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公開番号2025071549
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-08
出願番号2023181807
出願日2023-10-23
発明の名称リチウムイオン二次電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250428BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本開示は、クーロン効率を向上させることができるリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】リチウムイオン二次電池であって、上記リチウムイオン二次電池が、負極活物質層、セパレータ層、及び正極活物質層をこの順で有し、上記負極活物質層が、シリコン系負極活物質を含み、かつ上記負極活物質層、上記セパレータ層、及び上記正極活物質層が、電解液で含浸されており、上記電解液が、イオン液体、及びリチウムイオンを含有しており、上記イオン液体が、ホスホニウムイオン、及びビス(フルオロスルホニル)イミドイオンを含む、リチウムイオン二次電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
リチウムイオン二次電池であって、
前記リチウムイオン二次電池が、負極活物質層、セパレータ層、及び正極活物質層をこの順で有し、
前記負極活物質層が、シリコン系負極活物質を含み、かつ
前記負極活物質層、前記セパレータ層、及び前記正極活物質層が、電解液で含浸されており、
前記電解液が、イオン液体、及びリチウムイオンを含有しており、
前記イオン液体が、ホスホニウムイオン、及びビス（フルオロスルホニル）イミドイオンを含む、
リチウムイオン二次電池。
続きを表示（約 280 文字）【請求項２】
前記ホスホニウムイオンが、トリエチルプロピルホスホニウムイオンである、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記シリコン系負極活物質の比表面積が、２５ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記リチウムイオンと前記ビス（フルオロスルホニル）イミドイオンの合計モル数に対して、前記ホスホニウムイオンと前記ビス（フルオロスルホニル）イミドイオンの合計モル数のモル比が、１．５以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池では、電極活物質と電解液との界面に固体電解質界面（ＳＥＩ）が形成されることが知られている。これらのＳＥＩは、しばしば電極活物質と電解液との組み合わせであり、場合によっては電解液の分解生成物を含む。ＳＥＩは、電極活物質表面において、腐食や他の望ましくない副反応から電極活物質及び電解液を保護する保護層として機能する。電解液としてイオン液体を用いて安定なＳＥＩを有する電池として、次のような電池が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、予め形成された固体電解質界面（ＳＥＩ）を有する保護されたアノードを有するリチウムイオン電池の製造方法であって、ＳＥＩ形成電解質を有する第１のセル内でリチウム電極に対して複数の充放電サイクルを実施することによって前記リチウム電極上にＳＥＩを形成して、保護されたアノードを形成することを備え、前記ＳＥＩ形成電解質は、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）と、イオン液体とを含み、前記イオン液体は、１－メチル－１－プロピルピロリジニウム、Ｎ－メチル－Ｎ，Ｎ－ジエチル－Ｎ－プロピルアンモニウム、Ｎ，Ｎ－ジエチル－Ｎ－メチル－Ｎ－（２－メトキシエチル）－アンモニウム、１，１－メチルプロピルピペリジニウム、Ｎ－メチル－Ｎ－（２－メトキシエチル）－ピロリジニウム、トリメチルイソプロピルホスホニウム、メチルトリエチルホスホニウム、メチルトリブチルホスホニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される有機カチオンと、（フルオロスルホニル）イミドアニオン（ＦＳＩ）とを含み、前記方法はさらに、湿式Ｌｉイオンボルタ電池を組み立てることを備え、前記湿式Ｌｉイオンボルタ電池は、前記保護されたアノードと、前記保護されたアノードと接触する湿式電解質とを含み、前記湿式電解質は、少なくとも５０ｐｐｍの水分を含む、リチウムイオン電池の製造方法が開示されている。特許文献１のリチウムイオン電池の製造方法によると、電解質中の水分に対してリチウムアノードを保護するための改良された方法が提供できるとされている。
【０００４】
特許文献２には、ナノシリコンを含む活物質と、前記活物質を結合させて電気及びリチウムイオンを伝導させるポリアクリロニトリルポリマーと、前記活物質と接触する電解質であって、当該活物質は、ＬｉＦＳＩ塩と、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ）のアニオンを有するイオン性液体とを含む電解質と、を備えた電極システムが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、区画化されたセル内の化学薬品から電気エネルギーを生成するためのシステムにおいて、少なくとも１つのアノードと少なくとも１つのインターカレーションカソードとを有する少なくとも２つの電極と、上記アノードおよび上記カソードを分離する少なくとも１つのセパレータと、少数側分量のエーテル共溶媒と混合されたイオン性液体溶媒を有するイオン性液体電解質系と、リチウム塩溶質とを有することを特徴とするシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１８－２００８７３号公報
特表２０１７－５３９０５１号公報
特表２０２２－５１６２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、ＳＥＩは、電極活物質表面において、腐食や他の望ましくない副反応から電極活物質及び電解液を保護する保護層として機能する。他方で、液系電池において、電極活物質としてシリコン系負極活物質を用いた場合には、シリコン系負極活物質の膨張収縮により、ＳＥＩが割れ、ＳＥＩの新生面が形成し、それによって、電解液の分解、及びＳＥＩの成長が生じ続けることがある。そのため、充放電以外に電気エネルギーが利用され、それによって、クーロン効率が低くなることがある。
【０００８】
そこで、本開示は、クーロン効率が向上したリチウムイオン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】
【０００９】
本開示は、以下の手段によって、上記目的を達成するものである。
【００１０】
〈態様１〉リチウムイオン二次電池であって、
上記リチウムイオン二次電池が、負極活物質層、セパレータ層、及び正極活物質層をこの順で有し、
上記負極活物質層が、シリコン系負極活物質を含み、かつ
上記負極活物質層、上記セパレータ層、及び上記正極活物質層が、電解液で含浸されており、
上記電解液が、イオン液体、及びリチウムイオンを含有しており、
上記イオン液体が、ホスホニウムイオン、及びビス（フルオロスルホニル）イミドイオンを含む、
リチウムイオン二次電池。
〈態様２〉上記ホスホニウムイオンが、トリエチルプロピルホスホニウムイオンである、態様１に記載のリチウムイオン二次電池。
〈態様３〉上記シリコン系負極活物質の比表面積が、２５ｍ
２
／ｇ以下である、態様１又は２に記載のリチウムイオン二次電池。
〈態様４〉上記リチウムイオンと上記ビス（フルオロスルホニル）イミドイオンの合計モル数に対して、上記ホスホニウムイオンと上記ビス（フルオロスルホニル）イミドイオンの合計モル数のモル比が、１．５以下である、態様１～３のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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