質は、下記化学式３で表されるリチウムニッケル複合酸化物を含み、
TIFF
2025013225000014.tif
71
165
前記化学式１で、
Ｒ
１
～Ｒ
３
は、それぞれ独立して、水素、シアノ基、ハロゲン、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルケニル基、置換もしくは非置換のＣ６～Ｃ２０アリール基、または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロアリール基であり、
TIFF
2025013225000015.tif
71
165
前記化学式２で、
Ｘ
１
は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であり、
Ｒ
４
～Ｒ
９
は、それぞれ独立して、水素、シアノ基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ６～Ｃ２０アリール基または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロアリール基であり、
ｎは０または１の整数であり、
［化学式３］
Ｌｉ
ｗ
Ｎｉ
ｘ
Ｍｎ
ｙ
Ｍ
１
１－ｘ－ｙ
Ｏ
２
前記化学式３で、
０．５≦ｗ≦１．８、０．０５≦ｘ＜１、０＜ｙ≦０．７であり、
Ｍ
１
は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｂ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｆ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、またはこれらの組み合わせである、リチウム二次電池。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記化学式１で、Ｒ
１
～Ｒ
３
は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基、または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルケニル基である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記化学式１で表される化合物は、下記グループ１に列挙された化合物の中から選択されるいずれか一つ以上である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
TIFF
2025013225000016.tif
237
167
【請求項４】
前記化学式２で表される化合物は、下記化学式２Ａまたは化学式２Ｂで表される化合物を含み、
TIFF
2025013225000017.tif
144
166
前記化学式２Ａおよび前記化学式２Ｂで、
Ｘ
１
は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であり、
Ｒ
６
～Ｒ
９
は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ１０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ１０アルケニル基または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ１０アルキニル基である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記化学式２ＡのＲ
６
とＲ
７
は、いずれも水素であり、
Ｒ
８
およびＲ
９
のうちの少なくとも一つは、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ１０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ１０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ１０アルケニル基、または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ１０アルキニル基である、請求項４に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記化学式２で表される前記第２化合物は、下記グループ２に列挙された化合物の中から選択されるいずれか一つ以上である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
TIFF
2025013225000018.tif
101
167
【請求項７】
前記第１化合物は、前記電解液全体に対して０．０５重量％～３重量％で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項８】
前記第２化合物は、前記電解液全体に対して０．０５重量％～３重量％で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項９】
前記添加剤は、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ジクロロエチレンカーボネート、ブロモエチレンカーボネート、ジブロモエチレンカーボネート、ニトロエチレンカーボネート、シアノエチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、アジポニトリル、スクシノニトリル、１，３，６－ヘキサントリシアニド、プロペンスルトン、プロパンスルトン、リチウムテトラフルオロボレート、リチウムジフルオロホスフェート、２－フルオロビフェニル、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項１０】
前記化学式３で、０．９≦ｗ≦１．１、０．６≦ｘ＜１、０＜ｙ≦０．４である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、リチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車など、電池を使用する電子機器の急速な普及に伴い、エネルギー密度が高く、高容量である二次電池の需要が急速に増大している。そのために、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発が活発に行われている。
【０００３】
リチウム二次電池は、リチウムイオンの挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）および脱離（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）が可能な活物質を含む正極と負極、および電解液を含む電池であって、リチウムイオンが正極および負極で挿入／脱離される時の酸化および還元反応により電気エネルギーを生産する。
【０００４】
特に、リチウム二次電池は、正極および電解液、負極および電解液などの複合的な反応により電池の特性が現れるため、適切な電解液の使用がリチウム二次電池の性能を向上させる重要な要素の一つである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一実施形態の目的は、高温保存時、充放電特性および常温と高温での寿命特性を改善しながらも、高温でのガス発生量を低減させることができるリチウム二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によるリチウム二次電池は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、非水性有機溶媒、リチウム塩、および添加剤を含むリチウム二次電池用電解液を含み、添加剤は、下記化学式１で表される第１化合物と下記化学式２で表される化合物である第２化合物を含み、正極活物質は、下記化学式３で表されるリチウムニッケル複合酸化物を含む。
【０００７】
TIFF
2025013225000002.tif
71
163
【０００８】
化学式１で、
Ｒ
１
～Ｒ
３
は、それぞれ独立して、水素、シアノ基、ハロゲン基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルケニル基、置換もしくは非置換のＣ６～Ｃ２０アリール基、または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロアリール基である。
【０００９】
TIFF
2025013225000003.tif
71
163
【００１０】
化学式２で、
Ｘ
１
は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であり、
Ｒ
４
～Ｒ
９
は、それぞれ独立して、水素、シアノ基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ３～Ｃ２０シクロアルキル基、置換もしくは非置換のＣ６～Ｃ２０アリール基または置換もしくは非置換のＣ２～Ｃ２０ヘテロアリール基であり、
ｎは０または１の整数である。
（【００１１】以降は省略されています）

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