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公開番号2025108711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2025071378,2023101625
出願日2025-04-23,2019-03-01
発明の名称非水系電解液及びそれを用いたエネルギーデバイス
出願人三菱ケミカル株式会社,MUアイオニックソリューションズ株式会社
代理人弁理士法人秀和特許事務所
主分類H01M 10/0567 20100101AFI20250715BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】入出力特性が改善され、更にサイクル運転時や高温保存時の入出力維持率や容量維持率、電池膨れ、金属溶出が良好なエネルギーデバイスを実現可能な非水系電解液を提供する。
【解決手段】下記式(1):
X-SO₂-Y-SO₂-Z(1)
[式(1)中、Yは窒素原子か炭素原子の何れかを含む有機基であり、XとZは、独立に、炭素数1～12のフッ素原子を含有していてもよい炭化水素基又はフッ素原子である。XとZは、互いに結合して環構造を形成してもよい。nは1以上2以下の整数である。]
で表される化合物及びSO₃構造を有する環状化合物からなる群(A)より選択される化合物を一種類以上と、
下記式(2):
(FSO₃)_xM(2)
[式(2)中、Mは、金属原子であり、xは金属原子Mの価数であって1以上の整数である]
で表されるフルオロスルホン酸塩(B)と、を含有する非水系電解液。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）：
Ｘ－ＳＯ
２
－Ｙ－ＳＯ
２
－Ｚ（１）
［式（１）中、Ｙは窒素原子か炭素原子の何れかを含む有機基であり、窒素原子の場合はＮ－Ｌｉとなるイミド構造のリチウム塩であり、炭素原子の場合は－Ｏ－（ＣＨ
２
）
ｎ
－Ｏ－のアルキレンジエステル構造である。ＸとＺは、炭素数１～１２のフッ素原子を含有していてもよい炭化水素基又はフッ素原子である。ＸとＺは、同一であっても異なっていてもよく、また互いに結合して環構造を形成してもよい。環構造を形成する場合は、Ｘ或いはＺの何れか一方が除かれてもよい。ｎは１以上２以下の整数である。］
で表される化合物及びＳＯ
３
構造を有する環状化合物からなる群（Ａ）より選択される化合物を一種類以上と、
下記式（２）：
（ＦＳＯ
３
）
ｘ
Ｍ（２）
［式（２）中、Ｍは、金属原子であり、ｘは金属原子Ｍの価数であって１以上の整数である］
で表されるフルオロスルホン酸塩（Ｂ）と、を含有する非水系電解液であって、
該非水系電解液中の該群（Ａ）に属する化合物の含有質量に対する該フルオロスルホン酸塩（Ｂ）の含有質量の比が０．２５０以上１以下であって、
該非水系電解液中における該群（Ａ）に属する化合物の含有量が０．０１質量％以上８質量％以下である非水系電解液（但し、下記式（８）で表される構造を含む化合物を含有するものを除く）。
TIFF
2025108711000008.tif
35
170
（式（８）中、Ｒ
１
～Ｒ
３
は、置換基を有していてもよい炭素数１～２０の有機基である。）
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記非水系電解液中における前記フルオロスルホン酸塩（Ｂ）の含有量が２質量％以下である、請求項１に記載の非水系電解液。
【請求項３】
前記フルオロスルホン酸塩（Ｂ）がＦＳＯ
３
Ｌｉを含む、請求項１又は２に記載の非水系電解液。
【請求項４】
前記群（Ａ）に属する化合物が前記式（１）で表される化合物であって、前記式（１）で表される化合物が、（ＦＳＯ
２
）
２
ＮＬｉ、（ＣＦ
３
ＳＯ
２
）
２
ＮＬｉ又は（Ｃ
２
Ｆ
５
ＳＯ
２
）
２
ＮＬｉである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非水系電解液。
【請求項５】
前記群（Ａ）に属する化合物が前記ＳＯ
３
構造を有する環状化合物であって、前記ＳＯ
３
構造を有する環状化合物が、１，３－プロパンスルトン、１，３－プロペンスルトン又は１，２－エチレンスルフェートである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非水系電解液。
【請求項６】
前記非水系電解液がＬｉＰＦ
６
を含有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の非
水系電解液。
【請求項７】
金属イオンを吸蔵及び放出可能な複数の電極と、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非水系電解液を備える、エネルギーデバイス。
【請求項８】
前記金属イオンを吸蔵及び放出可能な複数の電極が、正極と負極とであり、該負極が、炭素質材料又はケイ素を含む材料を含む、請求項７に記載のエネルギーデバイス。
【請求項９】
前記金属イオンを吸蔵及び放出可能な複数の電極が、正極と負極とであり、該正極が、遷移金属酸化物を含有する、請求項７又は８に記載のエネルギーデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水系電解液及びそれを用いたエネルギーデバイスに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン等のいわゆる民生用の電源から自動車用等の駆動用車載電源や定置用大型電源等の広範な用途において、非水系電解液二次電池や電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の非水系電解液を用いたエネルギーデバイスが実用化されている。しかしながら、近年のエネルギーデバイスに対する高性能化の要求はますます高くなっており、特に非水系電解液二次電池においては、電池特性、例えば入出力特性や、サイクル特性や保存特性等の耐久性、安全性等の諸特性を高い水準で達成することが求められている。
これまで、非水系電解液二次電池の入出力特性や、サイクル特性や保存特性等の耐久試験時における容量、電池膨れ、正極金属溶出、及び安全性を改善するための手段として、正極や負極の活物質や、非水系電解液を始めとする様々な電池の構成要素について、数多くの技術が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ｎ（ＳＯ
２
Ｆ）
２
アニオン及び含フッ素無機アニオンを含有し、かつ前記非水系電解質中のアニオン総量に占めるＮ（ＳＯ
２
Ｆ）
２
アニオンの混合割合を５０ｍｏｌ％以下とすることで、出力特性に優れた非水系電解質電池を提供する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、プロピレンカーボネートを含む非水系有機溶媒と、リチウムビスフルオロスルホニルイミドを含む非水系電解液を用いることで、低温出力特性、高温サイクル特性、高温保存後の出力特性、容量特性や、電池膨れが改善させた非水性電解液電池を提供する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、環状硫酸エステルを含む非水系電解液を用いることで、充放電サイクルの進行にともなう炭素負極上の分解が少ないリチウム二次電池用電解液を提供する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、正極活物質として層状構造を有するリチウム・ニッケル複合酸化物を含み、電解液がメチレンジスルホン構造（Ｒ
１
－ＳＯ
２
－Ｃ（Ｒ
２
Ｒ
３
）
２
－ＳＯ
２
－Ｒ
４
）の化合物を含むことで、優れたエネルギー密度、起電力等の特性を有するとともに、サイクル寿命、保存安定性に優れたリチウム二次電池を得る技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献５には、不飽和スルトンを含有する非水電解液を用いることで、負極上での溶媒の分解反応が抑制され、高温保存時の電池の容量低下、ガス発生の抑制、および電池の負荷特性の劣化が抑制される技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献６には、ＬｉＰＦ
６
及びフルオロスルホン酸塩を含有する非水系電解液であって、ＰＦ
６
のモル含有量に対するＦＳＯ
３
のモル含有量を０．００１～１．２とすることで、初期充電容量、入出力特性およびインピーダンス特性が改善され、初期の電池特性と耐久性のみならず、耐久後も高い入出力特性およびインピーダンス特性が維持される非水系電解液二次電池を提供する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００９－１２９７９７号公報
特表２０１５－５０９２７１号公報
特開平１０－１８９０４２号公報
特開２００６－１５６３１４号公報
特開２００２－３２９５２８号公報
特開２０１１－１８７４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように近年の非水系電解液二次電池の高性能化への要求が高まる中、更なる非水系電解液二次電池の性能の向上、すなわち、入出力特性や、サイクル特性や保存特性等の耐久試験時における容量、電池膨れ、正極金属溶出、及び安全性の改善が求められている。
しかしながら、特許文献１～６に記載されている化合物、及びそれを用いた電解液を用いた非水系電解液電池では、上記課題の改善が未だ十分とは言い難かった。
（【００１１】以降は省略されています）

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