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公開番号2025016261
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2023119411
出願日2023-07-21
発明の名称非水電解質蓄電素子及びその製造方法
出願人株式会社GSユアサ
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/0569 20100101AFI20250124BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】硫黄系活物質の質量当たりの放電容量が大きい非水電解質蓄電素子、及びこのような非水電解質蓄電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極、及び非水溶媒を含む非水電解質を備え、上記非水溶媒が、フッ素化環状カーボネート及び不飽和環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の環状カーボネートと、フッ素化エーテルとを含み、上記非水溶媒における上記環状カーボネートの含有量が50体積%超であり、上記フッ素化エーテルが下記式(1)で表される。
R¹-O-R²・・・(1)(式(1)中、R¹は、炭素原子数1以上3以下のフッ素化アルキル基である。R²は、炭素原子数1又は2のアルキル基である。)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極、及び
非水溶媒を含む非水電解質
を備え、
上記非水溶媒が、
フッ素化環状カーボネート及び不飽和環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１種の環状カーボネートと、
フッ素化エーテルと
を含み、
上記非水溶媒における上記環状カーボネートの含有量が５０体積％超であり、
上記フッ素化エーテルが下記式（１）で表される、非水電解質蓄電素子。
Ｒ
１
－Ｏ－Ｒ
２
・・・（１）
（式（１）中、Ｒ
１
は、炭素原子数１以上３以下のフッ素化アルキル基である。Ｒ
２
は、炭素原子数１又は２のアルキル基である。）
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
上記非水溶媒における上記フッ素化エーテルの含有量が１０体積％以上５０体積％未満である、請求項１に記載の非水電解質蓄電素子。
【請求項３】
金属リチウムを含む負極をさらに備える、請求項１又は請求項２に記載の非水電解質蓄電素子。
【請求項４】
硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極を準備すること、及び
非水溶媒を含む非水電解質を準備すること
を備え、
上記非水溶媒が、
フッ素化環状カーボネート及び不飽和環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１種の環状カーボネートと、
フッ素化エーテルと
を含み、
上記非水溶媒における上記環状カーボネートの含有量が５０体積％超であり、
上記フッ素化エーテルが下記式（１）で表される、非水電解質蓄電素子の製造方法。
Ｒ
１
－Ｏ－Ｒ
２
・・・（１）
（式（１）中、Ｒ
１
は、炭素原子数１以上３以下のフッ素化アルキル基である。Ｒ
２
は、炭素原子数１又は２のアルキル基である。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質蓄電素子及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でリチウムイオン等の電荷輸送イオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ等も広く普及している。
【０００３】
非水電解質蓄電素子として、リチウム・硫黄電池（Ｌｉ－Ｓ電池）等、正極に硫黄系活物質が用いられた非水電解質蓄電素子が知られている（特許文献１参照）。硫黄系活物質は、理論容量が大きく、正極に硫黄系活物質が用いられた非水電解質蓄電素子は、高エネルギー密度を有する蓄電素子として期待されている。また、硫黄系活物質は電子伝導性が低いため、硫黄系活物質と多孔性炭素等の導電剤との複合体が正極に用いられることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１０－９５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
正極に硫黄系活物質が用いられた非水電解質蓄電素子において、エーテルを主成分とする非水溶媒を含む非水電解質を用いた場合、正極において形成される多硫化物が非水電解質へ溶出することによるシャトル反応により、充放電反応が進行する。これに対し、正極に硫黄系活物質が用いられた非水電解質蓄電素子において、環状カーボネート等のカーボネートを主成分とする非水溶媒を含む非水電解質を用いた場合、初期の放電の際に正極と非水電解質（環状カーボネート等）とが反応することで正極の複合体表面に被膜が形成され、その後は、この被膜を介して電荷輸送イオンが固相拡散することで充放電反応が進行する。このように、正極に硫黄が用いられた非水電解質蓄電素子において、エーテルを主成分とする非水溶媒を含む非水電解質を用いた場合と、カーボネートを主成分とする非水溶媒を含む非水電解質を用いた場合とでは、充放電の際に生じる正極の反応機構が異なると考えられている。
【０００６】
発明者らの知見によれば、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体が用いられた正極を備える非水電解質蓄電素子の中でも、フルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネートが用いられた非水電解質を備えるものは、質量当たりのエネルギー密度が高い蓄電素子として有望である。一方、このような環状カーボネートが用いられた非水電解質蓄電素子は、硫黄系活物質の質量当たりの放電容量が十分には大きくないという点で改善が望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極、及び環状カーボネートを含む非水電解質を備える非水電解質蓄電素子であって、硫黄系活物質の質量当たりの放電容量が大きい非水電解質蓄電素子、及びこのような非水電解質蓄電素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る非水電解質蓄電素子は、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極、及び非水溶媒を含む非水電解質を備え、上記非水溶媒が、フッ素化環状カーボネート及び不飽和環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１種の環状カーボネートと、フッ素化エーテルとを含み、上記非水溶媒における上記環状カーボネートの含有量が５０体積％超であり、上記フッ素化エーテルが下記式（１）で表される。
Ｒ
１
－Ｏ－Ｒ
２
・・・（１）
（式（１）中、Ｒ
１
は、炭素原子数１以上３以下のフッ素化アルキル基である。Ｒ
２
は、炭素原子数１又は２のアルキル基である。）
【０００９】
本発明の他の一側面に係る非水電解質蓄電素子の製造方法は、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極を準備すること、及び非水溶媒を含む非水電解質を準備することを備え、上記非水溶媒が、フッ素化環状カーボネート及び不飽和環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも１種の環状カーボネートと、フッ素化エーテルとを含み、上記非水溶媒における上記環状カーボネートの含有量が５０体積％超であり、上記フッ素化エーテルが下記式（１）で表される。
Ｒ
１
－Ｏ－Ｒ
２
・・・（１）
（式（１）中、Ｒ
１
は、炭素原子数１以上３以下のフッ素化アルキル基である。Ｒ
２
は、炭素原子数１又は２のアルキル基である。）
【発明の効果】
【００１０】
本発明のいずれかの一側面によれば、硫黄系活物質と多孔性炭素との複合体を含む正極、及び環状カーボネートを含む非水電解質を備える非水電解質蓄電素子であって、硫黄系活物質の質量当たりの放電容量が大きい非水電解質蓄電素子、及びこのような非水電解質蓄電素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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