JP7502971B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が大幅に拡大している。このような用途に用いられる電池においては、イオンを移動させる媒体として、希釈溶媒に可燃性の有機溶媒を用いた液体の電解質(電解液)が従来使用されている。このような電解液を用いた電池においては、電解液の漏液や、発火、爆発等の問題を生ずる可能性がある。
このような問題を解消すべく、本質的な安全性確保のために、有機電解液に代えて固体電解質や不燃性のイオン液体(溶融塩)を使用する電池の開発が進められている。このような全固体電池又は半固体電池は、電解質が不燃性材料であることから、発火、爆発等のリスクがなく、本質的に安全なリチウムイオン電池が実現される。
全固体電池として様々なものが提案されている。例えば、特許文献1(特開2009-193940号公報)には、硫化物系固体電解質とコバルト酸リチウムの圧粉全固体電池において、コバルト酸リチウムの表面をニオブ酸リチウムで被覆することで界面抵抗の低減を図ることが開示されている。界面抵抗の低減は充放電特性の向上につながる。特許文献1に開示される電池は、圧粉体を用いた全固体電池であり、粒子間に気孔が残存したり、活物質同士の電子伝導を担保する導電助剤を添加した場合には電極のエネルギー密度が低下する。
これに対して、圧粉体電極ではなく焼結体電極を用いた全固体電池も提案されている。そのような電池は焼結体電極が導電助剤を含まないため、エネルギー密度が高いとの利点がある。例えば、特許文献2(WO2019/093222A1)には、空隙率が10~50%のリチウム複合酸化物焼結体板である配向正極板と、Tiを含み、かつ、0.4V(対Li/Li+)以上でリチウムイオンを挿入脱離可能な負極板と、配向正極板又は負極板の融点若しくは分解温度よりも低い融点を有する固体電解質とを備えた、全固体リチウム電池が開示されている。この文献には、そのような低い融点を有する固体電解質として、Li3OCl、xLiOH・yLi2SO4(式中、x+y=1、0.6≦x≦0.95である)(例えば3LiOH・Li2SO4)等の様々な材料が開示されている。このような固体電解質は融液として電極板の空隙に浸透させることができ、強固な界面接触を実現できる。その結果、電池抵抗及び充放電時のレート性能の顕著な改善、並びに電池製造の歩留まりも大幅な改善を実現できるとされている。
ところで、固体電解質層のみならず電解液層をも備えたリチウム電池が知られている。例えば、特許文献3(特開2017-54792号公報)には、正極層と、自立した箔によって構成される負極層と、正極層と負極層の間に配置される固体電解質層と、固体電解質層と負極層の間に配置される電解液層とを備えた、リチウム電池が開示されている。電解液層を構成する電解液として、有機電解液、イオン液体電解液、及びこれらの混合液を用いることができるとされている。
前述のとおり、有機電解液は可燃性であるため安全性の懸念がある。そこで、有機電解液に代えて固体電解質を使用することで安全性の向上を図ることが考えられる。この点、本発明者らは、上述した低融点固体電解質の中で、例えば3LiOH・Li2SO4等のLiOH・Li2SO4系固体電解質が、安価でありながら、高いリチウムイオン伝導度を呈するとの知見を得ている。しかし、固体電解質を溶融して正極活物質多孔板に含浸させて一体化を試みた場合、所望の出力(電流密度)で動作した際に、活物質量より想定される理論容量よりも放電容量が低くなること、すなわち狙いの出力が得られないことが判明した。その原因の詳細は不明であるが、固体電解質と活物質の反応による固体電解質の劣化と推定される。一方、イオン液体も不燃性である点で安全性の向上に寄与するが、極めて高価(例えば700~10000円/g)なことから、有機電解液の代替物として用いるにはコスト的に不利である。ここでいう低融点固体電解質とは、多孔板の焼結温度より低い850℃以下(ただし200℃以上)の融点を持つ固体電解質である。低融点固体電解質の例としては、LiOH・Li2SO4系電解質、アンチペロブスカイト系電解質(例えばLi3OX(ただしX=Cl又はBr)、Lia(OH)bFcCldBr1-d(ただし1.0≦a≦2.3、b=a-c-1、0≦c≦0.11、及び0≦d≦1)等)、ホウ酸リチウム-炭酸リチウム化合物、リン酸リチウム化合物等が挙げられる。
本発明者らは、今般、低融点固体電解質を採用したリチウムイオン二次電池において、正極多孔板の孔内にイオン液体を含ませる一方、負極多孔板の孔内に低融点固体電解質を含ませることにより、材料コストを抑制しながら、出力を向上させることができるとの知見を得た。
したがって、本発明の目的は、低融点固体電解質を採用したリチウムイオン二次電池において、材料コストを抑制しながら、出力を向上させることにある。
本発明の一態様によれば、
正極活物質で構成される正極多孔板と、前記正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む、正極層と、
負極活物質で構成される負極多孔板と、前記負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む、負極層と、
前記正極層及び前記負極層の間に介在する、低融点固体電解質を含むセパレータ層と、
を備え、
前記低融点固体電解質は200~850℃の融点を有する固体電解質であり、かつ、
前記正極多孔板の孔内には前記低融点固体電解質が存在していない、リチウムイオン二次電池が提供される。
正極活物質で構成される正極多孔板と、前記正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む、正極層と、
負極活物質で構成される負極多孔板と、前記負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む、負極層と、
前記正極層及び前記負極層の間に介在する、低融点固体電解質を含むセパレータ層と、
を備え、
前記低融点固体電解質は200~850℃の融点を有する固体電解質であり、かつ、
前記正極多孔板の孔内には前記低融点固体電解質が存在していない、リチウムイオン二次電池が提供される。
リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極層と、負極層と、セパレータ層とを含む。正極層は、正極活物質で構成される正極多孔板と、正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む。負極層は、負極活物質で構成される負極多孔板と、負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む。セパレータ層は、正極層及び負極層の間に介在する、低融点固体電解質を含む。そして、正極多孔板の孔内には低融点固体電解質が存在していない。低融点固体電解質とは、多孔板の焼結温度より低い850℃以下(ただし200℃以上)の融点を持つ固体電解質である。低融点固体電解質の例としては、LiOH・Li2SO4系電解質、アンチペロブスカイト系電解質(例えばLi3OX(ただしX=Cl又はBr)、Lia(OH)bFcCldBr1-d(ただし1.0≦a≦2.3、b=a-c-1、0≦c≦0.11、及び0≦d≦1)等)、ホウ酸リチウム-炭酸リチウム化合物、リン酸リチウム化合物等が挙げられる。このように、低融点固体電解質を採用したリチウムイオン二次電池において、正極多孔板の孔内にイオン液体を含ませる一方、負極多孔板の孔内に低融点固体電解質を含ませることにより、材料コストを抑制しながら、出力を向上させることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極層と、負極層と、セパレータ層とを含む。正極層は、正極活物質で構成される正極多孔板と、正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む。負極層は、負極活物質で構成される負極多孔板と、負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む。セパレータ層は、正極層及び負極層の間に介在する、低融点固体電解質を含む。そして、正極多孔板の孔内には低融点固体電解質が存在していない。低融点固体電解質とは、多孔板の焼結温度より低い850℃以下(ただし200℃以上)の融点を持つ固体電解質である。低融点固体電解質の例としては、LiOH・Li2SO4系電解質、アンチペロブスカイト系電解質(例えばLi3OX(ただしX=Cl又はBr)、Lia(OH)bFcCldBr1-d(ただし1.0≦a≦2.3、b=a-c-1、0≦c≦0.11、及び0≦d≦1)等)、ホウ酸リチウム-炭酸リチウム化合物、リン酸リチウム化合物等が挙げられる。このように、低融点固体電解質を採用したリチウムイオン二次電池において、正極多孔板の孔内にイオン液体を含ませる一方、負極多孔板の孔内に低融点固体電解質を含ませることにより、材料コストを抑制しながら、出力を向上させることができる。
しかし、低融点固体電解質を溶融して正極活物質多孔板に含浸させて一体化を試みた場合、固体電解質と活物質の反応による固体電解質の劣化が起きると推定され、狙いの出力が得られない。これに対し、本発明においては、正極多孔板の孔内には低融点固体電解質が存在しておらず、その代わりにリチウムイオン伝導性のイオン液体が含まれる。それによって、上記高抵抗の要因が排除される一方、イオン液体による良好なリチウムイオン伝導性により、出力の向上が実現されるものと考えられる。イオン液体は極めて高価なものではあるが、本発明の構成によれば、正極多孔板の孔内にのみ限定的に使用すれば足りるため、イオン液体の使用量を極力最小限に留めることができ、例えばLiOH・Li2SO4系固体電解質等、安価な低融点固体電解質をその他の部分に用いることができるので、材料コストの抑制が可能である。これは、有機電解液の代替物としてイオン液体を用いる場合や、固体電解質との併用によりイオン液体を電池要素全体に用いる場合と比べて、コスト的に断然有利といえる。したがって、本発明によれば、不燃性の電解質材料を用いて、高出力のリチウムイオン電池を比較的安価に実現することができる。
(1)正極層
正極層は、正極活物質で構成される正極多孔板と、正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む。正極多孔板の孔内には低融点固体電解質は存在していない。正極多孔板を構成する正極活物質は、リチウム二次電池に一般的に用いられる正極活物質を用いることができるが、リチウム複合酸化物を含むのが好ましい。リチウム複合酸化物とは、LixMO2(0.05<x<1.10であり、Mは少なくとも1種類の遷移金属であり、Mは典型的にはCo、Ni、Mn及びAlの1種以上を含む)で表される酸化物である。リチウム複合酸化物は、層状岩塩構造又はスピネル型構造を有するのが好ましい。より好ましい正極活物質は層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物である。層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物の例としては、LixCoO2(コバルト酸リチウム)、LixNiO2(ニッケル酸リチウム)、LixMnO2(マンガン酸リチウム)、LixNiMnO2(ニッケル・マンガン酸リチウム)、LixNiCoO2(ニッケル・コバルト酸リチウム)、LixCoNiMnO2(コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム)、LixCoMnO2(コバルト・マンガン酸リチウム)、Li2MnO3、及び上記化合物との固溶物等が挙げられる。特に好ましくは、LixCoNiMnO2(コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム)、及びLixCoO2(コバルト酸リチウム、典型的にはLiCoO2)である。特に好ましい層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物は、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム(例えばLi(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2)又はコバルト酸リチウム(典型的にはLiCoO2)である。一方、スピネル構造を有するリチウム複合酸化物の例としては、LiMn2O4系材料、LiNi0.5Mn1.5O4系材料等が挙げられる。
正極層は、正極活物質で構成される正極多孔板と、正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む。正極多孔板の孔内には低融点固体電解質は存在していない。正極多孔板を構成する正極活物質は、リチウム二次電池に一般的に用いられる正極活物質を用いることができるが、リチウム複合酸化物を含むのが好ましい。リチウム複合酸化物とは、LixMO2(0.05<x<1.10であり、Mは少なくとも1種類の遷移金属であり、Mは典型的にはCo、Ni、Mn及びAlの1種以上を含む)で表される酸化物である。リチウム複合酸化物は、層状岩塩構造又はスピネル型構造を有するのが好ましい。より好ましい正極活物質は層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物である。層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物の例としては、LixCoO2(コバルト酸リチウム)、LixNiO2(ニッケル酸リチウム)、LixMnO2(マンガン酸リチウム)、LixNiMnO2(ニッケル・マンガン酸リチウム)、LixNiCoO2(ニッケル・コバルト酸リチウム)、LixCoNiMnO2(コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム)、LixCoMnO2(コバルト・マンガン酸リチウム)、Li2MnO3、及び上記化合物との固溶物等が挙げられる。特に好ましくは、LixCoNiMnO2(コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム)、及びLixCoO2(コバルト酸リチウム、典型的にはLiCoO2)である。特に好ましい層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物は、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム(例えばLi(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2)又はコバルト酸リチウム(典型的にはLiCoO2)である。一方、スピネル構造を有するリチウム複合酸化物の例としては、LiMn2O4系材料、LiNi0.5Mn1.5O4系材料等が挙げられる。
リチウム複合酸化物には、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Ge、Sr、Y,Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Sb、Te、Ba、Bi、及びWから選択される1種以上の元素が含まれていてもよい。また、オリビン構造を持つLiMPO4(式中、MはFe、Co、MnおよびNiから選択される少なくとも1種である)等も好適に用いることができる。
正極多孔板は、正極原料粉末を焼結した焼結板の形態であるのが好ましい。すなわち、正極多孔板は焼結板の形態であるのが好ましい。焼結板は電子伝導助剤やバインダーを含まなくて済むため、正極のエネルギー密度を増大することができる。したがって、正極層は有機バインダーを含有しないのが好ましい。また、正極多孔板の孔内にはLiOH・Li2SO4系固体電解質等の低融点固体電解質を含まないのが好ましい。
正極多孔板ないし焼結板は50~80体積%の緻密度を有するのが好ましく、より好ましくは55~80体積%、さらに好ましくは60~80体積%、特に好ましくは65~75体積%の緻密度を有する。このような範囲内の緻密度であると、正極活物質内の空隙にリチウムイオン伝導を担うイオン液体を十分に充填させることができ、かつ、正極内の正極活物質の割合が増えるため、電池としての高エネルギー密度や高出力を実現することができる。また、上記範囲内であると正極多孔板の強度が高くなるため、電池組み立て時の割れを回避してハンドリング性を向上することができる。
正極多孔板ないしその焼結板の厚さは、電池のエネルギー密度向上等の観点から、30~350μmが好ましく、より好ましくは50~300μm、さらに好ましくは80~200μmである。
イオン液体は、幅広い温度範囲(例えば常温)で液体として存在する塩であり、典型的には100℃以下の融点を有する塩である。正極多孔板の孔内に充填される。イオン液体は、イオン液体カチオンとイオン液体アニオンと電解質を含む。イオン液体カチオンには、イミダゾリウム系、ピリジニウム系、ピロリジニウム系、ピペリジニウム系、アンモニウム系、ホスホニウム系等のカチオンが挙げられ、例としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオン(EMI)、1-メチル-1-プロピルピロリジニウムカチオン(MPPy)、N-メチル-N-プロピルピロリジニウムカチオン(P13)、N-メチル-N-プロピルピペリジニウムカチオン(PP13)、N-ブチル-N-メチルピロリジニウムカチオン(BMP)、N、N-ジエチル-N-メチル-N(2-メトキシエチル)アンモニウムカチオン(DEME)、テトラアミル(ペンチル)アンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、N-ブチル-Nメチルピロリジニウムカチオンであり、これらの誘導体、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。イオン液体アニオンの例としては、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI)、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)、フッ素無機アニオン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。電解質の例としては、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム塩(LiTFSI)、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩(LiFSI)、六フッ化リン酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、四フッ化ホウ酸リチウム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。また、グライム系イオン液体として、オリゴエーテル系溶媒(G3、G4等)とLiTFSIの混合溶液も用いることができる。
好ましいイオン液体は、
(i)カチオンと、
(ii)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI):
及びビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI):
から選択される、アニオンと、
(iii)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム塩(LiTFSI)及びビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩(LiFSI)から選択されるリチウム塩である、電解質と、
を含む。特に好ましくは、アニオンがTFSIであり、かつ、リチウム塩がLiTFSIである。この組成のイオン液体は、LiOH・Li2SO4系固体電解質に対して、高温(例えば100℃以上)での電池動作時においても、化学的に安定であり、電池出力の向上に寄与する。また、イオン液体中におけるリチウム塩の濃度は、0.10~2.5mol/Lであるのが好ましく、より好ましくは0.20~1.5mol/L、さらに好ましくは0.30~1.0mol/Lである。このような範囲内であると、望ましいリチウムイオン伝導度が得られ、その結果、電池出力の向上をより効果的に実現できる。
(i)カチオンと、
(ii)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI):
(iii)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム塩(LiTFSI)及びビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩(LiFSI)から選択されるリチウム塩である、電解質と、
を含む。特に好ましくは、アニオンがTFSIであり、かつ、リチウム塩がLiTFSIである。この組成のイオン液体は、LiOH・Li2SO4系固体電解質に対して、高温(例えば100℃以上)での電池動作時においても、化学的に安定であり、電池出力の向上に寄与する。また、イオン液体中におけるリチウム塩の濃度は、0.10~2.5mol/Lであるのが好ましく、より好ましくは0.20~1.5mol/L、さらに好ましくは0.30~1.0mol/Lである。このような範囲内であると、望ましいリチウムイオン伝導度が得られ、その結果、電池出力の向上をより効果的に実現できる。
上記好ましいイオン液体において、カチオンの種類は特に限定されないが、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオン(EMIm):
及び1-メチル-1-プロピルピロリジニウムカチオン(MPPy):
から選択されるのが好ましい。
(2)負極層
負極層は、負極活物質で構成される負極多孔板と、負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む。負極多孔板を構成する負極活物質としては、リチウム二次電池に一般的に用いられる負極活物質を用いることができる。そのような一般的な負極活物質の例としては、炭素系材料や、Li、In、Al、Sn、Sb、Bi、Si等の金属若しくは半金属、又はこれらのいずれかを含む合金が挙げられる。その他、酸化物系負極活物質を用いてもよい。
負極層は、負極活物質で構成される負極多孔板と、負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む。負極多孔板を構成する負極活物質としては、リチウム二次電池に一般的に用いられる負極活物質を用いることができる。そのような一般的な負極活物質の例としては、炭素系材料や、Li、In、Al、Sn、Sb、Bi、Si等の金属若しくは半金属、又はこれらのいずれかを含む合金が挙げられる。その他、酸化物系負極活物質を用いてもよい。
特に好ましい負極活物質は0.4V(対Li/Li+)以上(例えば1~2V(対Li/Li+))でリチウムイオンを挿入脱離可能な材料を含み、好ましくはTiを含んでいる。かかる条件を満たす負極活物質は、チタン含有酸化物であるのが好ましい。そのような負極活物質の好ましい例としては、チタン酸リチウムLi4Ti5O12(以下、LTO)、ニオブチタン複合酸化物Nb2TiO7、酸化チタンTiO2が挙げられ、より好ましくはLTO及びNb2TiO7、さらに好ましくはLTOである。なお、LTOは典型的にはスピネル型構造を有するものとして知られているが、充放電時には他の構造も採りうる。例えば、LTOは充放電時にLi4Ti5O12(スピネル構造)とLi7Ti5O12(岩塩構造)の二相共存にて反応が進行する。したがって、LTOはスピネル構造に限定されるものではない。
負極層ないし負極多孔板は、一般に合材電極と呼ばれる、負極活物質、電子伝導助剤、リチウムイオン伝導性材料及びバインダー等の混合物、あるいは負極活物質、低融点固体電解質、電子伝導助剤等の混合物を成形した形態であってもよいが、負極原料粉末を焼結した焼結板の形態であるのが好ましい。すなわち、負極多孔板は焼結板の形態であるのが好ましい。焼結板は電子伝導助剤やバインダーを含まなくて済むため、負極のエネルギー密度を増大することができる。したがって、負極層は有機バインダーを含有しないのが好ましい。また、負極多孔体の孔内には低融点固体電解質が含まれる。この低融点固体電解質は、セパレータ層を構成する低融点固体電解質と同じものであるため、その詳細については後述するものとする。
負極活物質ないしその焼結板は50~80体積%の緻密度を有するのが好ましく、より好ましくは55~80%、さらに好ましくは60~80体積%の緻密度を有する。このような範囲内の緻密度であると、負極活物質内の空隙にリチウムイオン伝導を担う低融点固体電解質を十分に充填させることができ、かつ、負極内の負極活物質の割合が増えるため、電池としての高エネルギー密度や高出力を実現することができる。また、上記範囲内であると負極多孔板の強度が高くなるため、電池組み立て時の割れを回避してハンドリング性を向上することができる。
負極活物質ないしその焼結板の厚さは、電池のエネルギー密度向上等の観点から、30~350μmが好ましく、より好ましくは50~300μm、さらに好ましくは80~200μmである。
(3)セパレータ層
セパレータ層は、低融点固体電解質を含む。低融点固体電解質とは、多孔板の焼結温度より低い850℃以下(ただし200℃以上)の融点を持つ固体電解質である。低融点固体電解質の例としては、LiOH・Li2SO4系電解質、アンチペロブスカイト系電解質(例えばLi3OX(ただしX=Cl又はBr)、Lia(OH)bFcCldBr1-d(ただし1.0≦a≦2.3、b=a-c-1、0≦c≦0.11、及び0≦d≦1)等)、ホウ酸リチウム-炭酸リチウム化合物、リン酸リチウム化合物等が挙げられ、特に好ましくはLiOH・Li2SO4系固体電解質である。LiOH・Li2SO4系固体電解質は、LiOH及びLi2SO4の複合化合物であり、典型的な組成は一般式:xLiOH・yLi2SO4(式中、x+y=1、0.6≦x≦0.95である)であり、代表例として、3LiOH・Li2SO4(上記一般式中x=0.75、y=0.25の組成)が挙げられる。好ましくは、LiOH・Li2SO4系固体電解質は、X線回折により3LiOH・Li2SO4と同定される固体電解質を含む。この好ましい固体電解質は3LiOH・Li2SO4を主相として含むものである。固体電解質に3LiOH・Li2SO4が含まれているか否かは、X線回折パターンにおいて、ICDDデータベースの032-0598を用いて同定することで確認可能である。ここで「3LiOH・Li2SO4」とは、結晶構造が3LiOH・Li2SO4と同一とみなせるものを指し、結晶組成が3LiOH・Li2SO4と必ずしも同一である必要はない。すなわち、3LiOH・Li2SO4と同等の結晶構造を有するかぎり、組成がLiOH:Li2SO4=3:1から外れるものもLiOH・Li2SO4系固体電解質に包含されるものとする。したがって、ホウ素等のドーパントを含有する固体電解質(例えばホウ素が固溶し、X線回折ピークが高角度側にシフトした3LiOH・Li2SO4)であっても、結晶構造が3LiOH・Li2SO4と同一とみなせるかぎり、3LiOH・Li2SO4として本明細書では言及するものとする。同様に、本発明に用いる固体電解質は不可避不純物の含有も許容するものである。
セパレータ層は、低融点固体電解質を含む。低融点固体電解質とは、多孔板の焼結温度より低い850℃以下(ただし200℃以上)の融点を持つ固体電解質である。低融点固体電解質の例としては、LiOH・Li2SO4系電解質、アンチペロブスカイト系電解質(例えばLi3OX(ただしX=Cl又はBr)、Lia(OH)bFcCldBr1-d(ただし1.0≦a≦2.3、b=a-c-1、0≦c≦0.11、及び0≦d≦1)等)、ホウ酸リチウム-炭酸リチウム化合物、リン酸リチウム化合物等が挙げられ、特に好ましくはLiOH・Li2SO4系固体電解質である。LiOH・Li2SO4系固体電解質は、LiOH及びLi2SO4の複合化合物であり、典型的な組成は一般式:xLiOH・yLi2SO4(式中、x+y=1、0.6≦x≦0.95である)であり、代表例として、3LiOH・Li2SO4(上記一般式中x=0.75、y=0.25の組成)が挙げられる。好ましくは、LiOH・Li2SO4系固体電解質は、X線回折により3LiOH・Li2SO4と同定される固体電解質を含む。この好ましい固体電解質は3LiOH・Li2SO4を主相として含むものである。固体電解質に3LiOH・Li2SO4が含まれているか否かは、X線回折パターンにおいて、ICDDデータベースの032-0598を用いて同定することで確認可能である。ここで「3LiOH・Li2SO4」とは、結晶構造が3LiOH・Li2SO4と同一とみなせるものを指し、結晶組成が3LiOH・Li2SO4と必ずしも同一である必要はない。すなわち、3LiOH・Li2SO4と同等の結晶構造を有するかぎり、組成がLiOH:Li2SO4=3:1から外れるものもLiOH・Li2SO4系固体電解質に包含されるものとする。したがって、ホウ素等のドーパントを含有する固体電解質(例えばホウ素が固溶し、X線回折ピークが高角度側にシフトした3LiOH・Li2SO4)であっても、結晶構造が3LiOH・Li2SO4と同一とみなせるかぎり、3LiOH・Li2SO4として本明細書では言及するものとする。同様に、本発明に用いる固体電解質は不可避不純物の含有も許容するものである。
したがって、LiOH・Li2SO4系固体電解質には、主相である3LiOH・Li2SO4以外に、異相が含まれていてもよい。異相は、Li、O、H、S及びBから選択される複数の元素を含むものであってもよいし、あるいはLi、O、H、S及びBから選択される複数の元素のみからなるものであってもよい。異相の例としては、原料に由来するLiOH、Li2SO4及び/又はLi3BO3等が挙げられる。これらの異相については3LiOH・Li2SO4を形成する際に、未反応の原料が残存したものと考えられるが、リチウムイオン伝導に寄与しないため、Li3BO3以外はその量は少ない方が望ましい。もっとも、Li3BO3のようにホウ素を含む異相については、高温長時間保持後のリチウムイオン伝導度維持度の向上に寄与しうることから、所望の量で含有されてもよい。もっとも、LiOH・Li2SO4系固体電解質はホウ素が固溶された3LiOH・Li2SO4の単相で構成されるものであってもよい。
LiOH・Li2SO4系固体電解質(特に3LiOH・Li2SO4)はホウ素をさらに含むのが好ましい。3LiOH・Li2SO4と同定される固体電解質にホウ素をさらに含有させることで、高温で長時間保持した後においてもリチウムイオン伝導度の低下を有意に抑制することができる。ホウ素は3LiOH・Li2SO4の結晶構造のサイトのいずれかに取り込まれ、結晶構造の温度に対する安定性を向上させるものと推察される。LiOH・Li2SO4系固体電解質中に含まれる硫黄Sに対するホウ素Bのモル比(B/S)は、0.002超1.0未満であるのが好ましく、より好ましくは0.003以上0.9以下、さらに好ましくは0.005以上0.8以下である。上記範囲内のB/Sであるとリチウムイオン伝導度の維持率を向上することが可能である。また、上記範囲内のB/Sであるとホウ素を含む未反応の異相の含有量が低くなるため、リチウムイオン伝導度の絶対値を高くすることができる。
固体電解質は、溶融凝固体を粉砕した粉末の圧粉体であってもよいが、溶融凝固体(すなわち加熱溶融後に凝固させたもの)が好ましい。
固体電解質は、溶融により負極多孔板(負極活物質)内の空隙に入り込むが、それ以外の残りの部分は正極層及び負極層の間にセパレータ層として介在する。固体電解質層の厚さ(負極内の空隙に入り込んだ部分を除く)はセルのエネルギー密度と固体電解質の絶縁性の観点から、1~500μmが好ましく、より好ましくは3~50μm、さらに好ましくは5~40μmである。
(4)中間層
所望により、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方と、イオン液体又は固体電解質との界面に中間層を設けられてもよい。中間層が正極活物質とイオン液体との界面に存在してもよいし、中間層が負極活物質と固体電解質との界面に存在するものであってもよい。中間層は正極活物質とイオン液体との界面、及び負極活物質と固体電解質との界面の両方に存在するものであってもよい。中間層の厚さは所望の放電容量向上効果が得られるかぎり特に限定されないが、0.001~1μmが好ましく、より好ましくは0.005~0.2μm、さらに好ましくは0.01~0.1μmである。
所望により、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方と、イオン液体又は固体電解質との界面に中間層を設けられてもよい。中間層が正極活物質とイオン液体との界面に存在してもよいし、中間層が負極活物質と固体電解質との界面に存在するものであってもよい。中間層は正極活物質とイオン液体との界面、及び負極活物質と固体電解質との界面の両方に存在するものであってもよい。中間層の厚さは所望の放電容量向上効果が得られるかぎり特に限定されないが、0.001~1μmが好ましく、より好ましくは0.005~0.2μm、さらに好ましくは0.01~0.1μmである。
中間層は、Ti、La、Zr、Al、W、Nb、Sn、Ce、Mn、Y、及びTaからなる群から選択される少なくとも1種とLiとを含むリチウム複合酸化物、及び/又はYの酸化物(典型的にはY2O3)で構成される。そのようなリチウム複合酸化物の好ましい例としては、Li及びTiの酸化物(典型的にはLi2TiO3)、Li、La及びZr又はLi、La、Zr及びAlの酸化物(典型的にはLi7-3xAlxLa3Zr2O12(0≦x<0.4、より典型的には0.02<x<0.4))、Li、La及びTiの酸化物(典型的にはLi0.33La0.55TiO3)、Li及びWの酸化物(典型的にはLi2WO4)、Li及びAlの酸化物(典型的にはLiAlO2)、Li及びNbの酸化物(典型的にはLiNbO3又はLiNb3O8)、Li及びSnの酸化物(典型的にはLiSnO3)、Li及びCeの酸化物(典型的にはLi8CeO6)、Li、La及びNbの酸化物(典型的にはLi5La3Nb2O12)、Li及びMnの酸化物(典型的にはLiMnO2)、Li及びYの酸化物(典型的にはLiYO2)、Li及びTaの酸化物(典型的にはLiTaO3)、並びにそれらの任意の組合せが挙げられ、より好ましくはLi及びTiの酸化物(典型的にはLi2TiO3)、Li、La、Zr及びAlの酸化物(典型的にはLi6.7Al0.1La3Zr2O12)、並びにLi、La及びTiの酸化物(典型的にはLi0.33La0.55TiO3)が挙げられる。
中間層の形成は、中間層を構成する1種以上の金属元素の金属アルコキシドや硝酸塩等の金属塩を所定のモル比でエタノール等のアルコールや水と混合して溶液を作製し、電極活物質(好ましくは焼結板)をこの溶液に浸漬させて減圧下で内部に浸透させた後、それを取り出して、大気中で静置してアルコキシドを加水分解させたり、溶媒を乾燥させることにより行うことができる。上記浸漬から大気中静置までの作業を複数回(例えば1~20回)繰り返すのが好ましい。こうして中間層が形成された電極活物質(好ましくは焼結板)を400~700℃で5~60分間熱処理するのが好ましい。なお、金属アルコキシドを用いる場合は溶液の作製から浸漬までの作業は、溶液が加水分解等で劣化しないように、露点-50℃以下の雰囲気で行うのが好ましい。
(4)動作温度
本発明によるリチウムイオン二次電池は、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上の温度で動作可能である。このような高温で動作可能であることにより、固体電解質やイオン液体、並びに電極活物質のイオン伝導度が向上し、室温での動作よりも高出力で動作することができる。動作温度の上限は特に限定されないが、イオン液体の熱安定性の観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、さらに好ましくは160℃以下、特に好ましくは150℃以下である。
本発明によるリチウムイオン二次電池は、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上の温度で動作可能である。このような高温で動作可能であることにより、固体電解質やイオン液体、並びに電極活物質のイオン伝導度が向上し、室温での動作よりも高出力で動作することができる。動作温度の上限は特に限定されないが、イオン液体の熱安定性の観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、さらに好ましくは160℃以下、特に好ましくは150℃以下である。
製造方法
本発明によるリチウムイオン二次電池の製造は、例えば、i)負極多孔板上に固体電解質層を形成し、ii)固体電解質層を(例えばLiOH・Li2SO4系電解質であれば400℃に)加熱して固体電解質を溶融させてその一部を負極板の孔内に浸透させ、iii)その後の凝固を経て負極板上に固体電解質で構成されるセパレータ層を形成させ、iv)得られた複合体のセパレータ層上に正極多孔板を載置し、v)正極多孔板にイオン液体を滴下して正極多孔板の内部に浸透させることにより行うことができる。負極多孔板上に固体電解質層を形成させる手法の例としては、負極多孔板上に固体電解質の成形体や粉末を載置する手法、負極多孔板上に固体電解質粉末のペーストをスクリーン印刷で施す手法、負極多孔板を基板としてエアロゾルディポジション法等により固体電解質の粉末を衝突固化させる手法、負極多孔板上に電気泳動法により固体電解質粉末を堆積させて成膜する手法等が挙げられる。また、イオン液体の正極多孔板への浸透は、浸透効率を上げるため、減圧下(例えば10Paまで真空引き)で行ってもよい。
本発明によるリチウムイオン二次電池の製造は、例えば、i)負極多孔板上に固体電解質層を形成し、ii)固体電解質層を(例えばLiOH・Li2SO4系電解質であれば400℃に)加熱して固体電解質を溶融させてその一部を負極板の孔内に浸透させ、iii)その後の凝固を経て負極板上に固体電解質で構成されるセパレータ層を形成させ、iv)得られた複合体のセパレータ層上に正極多孔板を載置し、v)正極多孔板にイオン液体を滴下して正極多孔板の内部に浸透させることにより行うことができる。負極多孔板上に固体電解質層を形成させる手法の例としては、負極多孔板上に固体電解質の成形体や粉末を載置する手法、負極多孔板上に固体電解質粉末のペーストをスクリーン印刷で施す手法、負極多孔板を基板としてエアロゾルディポジション法等により固体電解質の粉末を衝突固化させる手法、負極多孔板上に電気泳動法により固体電解質粉末を堆積させて成膜する手法等が挙げられる。また、イオン液体の正極多孔板への浸透は、浸透効率を上げるため、減圧下(例えば10Paまで真空引き)で行ってもよい。
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。なお、以下の例において、以下の説明において、Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2を「NCM」と略称し、Li4Ti5O12を「LTO」と略称するものとする。
例1(比較)
(1)正極多孔板の作製
(1a)NCMグリーンシートの作製
Li/(Ni+Co+Mn)のモル比が1.30となるように秤量された市販の(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2粉末(平均粒径9μm)とLi2CO3粉末(平均粒径3μm)を混合後、750℃で15時間保持し、NCM粒子からなる粉末を得た。この粉末を粉砕して平均粒径約5μmに調整した後、この粉末とテープ成形用の溶媒、バインダー、可塑剤、及び分散剤とを混合した。得られたペーストを粘度調整した後、このペーストをフィルム上にテープ成形することでNCMグリーンシートを作製した。NCMグリーンシートの厚さは焼成後の厚さが100μmとなるように調整した。
(1)正極多孔板の作製
(1a)NCMグリーンシートの作製
Li/(Ni+Co+Mn)のモル比が1.30となるように秤量された市販の(Ni0.5Co0.2Mn0.3)(OH)2粉末(平均粒径9μm)とLi2CO3粉末(平均粒径3μm)を混合後、750℃で15時間保持し、NCM粒子からなる粉末を得た。この粉末を粉砕して平均粒径約5μmに調整した後、この粉末とテープ成形用の溶媒、バインダー、可塑剤、及び分散剤とを混合した。得られたペーストを粘度調整した後、このペーストをフィルム上にテープ成形することでNCMグリーンシートを作製した。NCMグリーンシートの厚さは焼成後の厚さが100μmとなるように調整した。
(1b)NCM焼結板の作製
NCMグリーンシートを焼成用鞘内に載置してセットした。その後、昇温速度200℃/hで870℃まで昇温して10時間保持することで焼成を行った。焼成後、室温まで降温させた後に焼成体を鞘より取り出した。こうしてNCM焼結板を正極板として得た。得られたNCM焼結板の片面にスパッタリングによりAu膜(厚さ100nm)を集電層として形成した。
NCMグリーンシートを焼成用鞘内に載置してセットした。その後、昇温速度200℃/hで870℃まで昇温して10時間保持することで焼成を行った。焼成後、室温まで降温させた後に焼成体を鞘より取り出した。こうしてNCM焼結板を正極板として得た。得られたNCM焼結板の片面にスパッタリングによりAu膜(厚さ100nm)を集電層として形成した。
(2)負極多孔板の作製
(2a)LTOグリーンシートの作製
Li/Tiのモル比が0.84となるように秤量された市販のTiO2粉末(平均粒径1μm以下)とLi2CO3粉末(平均粒径3μm)を混合後、1000℃で2時間保持し、LTO粒子からなる粉末を得た。この粉末を粉砕して平均粒径約2μmに調整した後、テープ成形用の溶媒、バインダー、可塑剤及び分散剤と混合した。得られたペーストの粘度を調整した後、このペーストをフィルム上にテープ成形することでLTOグリーンシートを作製した。LTOグリーンシートの厚さは焼成後の厚さが100μmとなるように調整した。
(2a)LTOグリーンシートの作製
Li/Tiのモル比が0.84となるように秤量された市販のTiO2粉末(平均粒径1μm以下)とLi2CO3粉末(平均粒径3μm)を混合後、1000℃で2時間保持し、LTO粒子からなる粉末を得た。この粉末を粉砕して平均粒径約2μmに調整した後、テープ成形用の溶媒、バインダー、可塑剤及び分散剤と混合した。得られたペーストの粘度を調整した後、このペーストをフィルム上にテープ成形することでLTOグリーンシートを作製した。LTOグリーンシートの厚さは焼成後の厚さが100μmとなるように調整した。
(2b)LTO焼結板の作製
LTOグリーンシートを、セッター上に載せ、これを焼成用鞘内に載置してセットした。その後昇温速度200℃/hで850℃まで昇温して2時間保持することで焼成を行った。焼成後、室温まで降温させた後に焼結体を鞘より取り出し、LTO焼結板を負極板として得た。得られたLTO焼結板の片面にスパッタリングによりAu膜(厚さ100nm)を集電層として形成した。
LTOグリーンシートを、セッター上に載せ、これを焼成用鞘内に載置してセットした。その後昇温速度200℃/hで850℃まで昇温して2時間保持することで焼成を行った。焼成後、室温まで降温させた後に焼結体を鞘より取り出し、LTO焼結板を負極板として得た。得られたLTO焼結板の片面にスパッタリングによりAu膜(厚さ100nm)を集電層として形成した。
(3)LiOH・Li2SO4系固体電解質の作製
(3a)原料粉末の準備
Li2SO4粉末(市販品、純度99%以上)、LiOH粉末(市販品、純度98%以上)、及びLi3BO3(市販品、純度99%以上)をLi2SO4:LiOH:Li3BO3=1:2.6:0.05(モル比)となるように混合して原料混合粉末を得た。これらの粉末は、露点-50℃以下のAr雰囲気中のグローブボックス中で取り扱い、吸湿等の変質が起こらないように十分に注意した。
(3a)原料粉末の準備
Li2SO4粉末(市販品、純度99%以上)、LiOH粉末(市販品、純度98%以上)、及びLi3BO3(市販品、純度99%以上)をLi2SO4:LiOH:Li3BO3=1:2.6:0.05(モル比)となるように混合して原料混合粉末を得た。これらの粉末は、露点-50℃以下のAr雰囲気中のグローブボックス中で取り扱い、吸湿等の変質が起こらないように十分に注意した。
(3b)溶融合成
Ar雰囲気中で原料混合粉末をるつぼに投入した。このるつぼを電気炉にセットし、430℃で2時間熱処理を行い溶融物を作製した。引き続き、電気炉内にて100℃/hで溶融物を冷却して凝固物を形成した。
Ar雰囲気中で原料混合粉末をるつぼに投入した。このるつぼを電気炉にセットし、430℃で2時間熱処理を行い溶融物を作製した。引き続き、電気炉内にて100℃/hで溶融物を冷却して凝固物を形成した。
(3c)乳鉢粉砕
得られた凝固物をAr雰囲気中にて乳鉢で粉砕することによって、平均粒径D50が5~50μmのLiOH・Li2SO4系固体電解質粉末を得た。
得られた凝固物をAr雰囲気中にて乳鉢で粉砕することによって、平均粒径D50が5~50μmのLiOH・Li2SO4系固体電解質粉末を得た。
(4)電池の作製
負極多孔板の表面にLiOH・Li2SO4系固体電解質粉末を敷き詰め、電気炉内にて400℃で45分間加熱した。このとき、LiOH・Li2SO4系固体電解質粉末は溶融してその一部が負極多孔板の孔内にも入り込む一方、残りの部分は負極板上に層状に留まった。その後の凝固を経て負極多孔板上にLiOH・Li2SO4系固体電解質で構成されるセパレータ層が形成された。得られた複合体のセパレータ層上に正極多孔板を載置した。得られた正極層/セパレータ層/負極層で構成されるセルを用いて電池を作製した。
負極多孔板の表面にLiOH・Li2SO4系固体電解質粉末を敷き詰め、電気炉内にて400℃で45分間加熱した。このとき、LiOH・Li2SO4系固体電解質粉末は溶融してその一部が負極多孔板の孔内にも入り込む一方、残りの部分は負極板上に層状に留まった。その後の凝固を経て負極多孔板上にLiOH・Li2SO4系固体電解質で構成されるセパレータ層が形成された。得られた複合体のセパレータ層上に正極多孔板を載置した。得られた正極層/セパレータ層/負極層で構成されるセルを用いて電池を作製した。
(5)評価
(5a)緻密度の測定
上記(1b)で作製された正極多孔板(イオン液体を含まない状態のNCM焼結板)と上記(2b)で作製された負極多孔板(固体電解質を含まない状態のLTO焼結板)のそれぞれの緻密度(体積%)を以下のようにして測定した。まず、正極多孔板(又は負極多孔板)を樹脂埋め後、イオンミリングにより断面研磨した後、研磨された断面をSEMで観察して断面SEM画像を取得した。SEM画像は、倍率1000倍の画像とした。得られた画像に対し、画像解析ソフト(Media Cybernetics社製 Image-Pro Premier)を用いて、まず2Dフィルタで100%ぼかしの処理を行った後、2値化処理を行い、正極多孔板(又は負極多孔板)における、正極活物質(又は負極活物質)の部分と樹脂で充填された部分(もともと空隙であった部分)の合計面積に占める、正極活物質の部分(又は負極活物質)の面積の割合(%)を算出して正極活物質(又は負極活物質)の緻密度とした。2値化する際のしきい値は、判別分析法として大津の2値化を用いて設定した。その結果、正極多孔板の緻密度は70%(すなわち気孔率30%)、負極多孔板の緻密度は65%(すなわち気孔率35%)であった。
(5a)緻密度の測定
上記(1b)で作製された正極多孔板(イオン液体を含まない状態のNCM焼結板)と上記(2b)で作製された負極多孔板(固体電解質を含まない状態のLTO焼結板)のそれぞれの緻密度(体積%)を以下のようにして測定した。まず、正極多孔板(又は負極多孔板)を樹脂埋め後、イオンミリングにより断面研磨した後、研磨された断面をSEMで観察して断面SEM画像を取得した。SEM画像は、倍率1000倍の画像とした。得られた画像に対し、画像解析ソフト(Media Cybernetics社製 Image-Pro Premier)を用いて、まず2Dフィルタで100%ぼかしの処理を行った後、2値化処理を行い、正極多孔板(又は負極多孔板)における、正極活物質(又は負極活物質)の部分と樹脂で充填された部分(もともと空隙であった部分)の合計面積に占める、正極活物質の部分(又は負極活物質)の面積の割合(%)を算出して正極活物質(又は負極活物質)の緻密度とした。2値化する際のしきい値は、判別分析法として大津の2値化を用いて設定した。その結果、正極多孔板の緻密度は70%(すなわち気孔率30%)、負極多孔板の緻密度は65%(すなわち気孔率35%)であった。
(5b)充放電評価
上記(4)で作製された電池について、表1に示される動作温度における電池の放電容量を2.7V-1.5Vの電圧範囲において測定した。この測定は、電池電圧が上記電圧範囲の上限に達するまで0.5mA/cm2の電流密度で定電流充電し、引き続き電流値が0.1mA/cm2の電流密度になるまで定電圧充電した後、上記電圧範囲の下限になるまで0.5mA/cm2の電流密度で放電することにより行った。結果は表1に示されるとおりであった。
上記(4)で作製された電池について、表1に示される動作温度における電池の放電容量を2.7V-1.5Vの電圧範囲において測定した。この測定は、電池電圧が上記電圧範囲の上限に達するまで0.5mA/cm2の電流密度で定電流充電し、引き続き電流値が0.1mA/cm2の電流密度になるまで定電圧充電した後、上記電圧範囲の下限になるまで0.5mA/cm2の電流密度で放電することにより行った。結果は表1に示されるとおりであった。
例2~17
i)セパレータ層上に正極多孔板を載置した後に、正極多孔板に表1に示される組成のイオン液体を滴下して正極多孔板の孔内に浸透させたこと、及びii)例6~17についての充放電評価を表1に示される動作温度で行ったこと以外は、例1と同様にして電池の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであった。
i)セパレータ層上に正極多孔板を載置した後に、正極多孔板に表1に示される組成のイオン液体を滴下して正極多孔板の孔内に浸透させたこと、及びii)例6~17についての充放電評価を表1に示される動作温度で行ったこと以外は、例1と同様にして電池の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであった。
Claims (16)
- 正極活物質で構成される正極多孔板と、前記正極多孔板の孔内に含まれるリチウムイオン伝導性のイオン液体とを含む、正極層と、
負極活物質で構成される負極多孔板と、前記負極多孔板の孔内に含まれる低融点固体電解質とを含む、負極層と、
前記正極層及び前記負極層の間に介在する、低融点固体電解質を含むセパレータ層と、
を備え、
前記低融点固体電解質は200~850℃の融点を有する固体電解質であり、かつ、
前記正極多孔板の孔内には前記低融点固体電解質が存在していない、リチウムイオン二次電池。 - 前記低融点固体電解質が、LiOH・Li2SO4系固体電解質である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記LiOH・Li2SO4系固体電解質がX線回折により3LiOH・Li2SO4と同定される固体電解質を含む、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記LiOH・Li2SO4系固体電解質がホウ素をさらに含む、請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記イオン液体が、
カチオンと、
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI)及びビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)から選択される、アニオンと、
ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム塩(LiTFSI)及びビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩(LiFSI)から選択されるリチウム塩である、電解質と、
を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 - 前記アニオンがTFSIであり、かつ、前記リチウム塩がLiTFSIである、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記イオン液体中における前記リチウム塩の濃度が、0.10~2.5mol/Lである、請求項5又は6に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記カチオンが、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムカチオン(EMIm)及び1-メチル-1-プロピルピロリジニウムカチオン(MPPy)から選択される、請求項5~7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記正極活物質が層状岩塩構造又はスピネル型構造を有するリチウム複合酸化物である、請求項1~8のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物が、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム又はコバルト酸リチウムである、請求項9に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記正極多孔板が焼結板の形態である、請求項1~10のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記負極活物質がチタン含有酸化物で構成される、請求項1~11のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記チタン含有酸化物がチタン酸リチウムである、請求項12に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記正極層及び前記負極層が有機バインダーを含有しない、請求項1~13のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 100℃以上の温度で動作可能な、請求項1~14のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 120℃以上の温度で動作可能な、請求項15に記載のリチウムイオン二次電池。
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