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公開番号2025083287
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2024151959
出願日2024-09-04
発明の名称リチウム二次電池用電解液およびこれを含むリチウム二次電池
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 20100101AFI20250523BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】安全性に優れ、常温寿命特性に優れたリチウム二次電池用電解液を提供する。
【解決手段】リチウム二次電池用電解液は、非水性有機溶媒、リチウム塩、および添加剤を含み、前記添加剤は、[化学式1]で表される第1化合物、および[化学式2]で表される第2化合物を含む。
[化学式1]O=S(R¹)(R²)
[化学式2]
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R¹およびR²は、C1～C20アルキル基又はC6～C30アリール基、R¹及びR²のいずれか一つ以上はC6～C30アリール基であり、MはB又はPで、R³及びR⁴は水素、ハロゲン基又はC1～C10アルキル基、nは1～3、mは0又は1。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
非水性有機溶媒、リチウム塩、および添加剤を含み、
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化合物を含む、リチウム二次電池用電解液：
［化学式１］
JPEG
2025083287000022.jpg
18
23
［化学式２］
JPEG
2025083287000023.jpg
43
70
前記化学式１で、
Ｒ
１
およびＲ
２
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Ｃ６～Ｃ３０アリール基であり、Ｒ
１
およびＲ
２
のうちのいずれか一つ以上は置換もしくは非置換のＣ６～Ｃ３０アリール基であり、
前記化学式２で、
Ｍは、Ｂ（ホウ素）またはＰ（リン）であり、
Ｒ
３
およびＲ
４
は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン基（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩ）、または置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ１０アルキル基であり、
ｎは１～３の整数であり、ｍは０または１である。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記化学式１は、下記化学式１－１または化学式１－２で表される、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液：
［化学式１－１］
JPEG
2025083287000024.jpg
46
50
前記化学式１－１で、
Ｒ
１ａ
は、置換もしくは非置換のＣ１～Ｃ２０アルキル基であり、
Ｈ
ａ
～Ｈ
ｅ
は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン基、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、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、
［化学式１－２］
JPEG
2025083287000025.jpg
45
77
前記化学式１－２で、
Ｈ
ａ
～Ｈ
ｊ
は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン基、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、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る。
【請求項３】
前記第１化合物は、下記グループ１に羅列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用電解液。
［グループ１］
JPEG
2025083287000026.jpg
31
136
JPEG
2025083287000027.jpg
34
145
【請求項４】
前記化学式２は、下記化学式２－１～化学式２－８で表される化合物のうちのいずれか一つ以上を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液。
［化学式２－１］
JPEG
2025083287000028.jpg
28
55
［化学式２－２］
JPEG
2025083287000029.jpg
29
71
［化学式２－３］
JPEG
2025083287000030.jpg
40
60
［化学式２－４］
JPEG
2025083287000031.jpg
40
60
［化学式２－５］
JPEG
2025083287000032.jpg
28
55
［化学式２－６］
JPEG
2025083287000033.jpg
29
71
［化学式２－７］
JPEG
2025083287000034.jpg
40
61
［化学式２－８］
JPEG
2025083287000035.jpg
40
60
【請求項５】
前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ
６
、ＬｉＢＦ
４
、ＬｉＳｂＦ
６
、ＬｉＡｓＦ
６
、ＬｉＣｌＯ
４
、ＬｉＡｌＯ
２
、ＬｉＡｌＣｌ
４
、ＬｉＰＯ
２
Ｆ
２
、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ、ＬｉＮ（ＳＯ
３
Ｃ
２
Ｆ
５
）
２
、Ｌｉ（ＦＳＯ
２
）
２
Ｎ（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ））、ＬｉＣ
４
Ｆ
９
ＳＯ
３
、ＬｉＮ（Ｃ
ｘ
Ｆ
２ｘ＋１
ＳＯ
２
）（Ｃ
ｙ
Ｆ
２ｙ＋１
ＳＯ
２
）（ｘおよびｙは１～２０の整数である）、リチウムトリフルオロメタンスルホネート、リチウムテトラフルオロエタンスルホネート、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液。
【請求項６】
前記第１化合物は、リチウム二次電池用電解液の全体重量に対して０．０５重量％超過１０重量％未満で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液。
【請求項７】
前記第２化合物は、リチウム二次電池用電解液の全体重量に対して０．０５重量％超過５重量％未満で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液。
【請求項８】
前記第１化合物および前記第２化合物は、０．０５：１～５０：１の重量比で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池用電解液。
【請求項９】
正極活物質を含む正極、
負極活物質を含む負極、
前記正極と前記負極との間に位置するセパレータ、および
請求項１～８のいずれか一項に記載の電解液を含む、リチウム二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
リチウム二次電池用電解液およびこれを含むリチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
最近、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って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。このため、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および負極と、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から挿入／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】
最近はハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源、または電力貯蔵用電源などとして使用するために高容量、高エネルギー密度および高安全性が確保されたリチウム二次電池に関して活発に研究されている。
【０００５】
リチウム二次電池において電解液は、リチウムイオンを伝達する重要な役割を果たし、有機溶媒とリチウム塩を含有して顕著に高いイオン伝導度を示す。このような電解液は、リチウム二次電池の安全性と性能を決定することに重要な役割を果たす。
【０００６】
リチウム二次電池が過充電状態になると、電池が急激に発熱しながらガスが発生するため、セル爆発などによる電池の安全性が問題になる。またリチウム二次電池が急速充電状態になると、負極にリチウムが電着されて電池内部の抵抗が増加するという問題点がある。
【０００７】
このため、過充電および急速充電下でも安全性に優れた電池を実現するための電解液の開発が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１２－１７８３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一実施形態は、過充電および急速充電下でも安全性に優れ、常温寿命特性に優れたリチウム二次電池用電解液を提供することを目的とする。
【００１０】
一実施形態は、上記リチウム二次電池用電解液を含むリチウム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】
（【００１１】以降は省略されています）

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