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公開番号2025131854
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-09
出願番号2025101544,2023200825
出願日2025-06-17,2019-10-03
発明の名称リチウムイオン電池用電解質添加剤
出願人ハイドロ-ケベック,株式会社村田製作所
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/0567 20100101AFI20250902BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法を提供する。
【解決手段】電解質に、下記の一般式I、V、またはIXのニトリル系低分子有機化合物を使用することを含む、方法である。
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【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
図面に記載の発明
。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、リチウムイオン電池用添加剤に関する。より詳細には本発明は、リチウムイオン電池の電解質と併用するニトリル系添加剤に関する。
続きを表示（約 4,900 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、エネルギー源として広く使用されており、その需要は増加している。典型的には、そのような電池は、負極すなわちアノードと、正極すなわちカソードと、離間させた２つの電極の間に提供される電解質とを具備する。電解質は、有機分子またはポリマーを含んでもよく、概して、ＬｉＰＦ
６
、ＬｉＴＦＳＩ、またはＬｉＦＳＩなどのリチウム塩をも含む。さらに電解質は、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などの直鎖状カーボネート、またはエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）などの環状カーボネートを含んでもよい。
【０００３】
電解質の性質や組成に関連した、そしてリチウムイオン電池の性能や安全性を向上させることを目的とした様々な研究が、当技術分野で報告されている。例えば、１つまたは複数のニトリル基を含む添加剤の使用が報告されている［非特許文献１－３］。実際、当技術分野では、ニトリル基を含む有機化合物が、高い電圧および温度で良好な電気化学的特性と安定性を示すことは公知である。
【０００４】
リチウムイオン電池の性能や安全性を向上させる方法が、依然求められている。特に、電解質中の添加剤として使用するニトリル系有機化合物が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、リチウムイオン電池の電解質と併用する添加剤を設計し、準備した。本発明の添加剤は、以下に記載の有機化合物であり、少なくとも１つのニトリル基を含む。この有機化合物は、電解質だけでなく電池の他の構成成分とも相溶性がある。
【０００６】
よって本発明は、以下を、その態様に準拠して提供する。
（１）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式Ｉを有し、
JPEG
2025131854000002.jpg
20
54
式中：
Ｑが、５から１２員環または二環式環であり、随意に、前記環が、Ｎ、Ｏ、およびＳからなる群から選択される同一または異なる１つまたは複数のヘテロ原子を含み；好ましくは、Ｑが、５～１０員環、または５員環、または６員環、または二環式環であり；
Ｌが、存在しまたは存在せず、アルキル、アルケン、およびアルキン基のうちの１つまたは複数を含むリンカであり；
ｍが、１から１０、１から６、１から５、１から４、１から３の整数である方法。
（２）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式ＩＩを有し、
JPEG
2025131854000003.jpg
39
49
式中：
Ｘが、ＣまたはＮであり；Ｌが、存在しまたは存在せず、アルキル、アルケン、およびアルキン基のうちの１つまたは複数を含むリンカであり；
Ｒｉが、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、シクロアルキル、アルケン、アルキン、アリールおよびアルキルアリール、アルコキシ、チオアルコキシ、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ
２
、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル、ハロゲノアルコキシ、ハロゲノチオアルコキシ、シアノアルキル、シアノアルケン、シアノアルキン、ＣＮ、ＮＯ
２
、ＳＯ
２
、ＣＯＯＨ、ならびにアシロキシカルボニルからなる群から選択され；好ましくは、Ｈ、アルキロキシ、ハロゲン、ハロゲノアルキル、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；より好ましくは、Ｈ、ハロゲン、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；
ｍが、１から５、または１から４、または１から３の整数であり；
ｍ’が、０から５、０から４、０から３、１から５、１から４、１から３の整数である方法。
（３）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式ＩＩＩを有し、
JPEG
2025131854000004.jpg
35
54
式中：
Ｘが、ＣまたはＮであり；
Ｒｉが、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、シクロアルキル、アルケン、アルキン、アリールおよびアルキルアリール、アルコキシ、チオアルコキシ、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ
２
、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル、ハロゲノアルコキシ、ハロゲノチオアルコキシ、シアノアルキル、シアノアルケン、シアノアルキン、ＣＮ、ＮＯ
２
、ＳＯ
２
、ＣＯＯＨ、ならびにアシロキシカルボニルからなる群から選択され；好ましくは、Ｒｉが、それぞれ独立に、Ｈ、アルキロキシ、ハロゲン、ハロゲノアルキル、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；より好ましくは、Ｈ、ハロゲン、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；
ｍ’が、０から５、０から４、０から３、１から５、１から４、１から３の整数である方法。
（４）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式ＩＶを有し、
JPEG
2025131854000005.jpg
48
52
式中：
Ｘが、ＣまたはＮであり；
Ｒｉが、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、シクロアルキル、アルケン、アルキン、アリールおよびアルキルアリール、アルコキシ、チオアルコキシ、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ
２
、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル、ハロゲノアルコキシ、ハロゲノチオアルコキシ、シアノアルキル、シアノアルケン、シアノアルキン、ＣＮ、ＮＯ
２
、ＳＯ
２
、ＣＯＯＨ、ならびにアシロキシカルボニルからなる群から選択され；好ましくは、Ｈ、アルキロキシ、ハロゲン、ハロゲノアルキル、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；より好ましくは、Ｈ、ハロゲン、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；
ｍ’が、０から５、０から４、０から３、１から５、１から４、１から３の整数である方法。
（５）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式Ａを有し、
JPEG
2025131854000006.jpg
43
60
式中、Ｒ
１
からＲ
５
が、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、シクロアルキル、アルケン、アルキン、アリールおよびアルキルアリール、アルコキシ、チオアルコキシ、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ
２
、ハロゲン原子、ハロゲノアルキル、ハロゲノアルコキシ、ハロゲノチオアルコキシ、シアノアルキル、シアノアルケン、シアノアルキン、ＣＮ、ＮＯ
２
、ＳＯ
２
、ＣＯＯＨ、ならびにアシロキシカルボニルからなる群から選択され；好ましくは、Ｒ
１
からＲ
５
が、それぞれ独立に、Ｈ、アルキロキシ、ハロゲン、ハロゲノアルキル、ニトロ、およびシアノからなる群から選択され；より好ましくは、Ｈ、ハロゲン、ニトロ、およびシアノからなる群から選択される方法。
（６）ニトリル系有機化合物を電池の電解質と併用することを含む、リチウムイオン電池の性能と安全性を向上させる方法であって、前記化合物が、下記一般式Ｂを有し、
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2025131854000007.jpg
58
63
式中：
ＸがＣであり、Ｒ
３
がＨであり；またはＸがＮであり；
Ｒ
１
からＲ
５
が、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、シクロアルキル、アルケン、アルキン、アリールおよびアルキルアリール、アルコキシ、チオアルコキシ、ＯＨ、ＳＨ、ＮＨ
２
【０００７】
本発明の他の目的、利点、および特徴は、添付の図面を参照しつつ単に例示として与えられたその特定の実施形態の、以下の非限定的な記載を理解すれば、さらに明らかとなるであろう。
【０００８】
本特許または出願のファイルには、カラーで描かれた図面が１つ以上含まれている。この特許または特許出願公報のカラー図面付きの複写物は、請求および必要な手数料の支払いのあり次第、国内官庁から提供されることになる。
【０００９】
添付図面では：
【図面の簡単な説明】
【００１０】
４５℃で３００サイクル後のＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋本発明による１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．１重量％の添加剤（系列Ａの化合物））対参照のサイクルデータ。
４５℃でのＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．１重量％の本発明による添加剤（系列Ａの化合物））対参照の静電容量（０．０５Ｃ）。
０および１００サイクル時点での、ＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．１重量％の本発明による添加剤（系列Ａの化合物））対参照のナイキスト線図。
４５℃で３００サイクル後のＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋本発明による１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の添加剤（系列Ｂの化合物））対参照のサイクルデータ。
４５℃でのＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の本発明による添加剤（系列Ｂの化合物））対参照の静電容量（０．０５Ｃ）。
０および２００サイクル時点での、ＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の本発明による添加剤（系列Ｂの化合物））対参照のナイキスト線図。
４５℃で３００サイクル後のＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋本発明による１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の添加剤（系列Ｃの化合物））対参照のサイクルデータ。
４５℃でのＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の本発明による添加剤（系列Ｃの化合物））対参照の静電容量（０．０５Ｃ）。
０および１００サイクル時点での、ＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の本発明による添加剤（系列Ｃの化合物））対参照のナイキスト線図。
４５℃で１００サイクル後のＬＭＦＰ－ＬＴＯ電池（ＰＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ（４／３／３）＋本発明による１ＭのＬｉＰＦ
６
＋０．５重量％の添加剤（系列Ｄの化合物））対参照のサイクルデータ。
（【００１１】以降は省略されています）

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