(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）少なくとも１つのアノード、
（ｉｉ）遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含む、少なくとも１つのカソード、及び
（ｉｉｉ）電解質組成物であって、以下の、
（Ａ）少なくとも１種の非プロトン性の有機溶媒、
（Ｂ）リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、及びリチウム（トリスオキサラト）フォスフェイトから成る群から選ばれ、及び電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の少なくとも１種の化合物、
（Ｃ）電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の、一般式（ＩＩａ）の少なくとも１種の化合物、
【化１】
0006290205.tif 000016
（但し、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３及びＲ４が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、）
（Ｄ）化合物（Ｂ）とは異なる、少なくとも１種のリチウム塩、及び
（Ｅ）任意に、少なくとも１種の更なる添加剤、
を含む少なくとも１種の電解質組成物、
を含むリチウムイオン電池。
【請求項２】
完全に充電した場合に、アノードに対するセル電圧が４．２Ｖを超えることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
カソード活性物質が、リチウムイオンを含む遷移金属化合物中の遷移金属の合計量に対して、５０〜８０質量％のマンガン含有量を有する遷移金属化合物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
遷移金属化合物が、一般式（ＶＩ）
Ｌｉ１＋ｔＭ２−ｔＯ４−ｄ          （ＶＩ）
（但し、
ｄが、０〜０．４であり、
ｔが、０〜０．４であり、及び
Ｍが、Ｍｎ、及び以下のＣｏとＮｉとから成る群から選ばれる少なくとも１種の更なる金属であり）
のマンガン含有スピネルから選ばれるか、又は
前記遷移金属化合物が、一般式（ＶＩＩ）
Ｌｉ（１＋ｙ）［ＮｉａＣｏｂＭｎｃ］（１−ｙ）Ｏ２      （ＶＩＩ）
（但し、
ｙが０〜０．３であり、  
ａ、ｂ及びｃが、同一であっても、異なっていても良く、及び独立して０から０．８で、及びａ＋ｂ＋ｃ＝１である）
の層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物から選ばれることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記少なくとも１種の非プロトン性の有機溶媒（Ａ）が、
（ａ）環式及び非環式の有機カーボネート類、
（ｂ）ジ−Ｃ１−Ｃ１０−アルキルエーテル類、
（ｃ）ジ−Ｃ１−Ｃ４−アルキル−Ｃ２−Ｃ６−アルキレンエーテル類及びポリエーテル類、
（ｄ）環式エーテル類、
（ｅ）環式、及び非環式のアセタール類、及びケタール類、
（ｆ）オルトカルボン酸エステル類、及び
（ｇ）カルボン酸類の環式及び非環式エステル類、
から選ばれることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
少なくとも１種の化合物（Ｂ）が、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイトから成る群から選ばれることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
少なくとも１種の化合物（Ｃ）が、一般式（ＩＩａ）の化合物から選ばれ、ここで、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ６アルキル、ベンジル及フェニルから選ばれ、ここでアルキル、ベンジル、及びフェニルは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３及びＲ４が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ６アルキル、ベンジル及びフェニルから選ばれ、ここでアルキル、ベンジル、及びフェニルは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項８】
リチウム塩（Ｄ）が、ＬｉＰＦ６、ＬｉＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、Ｌｉ２ＳｉＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡＣｌ４、及び一般式（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）ｍＸＬｉ
（但し、ｍとｎが以下ように定義される：
Ｘが酸素及び硫黄から選ばれる場合、ｍ＝１であり、
Ｘが窒素及びリンから選ばれる場合、ｍ＝２であり、
Ｘが炭素及びシリコンから選ばれる場合、ｍ＝３であり、
ｎが１〜２０の整数である、）
の塩から成る群から選ばれることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項９】
更なる添加剤（Ｅ）が、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、環式エキソメチレンカーボネート類、スルトン類、無機酸の有機エステル類、１バールでの沸点が少なくとも３６℃の非環式及び環式アルカン、及び芳香族化合物から成る群から選ばれることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１０】
前記電解質組成物が、この組成物の全体質量に対して、
０．１５から３質量％の、少なくとも１種の化合物（Ｂ）、
０．１５から３質量％の、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、
を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１１】
前記電解質組成物が、この組成物の全体質量に対して、
５５から９９．５質量％の、少なくとも１種の非プロトン性溶媒（Ａ）、
０．０１から５質量％未満の、少なくとも１種の化合物（Ｂ）、
０．０１から５質量％未満の、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、
５から２５質量％の、少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）、
０から１０質量％の、少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）、及び
０から５０ｐｐｍの水、
を含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１２】
前記アノードが、Ｌｉイオン挿入カーボンを含むことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１３】
遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含むリチウムイオン電池の電解質中に、
リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、及びリチウム（トリスオキサラト）フォスフェイトから成る群れから選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）を、
一般式（ＩＩａ）の少なくとも１種の化合物（Ｃ）、
【化２】
0006290205.tif 000017
（但し、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３及びＲ４が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、）
と添加剤として組み合わせて使用し、及び化合物（Ｂ）を、電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の濃度、及び化合物（Ｃ）を、０．０１から５質量％未満の濃度で使用する方法。
【請求項１４】
（α）少なくとも１種の非プロトン有機性溶媒、又は非プロトン性有機溶媒の混合物（Ａ）を用意する工程、
（β）任意に、１種以上の更なる添加剤（Ｅ）を加え、及び混合する工程、
（γ）乾燥させる工程、
（δ）少なくとも１種の化合物（Ｂ）、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、及び少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）を加え、及び混合する工程、
（ε）少なくとも１つのアノード、及び少なくとも１つのカソードを用意し、及びリチウムイオン電池を組み立てる工程、
を含むことを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載のリチウムイオン電池を製造するための方法。
【請求項１５】
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ６アルキル、ベンジル及フェニルから選ばれ、及び
Ｒ３及びＲ４が、Ｃ１−Ｃ６アルキル、ベンジル及びフェニルから選ばれることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項１６】
化合物（Ｃ）が、ジメチルメチルホスホネート、ジエチルエチルホスホネート、ジメチルエチルホスホネート、及びジエチルメチルホスホネート、及びこれらの組み合わせから成る群から選ばれることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
（ｉ）少なくとも１つのアノード、
（ｉｉ）遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含む、少なくとも１つのカソード
（ｉｉｉ）電解質組成物であって、以下の、
（Ａ）少なくとも１種の非プロトン性の有機溶媒、
（Ｂ）リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイト、及び式（Ｉ）
【化１】
0006290205.tif 000002
の化合物（但し、Ｒ１が、Ｈ  及びＣ１−Ｃ４アルキルから選ばれる）から成る群から選ばれ、及び電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の少なくとも１種の化合物、
（Ｃ）電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の、一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物、
【化２】
0006290205.tif 000003
（但し、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、）
（Ｄ）化合物（Ｂ）とは異なる、少なくとも１種のリチウム塩、及び
（Ｅ）任意に、少なくとも１種の更なる添加剤、
を含む少なくとも１種の電解質組成物、
を含むリチウムイオン電池に関する。
【０００２】
本発明は、更に、遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含むリチウムイオン電池の電解質中に、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイト、及び上記に定義した式（Ｉ）の化合物から成る群れから選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）を、上記に定義した一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物（Ｃ）と添加剤として組み合わせて使用し、及び化合物（Ｂ）を、電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の範囲の濃度、及び化合物（Ｃ）を、０．０１から５質量％未満の範囲の濃度で使用する方法に関する。
【０００３】
ここで、「化合物（Ｂ）」という用語は、電解質組成物中に、（Ｂ）の下に列挙された化合物を意味し、すなわち化合物（Ｂ）は、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイト、及び上記に定義した式（Ｉ）の化合物から成る群を意味する。
【０００４】
「化合物（Ｃ）」という用語は、電解質組成物中に、（Ｃ）の下に列挙された化合物を意味し、すなわち化合物（Ｃ）は、上記に定義した一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の化合物の群を意味する。
【背景技術】
【０００５】
エネルギーの貯蔵は、長く興味が持たれてきた課題である。電気化学電池、例えば電池（バッテリー）又はアキュムレーター（蓄電池）は、電気的エネルギーを貯蔵するのに役立つ。近年では、いわゆるリチウムイオン電池が特に興味を集めている。これらは幾つかの技術的観点で、従来の電池に対して優れている。リチウムイオン電池は感水性(water sensitive)である。従って、リチウムイオン電池に使用されるリチウム塩のための溶媒として、水は問題外（不可能）である。この代わりに、有機カーボネート、エーテル、及びエステルが十分な極性溶媒として使用される。従って文献は、水の無い溶媒を電解質のために使用することを推奨している；例えば特許文献１（ＷＯ２００７／０４９８８８）。
【０００６】
重要な役割は、電極を形成する材料、特にカソードを形成する材料が担っている。更に、電極材料（アノード及びカソード）の表面上での電解質又は電解質成分の分解が、電池性能、及び電池サイクル寿命にとって重要になる。
【０００７】
多くの場合、リチウム含有混合遷移金属酸化物、特に層構造を有するリチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物、又は１種以上の遷移金属でドープされていても良いマンガンスピネルがカソード活性材料としてリチウム電池内に使用される。これらのマンガン含有カソード活性材料は、その高い動作電圧のために期待が持てるものである。しかしながら、多くの電池について、サイクリングの安定性をなお改良する必要があるという問題が残っている。特定的には、マンガンを比較的高い割合で含む電池の場合、例えばマンガン含有スピネル電極及びグラファイトアノードを有する電気化学セル（電気化学電池）の場合、比較的短期間で、容量の重大な低下がしばしば観察される。更に、グラファイトアノードが対極として選択される場合、アノード上にマンガン原子の沈殿を検知することができる。アノード上に沈殿したこれらのマンガン核は、Ｌｉ／Ｌｉ＋に対して１Ｖ未満の電位で、電解質の還元性分解の触媒として作用すると考えられている。このことは、リチウムの不可逆の結合を含むことになると考えられており、この結果、リチウムイオン電池は徐々に容量（capacity）を失うことになる。カソード活性材料中に含まれる他の遷移金属は類似して、電気化学電池のサイクリングの間に電解質中に溶解し得るものである。これらの遷移金属はアノードの方向に移動し、そして還元され、そして低い電位のためにアノード上に沈殿する。このような金属不純物は、少量であっても、電解質とアノード間の界面を変化させ、そして電池の寿命を短くし得るものである。
【０００８】
特許文献２（ＷＯ２０１１／０２４１４９）には、アルカリ金属、例えばリチウムをカソードとアノードの間に含み、このアルカリ金属が望ましくない副生成物、又は不純物の補集剤（scavenger）として作用する、リチウムイオン電池が開示されている。高度に反応性のアルカリ金属が存在するために、二次電池の製造の過程、及び使用済み電池の後のリサイクリングの過程の両方で、適切な安全上の予防措置を取る必要がある。
【０００９】
非特許文献１（Ｄａｌａｖｉ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １５７（２０１０），Ａ１１１３〜Ａ１１２０頁）には、ジメシチルメチルホスホネートを、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２をカソード活性材料として含むリチウムイオン電池用の難燃剤として使用することが記載されている。この金属酸化物は、比較的低いセル電圧を３．０〜４．１Ｖの範囲に有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０４９８８８
【特許文献２】ＷＯ２０１１／０２４１４９
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｄａｌａｖｉ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １５７（２０１０），Ａ１１１３〜Ａ１１２０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、ニッケル等の遷移金属成分、特にマンガンの、リチウムイオン電池のカソード活性材料からの分解(dissolution)を低減し、及び遷移金属がカソードからアノードに移行することを低減する手段を提供することにある。本発明の目的は更に、カソード活性材料中にマンガンを含むリチウムイオン電池の寿命の改良をもたらす（特にカソード活性材料中にマンガンを含む高電圧Ｌｉイオン電池のための）電解質組成物を提供することにある。最後に、本発明の目的は、カソード活性材料中にマンガンを含み、及び良好な性能特性を有するリチウムイオン電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、
（ｉ）少なくとも１つのアノード、
（ｉｉ）遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含む、少なくとも１つのカソード
（ｉｉｉ）電解質組成物であって、以下の、
（Ａ）少なくとも１種の非プロトン性の有機溶媒、
（Ｂ）リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイト、及び式（Ｉ）
【化３】
0006290205.tif 000004
の化合物（但し、Ｒ１が、Ｈ  及びＣ１−Ｃ４アルキルから選ばれる）から成る群から選ばれ、及び電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の少なくとも１種の化合物、
（Ｃ）電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の、一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物、
【化４】
0006290205.tif 000005
（但し、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、）
（Ｄ）化合物（Ｂ）とは異なる、少なくとも１種のリチウム塩、及び
（Ｅ）任意に、少なくとも１種の更なる添加剤、
を含む少なくとも１種の電解質組成物、
を含むリチウムイオン電池により達成され、及びこの目的は、遷移金属を含み、この遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０〜１００質量％であるリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれるカソード活性材料を含むリチウムイオン電池の電解質中に、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、リチウム（トリスオキサラト）フォスフェイト、及び上記に定義した式（Ｉ）の化合物から成る群れから選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）を、上記に定義した一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物（Ｃ）と添加剤として組み合わせて使用し、及び化合物（Ｂ）を、電解質組成物の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満の範囲の濃度、好ましくは０．０８から５質量％、及び最も好ましくは０．１５から３質量％の範囲の濃度、及び化合物（Ｃ）を、０．０１から５質量％未満の範囲の濃度、好ましくは０．０８から４質量％、及び最も好ましくは０．１５から３質量％の範囲の濃度で使用する方法により達成される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物を、式（Ｉ）の化合物、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、リチウム（マロナートオキサラト）ボラト、リチウム（サリチラトオキサラト）ボラト、及びリチウム（トリスオキサラト）フォスフェイトから成る群から選ばれる少なくとも１種の化合物と組み合わせ、上述した濃度範囲で電解質中に添加剤として加えることにより、遷移金属化合物を含むカソード活性材料から遷移金属が溶解（分解）することが低減される。本発明の電解質組成物を含むリチウムイオン電池は、サイクリング安定性（繰り返し安定性）が改良されている。
【００１５】
本発明の電解質組成物（ｉｉｉ）は、好ましくは作動条件下で液体であり、より好ましくは、１バール及び２５℃で液体であり、更により好ましくは電解質組成物は、１バール及び−１５℃で液体である。
【００１６】
電解質組物（ｉｉｉ）は、少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）、好ましくは少なくとも２種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）、及びより好ましくは少なくとも３種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）を含む。一実施の形態に従えば、電解質組成物は、１０種類以下の非プロトン性溶媒（Ａ）を含む。
【００１７】
少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）は、好ましくは、
（ａ）環式、及び非環式有機カーボネート類、
（ｂ）ジ−Ｃ１−Ｃ１０−アルキルエーテル類、
（ｃ）ジ−Ｃ１−Ｃ４−アルキル−Ｃ２−Ｃ６−アルキレンエーテル類、及びポリエーテル類、
（ｄ）環式エーテル類、
（ｅ）環式及び非環式アセタール類及びケタール類、
（ｆ）オルトカルボン酸エステル類、及び
（ｇ）カルボン酸類の環式、及び非環式エステル類、
から選ばれる。
【００１８】
より好ましくは、少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）は、環式、及び非環式有機カーボネート類（ａ）、ジ−Ｃ１−Ｃ１０−アルキルエーテル類（ｂ）、ジ−Ｃ１−Ｃ４−アルキル−Ｃ２−Ｃ６−アルキレンエーテル類、及びポリエーテル類（ｃ）、及び環式及び非環式アセタール類及びケタール類（ｅ）から選ばれ、より好ましくは、組成物は、環式、及び非環式有機カーボネート類（ａ）から選ばれる、少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）を含み、及び最も好ましくは、組成物は、環式、及び非環式有機カーボネート類（ａ）から選ばれる、少なくとも２種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）を含む。
【００１９】
上述した非プロトン性有機溶媒（Ａ）の中で、１バール及び２５℃で液体である溶媒、又は溶媒の混合物（Ａ）が好ましい。
【００２０】
適切な有機カーボネート類（ａ）の例は、一般式（ＩＩＩａ）、（ＩＩＩｂ）又は（ＩＩＩｃ）
【化５】
0006290205.tif 000006
（但し、Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０が、異なり、又は同一であり、及び互いに独立して、水素、及びＣ１−Ｃ４−アルキル、好ましくはメチル；Ｆ、及び１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４−アルキル、例えばＣＦ３から選ばれる）
に従う環式有機カーボネート類である。
【００２１】
「Ｃ１−Ｃ４−アルキル」は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ．−ブチル、及びｔｅｒｔ．−ブチルを含むことを意図している。
【００２２】
好ましい環式有機カーボネート類（ａ）は、一般式（ＩＩＩａ）、（ＩＩＩｂ）又は（ＩＩＩｃ）で、Ｒ８及びＲ９がＨであるものである。更なる好ましい環式有機カーボネート類（ａ）は、ジフルオロエチレンカーボネート（ＩＩＩｄ）
【化６】
0006290205.tif 000007
である。
【００２３】
適切な非環式有機カーボネート類（ａ）の例は、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、及びこれらの混合物である。
【００２４】
本発明の一実施の形態では、電解質組成物は、非環式有機カーボネート類（ａ）、及び環式有機カーボネート類（ａ）の、１：１０〜１０：１の質量割合、好ましくは３：１〜１：１の質量割合の混合物である。
【００２５】
非環式ジ−Ｃ１−Ｃ１０−アルキルエーテル類（ｂ）の適切な例は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、及びジ−ｎ−ブチルエーテルである。
【００２６】
ジ−Ｃ１−Ｃ４−アルキル−Ｃ２−Ｃ６−アルキレンエーテル（ｃ）の例は、１，２−ジメトキシエタン、ジグリム（ジエチレングリコールジメチルエーテル）、トリグリム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグリム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、及びジエチレングリコールジエチルエーテルである。
【００２７】
適切なポリエーテル類（ｃ）の例は、ポリアルキレングリコール、好ましくはポリ−Ｃ１−Ｃ４−アルキレングリコール及び特にポリエチレングリコールである。ポリエチレングリコール類は、２０モル％以下の１種以上のＣ１−Ｃ４−アルキレングリコール類を共重合状態で含んでも良い。ポリアルキレングリコール類は、好ましくは、ジメチル−又はジエチル−末端キャップしたポリアルキレングリコール類である。適切なポリアルキレングリコール類、及び特に適切なポリエチレングリコール類の分子量Ｍｗは、少なくとも４００ｇ／モルであっても良い。適切なポリアルキレングリコール類、及び特に適切なポリエチレングリコール類の分子量Ｍｗは、５００００００ｇ／モル以下、好ましくは２００００００ｇ／モル以下であっても良い。
【００２８】
適切な環式エーテル類（ｄ）の例は、テトラヒドロフラン及び１，４−ジオキサンである。
【００２９】
適切な非環式アセタール類（ｅ）の例は、１，１−ジメトキシメタン、及び１，１−ジメトキシメタンである。適切な環式アセタール類（ｅ）の例は、１，３−オキサン及び１，３−ジオキサンである。
【００３０】
適切なオルトカルボン酸エステル類（ｆ）の例は、トリ−Ｃ１−Ｃ４アルコキシメタン、特にトリミトキシメタン、及びトリエトキシメタンである。
【００３１】
適切なカルボン酸類の環式、及び非環式エステル類（ｇ）の例は、エチルアセテート、メチルブタノレート、ジカルボン酸類のエステル類、例えば１，３−ジメチル二酸プロパン(1,2-dimethyl propanedioate)である。適切なカルボン酸類の環式エステル（ラクトン類）の例は、γ−ブチロラクトンである。
【００３２】
本発明のＬｉイオン電池の電解質組成物（ｉｉｉ）は、電解質組成物（ｉｉｉ）の合計質量に対して、０．０１から５質量％未満、好ましくは０．０８から４質量％、及び最も好ましくは０．０１５から３質量％の、リチウム（ビスオキサラト）ボラト（ＬｉＢＯＢ）、リチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト（ＬｉＤＦＦＯＢ）、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、及び式（Ｉ）
【化７】
0006290205.tif 000008
の化合物（但し、Ｒ１が、Ｈ  及びＣ１−Ｃ４アルキルから選ばれる）から成る群から選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）を含む。
【００３３】
式（Ｉ）の化合物は、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、ｎ−プロピルビニレンカーボネート、ｉ−プロピルビニレンカーボネート、ｎ−ブチルビニレンカーボネート、及びｉ−ブチルビニレンカーボネートを含む。
【００３４】
式（Ｉ）の化合物は、ビニリデンカーボネート、メチルビニリデンカーボネート、エチルビニリデンカーボネート、ｎ−プロピルビニリデンカーボネート、ｉ−プロピルビニリデンカーボネート、ｎ−ブチルビニリデンカーボネート、及びｉ−ブチルビニリデンカーボネートを含む。
【００３５】
好ましくは、電解質組成物（ｉｉｉ）は、リチウム（ビスオキサラト）ボラト（ボレート）、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイト、リチウムオキサラト、及びリチウム（ジフルオロ）ボラトから成る群から選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）を含む。一実施の形態によれば、本発明の組成物は、ビニレンカーボネートを含む。他の実施の形態に従えば、本発明の組成物は、リチウム（ビスオキサラト）ボラトを含む。更なる実施の形態に従えば、電解質組成物はリチウムジフルオロ（オキサラト）ボラトを含む。他の実施の形態に従えば、電解質組成物は、リチウムテトラフルオロ（オキサラト）フォスフェイトを含む。更なる実施の形態に従えば、電解質組成物はリチウムオキサラトを含む。
【００３６】
更に、本発明のＬｉイオン電池び電解質組成物（ｉｉｉ）は、電解質組成物（ｉｉｉ）の合計質量に対して０．０１から５質量％未満まで、好ましくは０．０８から４質量％、及び最も好ましくは０．０１５から３質量％の、一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）
【化８】
0006290205.tif 000009
（但し、
Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、ベンジル、フェニル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、ベンジル及びＣ６−Ｃ１４アリールから選ばれ、ここでアルキル、シクロアルキル、ベンジル、及びアリールは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、フェニル、ベンジル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い、）
の少なくとも１種の化合物（Ｃ）を含む。
【００３７】
Ｃ１−Ｃ１０−アルキルの例は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、ｎ−ブチル、イソ−ブチル、ｓｅｃ．−ブチル、ｔｅｒｔ．−ブチル、ｎ−ペンチル、イソ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、イソ−ヘキシル、ｓｅｃ．−ヘキシル、２−エチルヘキシル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニル、及びｎ−デシルを含み、好ましくはメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、ｎ−ブチル、イソ−ブチル、ｓｅｃ．−ブチル、ｔｅｒｔ．−ブチル、特に好ましくはメチル、及びエチルである。
【００３８】
Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキルの例は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、及びシクロデシルであり、好ましくばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルである。
【００３９】
Ｃ６−Ｃ１４−アリールの例は、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、１−アントリル、２−アントリル、１−フェナントリル、２−フェナントリル、３−フェナントリル、４−フェナントリル、及び９−フェナントリルであり、好ましくはフェニル、１−ナフチル、及び２−ナフチルであり、特に好ましくはフェニルである。
【００４０】
「ベンジル」は、置換基−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ６を意味する。
【００４１】
「１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキル」の例は、−ＣＨ２Ｆ、−ＣＨＦ２、−ＣＦ３、及び−Ｃ３Ｈ６ＣＦ３である。
【００４２】
好ましい化合物（Ｃ）は、一般式（ＩＩａ）又は（ＩＩｂ）の少なくとも１種の化合物（但し、Ｒ２が、Ｈ、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、ベンジル及びフェニルから選ばれ、ここでアルキル、ベンジル、及びフェニルは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、ベンジル、フェニル、又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良く、及びＲ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７が、同一であっても、異なっていても良く、及び互いに独立して、Ｃ１−Ｃ６アルキル、ベンジル及びフェニルから選ばれ、ここでアルキル、ベンジル、及びフェニルは、１つ以上のＦ、Ｃ１−Ｃ４アルキル、ベンジル、フェニル又は１つ以上のＦで置換されたＣ１−Ｃ４アルキルで置換されていても良い）である。
【００４３】
より好ましくいものは、一般式（ＩＩａ）の化合物であって、Ｒ２がＨ及びＣ１−Ｃ６アルキルから選ばれ、及びＲ３及びＲ４が、同一であっても良く、又は異なっていても良く、及び相互に独立して、Ｃ１−Ｃ６アルキルから選ばれ、より好ましくは、Ｒ２がＨ及びＣ１−Ｃ６アルキルから選ばれ、及びＲ２及びＲ３が、相互に独立して、Ｃ１−Ｃ４アルキルから選ばれる。
【００４４】
特に好ましいものは、ジメチルメチルフォスフェイト（Ｒ２がエチルであり、Ｒ３及びＲ４がメチルである）、及びジエチルメチルホスホネート（Ｒ２がメチルであり、Ｒ３及びＲ４がエチルである）である。
【００４５】
少なくとも１種の化合物（Ｂ）及び少なくとも１種の化合物（Ｃ）の組み合わせの、（カソード活性材料としてマンガン含有遷移金属化合物を含む）リチウムイオン電池中の電解質への添加は、遷移金属を含むカソードから分解したカソード活性材料中に存在するマンガン及び更なる遷移金属の量を低減し、及び電解質の性能を高める挙動を示す。従って本発明の他の目的は、上記に定義した少なくとも１種の化合物（Ｂ）を、上記に定義した少なくとも１種の化合物（Ｃ）と組み合わせ、添加剤としてリチウムイオン電池（このリチウムイオン電池は、リチウムイオン含有遷移金属化合物中の遷移金属の合計質量に対して、５０から１００質量％のマンガンを含む、リチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれる、カソード活性材料を含む少なくとも１種のカソードを含む）用の電解質中に使用する方法にあり、好ましくは上記マンガンの含有量は、遷移金属の合計質量に対して５０から８０質量％である。
【００４６】
本発明のリチウムイオン電池用の電解質中への添加剤として使用され、及び電解質組成物（ｉｉｉ）中に含まれる、化合物（Ｂ）と（Ｃ）の好ましい組み合わせは、リチウム（ビスオキサラト）ボラト（ボレート）、ビニレンカーボネート、及び／又はリチウムジフルオロ（オキサラトボラト）と、式（ＩＩａ）の化合物（但し、Ｒ２が、Ｈ及びＣ１−Ｃ６アルキルから選ばれ、及びＲ３及びＲ４が、同一であっても良く、又は異なっていても良く、及び相互に独立してＣ１−Ｃ６アルキルから選ばれる）との組み合わせであり、ここで式（ＩＩａ）は、Ｒ２が、Ｈ及びＣ１−Ｃ４アルキルから選ばれ、及びＲ３及びＲ４が、相互に独立してＣ１−Ｃ４アルキルから選ばれることが更に好ましい。最も好ましいものは、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、ビニレンカーボネート、及び／又はリチウムジフルオロ（オキサラト）ボラトと、以下のジメチルメチルホスホネート、ジエチルエチルホスホネート、ジメチルエチルホスホネート、及びジエチルメチルホスホネートから成る群から選ばれる１種以上の化合物との組み合わせであり、及び特に、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、及びジメチルメチルホスホネートの組み合わせ、ビニレンカーボネート及びジメチルメチルホスホネートの組み合わせ、及びリチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト及びジメチルメチルホスホネートの組み合わせである。化合物（Ｂ）と（Ｃ）の上述した組み合わせを含む電解質組成物（ｉｉｉ）を含む、本発明のリチウムイオン電池も好ましい。
【００４７】
電解質組成物（ｉｉｉ）は更に、化合物（Ｂ）とは異なる、少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）を含む。好ましくは、リチウム塩（Ｄ）は、一価の塩、すなわち一価のアニオンを有する塩、である。リチウム塩（Ｄ）は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、Ｌｉ２ＳｉＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡＣｌ４、及び一般式（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）ｍＸＬｉ
（但し、ｍとｎが以下ように定義される：
Ｘが酸素及び硫黄から選ばれる場合、ｍ＝１であり、
Ｘが窒素及びリンから選ばれる場合、ｍ＝２であり、
Ｘが炭素及びシリコンから選ばれる場合、ｍ＝３であり、
ｎが１から２０の整数である、）、
の塩、例えばＬｉＣ（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）３（但し、ｎが１から２０の整数である）、及びリチウムイミド類、例えばＬｉＮ（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）２（但し、ｎが１から２０の整数である）の塩から成る群から選ばれても良い。
【００４８】
好ましくは、リチウム塩（Ｄ）は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４及びＬｉＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３から選ばれ、及びより好ましくは、リチウム塩（Ｄ）は、ＬｉＰＦ６、及びＬｉＢＦ４から選ばれ、最も好ましくは、リチウム塩（Ｄ）は、ＬｉＰＦ６である。
【００４９】
化合物（Ｂ）とは異なる、少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）は通常、電解質組成物の合計質量に対して、少なくとも０．０１質量％、好ましくは少なくとも１質量％、及びより好ましくは少なくとも５質量％の最小限の濃度で存在する。
【００５０】
更に、本発明の電解質組成物は、少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）を含んでも良い。更なる添加剤（Ｅ）は、化合物（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）とは異なる、電解質用の添加剤から選ばれる。更なる添加剤（Ｅ）のための例は、２−及び４−ピリジン、環式エキソ−メチレンカーボネート、スルトン、無機酸の有機エステル、（１バールの圧力で３６℃の沸点を有する）環式及び非環式のアルカン、及び芳香族化合物である。
【００５１】
適切な芳香族化合物の例は、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、及び１，４−ジメトキシベンゼンである。
【００５２】
スルトン(sultone)は、置換されていても良く、置換されてなくても良い。適切なスルトンの例は、ブタンスルトン、及び以下に示すプロピレンスルトン（ＩＶ）である。
【００５３】
【化９】
0006290205.tif 000010
【００５４】
適切な環式エキソ−メチレンカーボネートの例は、式（Ｖ）
【化１０】
0006290205.tif 000011
（但し、
Ｒ１１及びＲ１２が、同一であっても良く、又は異なっていても良く、及び相互に独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、及び水素から選ばれる）
の化合物である。好ましくは、Ｒ８及びＲ９が、両方ともメチルである。Ｒ８及びＲ９が、両方とも水素であることも好ましい。好ましい環式エキソ−メチレンカーボネートは、メチレンエチレンカーボネートである。
【００５５】
更に、添加剤（Ｅ）は、非環式、又は環式アルカン類から選ばれても良く、好ましくは１バールの圧力で沸点が３６℃のアルカン類から選ばれて良い。このようなアルカン類の例は、シクロヘキサン、シクロヘプタン及びシクロドデカンである。
【００５６】
添加剤（Ｅ）として適切な更なる化合物は、無機酸の有機エステル、例えばリン酸又は硫酸のエチルエステル、又はメチルエステルである。
【００５７】
本発明の一実施の形態に従えば、電解質組成物は、少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）を含む。少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）が存在する場合、この最小限の濃度は、電解質組成物の合計質量に対して通常、少なくとも０．０１質量％である。
【００５８】
本発明に従う電解質組成物は好ましくは、実質的に水を有しておらず、すなわちこの電解質組成物は、好ましくは０から５０ｐｐｍの水、より好ましくは３から３０ｐｐｍの水、及び特に５から２５ｐｐｍの水を含む。「ｐｐｍ」という用語は、全体の電解質組成物の質量を１００万とした場合の部分を示している。
【００５９】
電解質組成物中に存在する水の量を測定するための種々の方法が、この技術分野の当業者にとって公知である。適切な方法は、Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ（ＤＩＮ５１７７７又はＩＳＯ７６０：１９７８にその詳細が記載されている）に従う滴定である。「０ｐｐｍ水」は、水の量が検知限界未満であることを示す。
【００６０】
本発明の一実施の形態に従えば、電解質組成物は、少なくとも１種の非プロトン性溶媒（Ａ）、少なくとも１種の化合物（Ｂ）、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、任意に少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）、任意に少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）、及び０から５０ｐｐｍの水以外の成分を含まない。
【００６１】
本発明の好ましい一実施の形態では、電解質組成物は、環式、及び非環式有機カーボネート類（ａ）から選ばれる、少なくとも２種の非プロトン性溶媒（Ａ）、リチウム（ビスオキサラト）ボラト、及びリチウムジフルオロ（オキサラト）ボラト、及びビニレンカーボネートから選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｂ）、ジメチルメチルホスホネートから選ばれる、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、ＬｉＢＦ４及びＬｉＰＦ６から選ばれる、少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）を含む。
【００６２】
Ｌｉイオン電池の好ましい一実施の形態に従えば、電解質組成物（ｉｉｉ）は、合計組成物の質量に対して、０．０８から４質量％の少なくとも１種の化合物（Ｂ）、及び０．０８から４質量％の少なくとも１種の化合物（Ｃ）、より好ましくは０．１５から３質量％の少なくとも１種の化合物（Ｂ）、及び０．１５から３質量％の少なくとも１種の化合物（Ｃ）を含む。このような少量の化合物（Ｃ）を、少量の化合物（Ｂ）と組み合わせて含む電解質は、上記電解質組成物を含むＬｉイオン電池の容量保持(capacity retention)に有利な効果を示す。
【００６３】
組成物の合計質量に対して、
５５から９９．５質量％、好ましくは６０から９５質量％、及びより好ましくは７０から９０質量％の少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）、
０．０１から５質量％未満、好ましくは０．０８から４質量％、及びより好ましくは０．１５から３質量％の少なくとも１種の化合物（Ｂ）、
０．０１から５質量％未満、好ましくは０．０８から４質量％、及びより好ましくは０．１５から３質量％の少なくとも１種の化合物（Ｃ）、
５から２５質量％、好ましくは５から２２質量％、及びより好ましくは５から１８質量％の少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）、
０から１０質量％、好ましくは０．０１から１０質量％、及びより好ましくは０．４から６質量％の少なくとも１種の更なる添加剤（Ｅ）、及び
０から５０ｐｐｍ、好ましくは３から３０ｐｐｍ、及びより好ましくは５から２５ｐｐｍの水、
を含む電解質組成物（ｉｉｉ）を含む、本発明のＬｉイオン電池も更に好ましい。
【００６４】
上述した電解質組成物（ｉｉｉ）を含む、本発明のＬｉイオン電池は、サイクリング安定性が改良されている。
【００６５】
本発明において、「リチウムイオン電池」は、再充電可能な電気化学電池であって、放電の間にリチウムイオンが、負極（アノード）から正極（カソード）へと移動し、及び充電の間にリチウムイオンが、正極から負極に移動する、すなわち電荷の移動がリチウムイオンによって行われる電気化学電池を意味する。通常、リチウムイオン電池は、カソード活性材料としてリチウムイオン含有遷移金属化合物、例えば（層構造を有する）遷移金属酸化物化合物、例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、及びＬｉＭｎＯ２、又はオリビン構造を有する遷移金属フォスフェイト、例えばＬｉＦｅＰＯ４、及びＬｉＭｎＰＯ４、又はリチウム電池技術の技術分野の当業者にとって公知のリチウム−マンガンスピネルを含むカソードを含む。
【００６６】
「カソード活性材料」という用語は、カソード中の電気化学的に活性な材料、例えば（電池の充電／放電の間にリチウムイオンを挿入／脱挿入する）遷移金属酸化物を意味する。電池の状態に依存して、すなわち充電状態又は放電状態に依存して、カソード活性材料は、多かれ少なかれリチウムイオンを含む。「アノード活性材料」という用語は、アノード中の電気化学的に活性な材料、例えば（電池の充電／放電の間にリチウムイオンを挿入／脱挿入する）カーボンを意味する。
【００６７】
本発明に従えば、リチウムイオン電池は、リチウムイオン含有遷移金属化合物中の遷移金属の合計質量に対して、マンガンの含有量が５０から１００質量％、好ましくはマンガンの含有量が５０から８０質量％のリチウムイオン含有遷移金属化合物から選ばれる、カソード活性材料を含む、カソードを含んでいる。このリチウムイオン含有遷移金属化合物は、遷移金属としてマンガンのみを含んでいいても良く、しかしマンガンと少なくとも１種の更なる遷移金属、又は少なくとも２種又は３種の更なる遷移金属を含んでいても良い。
【００６８】
遷移金属としてマンガンを含む、リチウムイオン含有遷移金属酸化物は、本発明では、少なきとも１種の遷移金属をカチオン状態で有するこれらの酸化物のみならず、少なくとも２種の遷移金属をカチオン状態で有するこれらの酸化物をも意味すると理解される。更に、本発明において、「リチウム含有遷移金属酸化物」という用語は、リチウムを含むことに加え、少なくとも１種の非遷移金属をカチオン状態で含む（例えば、アルミニウム又はカルシウム）化合物をも含む。
【００６９】
特定の実施の形態では、カソードでマンガンが＋４の形式的酸化状態で生じても良い。より好ましくは、カソード中のマンガンは、＋３．５から＋４の範囲の形式的酸化状態で生じても良い。
【００７０】
本発明の一実施の形態に従えば、リチウムイオン電池は、一杯に充電した場合、アノードに対して４．２Ｖを超えるセル電圧、好ましくはアノードに対して少なくとも４．３Ｖ、より好ましくは４．４Ｖ、更に好ましくは少なくとも４．５Ｖ、最も好ましくは少なくとも４．６Ｖ、及び特に少なくとも４．７Ｖのセル電圧を有する。
【００７１】
多くの元素が存在する。例えば、ナトリウム、カリウム、及び塩素が所定の極めて少ない割合で、実質的に全ての無機材料中で検知される。本願発明において、カチオン又はアニオンの０．１質量％未満の割合は無視される。従って、本発明では、ナトリウムを０．１質量％未満の量で含むリチウムイオン含有混合遷移金属酸化物は何れも、ナトリウム非含有であるとみなされる。対応して、本発明では、サルフェートイオン（硫酸塩イオン）を０．１質量％未満の量で含むリチウムイオン含有混合遷移金属酸化物は何れも、サルフェート非含有であるとみなされる。
【００７２】
本発明の一実施の形態では、リチウムイオン含有遷移金属化合物は、マンガン含有リチウム鉄フォスフェイトから、マンガン含有スピネル及び層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物、好ましくはマンガン含有スピネル及び層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物から選ばれる。層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物は、マンガンのみならず、少なくとも１種の更なる遷移金属も含む混合遷移金属酸化物であっても良い。
【００７３】
本発明の一実施の形態では、リチウムイオン含有遷移金属化合物は、リチウムの過化学量論的量を有する化合物から選ばれる。
【００７４】
本発明の一実施の形態では、リチウムイオン含有遷移金属化合物は、一般式（ＶＩ）
Ｌｉ１＋ｔＭ２−ｔＯ４−ｄ      （ＶＩ）
（但し、
ｄが０から０．４であり、
ｔが０から０．４であり、及び
Ｍが、Ｍｎ及び以下のＣｏとＮｉから成る群から選ばれる、少なくとも１種の更なる遷移金属であり、好ましくはＮｉとＭｎの組み合わせである）
のマンガン含有スピネルから選ばれ、又はリチウムイオン含有遷移金属化合物は、一般式（ＶＩＩ）
Ｌｉ（１＋ｙ）［ＮｉａＣｏｂＭｎｃ］（１−ｙ）Ｏ２    （ＶＩＩ）
（但し、
ｙが、０から０．３、好ましくは０．０５から０．２であり、及び
ａ、ｂ及びｃが同一であっても良く、又は異なっていても良く、及び独立して０から０．８であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である）
の層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物から選ばれる。
【００７５】
本発明の一実施の形態では、層構造を有するマンガン含有遷移金属酸化物は、［ＮｉａＣｏｂＭｎｃ］が、Ｎｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３、Ｎｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３、Ｎｉ０．４Ｃｏ０．３Ｍｎ０．４、Ｎｉ０．４Ｃｏ０．２Ｍｎ０．４、及びＮｉ０．４５Ｃｏ０．１０Ｍｎ０．４５から選ばれるものから選ばれる。
【００７６】
カソードは、１種以上の更なる成分を含んでいても良い。例えば、カソードは、導電性多形体中にカーボンを含んでいいても良く、このカーボンは例えば、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、又は上述した物質の２種以上の混合物から選ばれる。更に、カソードは、１種以上のバインダーを含んでいても良く、このバインダーは例えば、１種以上の有機ポリマー、例えばポリエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリイソプレン、及び以下のエチレン、プロピレン、スチレン、（メト）アクリロニトリル、及び１，３−ブタジエンから選ばれる、少なくとも２種のコモノマーのコポリマー、特にスチレン−ブタジエンコポリマー類、ビニリデンフルオリド（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、テトラフルオロエチレン及びビニリデンフルオリドのコポリマー、及びポリアクリルニトリルである。
【００７７】
本発明のＬｉイオン電池は更に、少なくとも１種のアノードを含む。本発明の一実施の形態では、アノードはアノード活性材料として、Ｌｉイオン挿入カーボンを含む。リチウムイオン挿入カーボンは、この技術分野の当業者にとって公知であり、例えばカーボンブラック、いわゆる硬質カーボン(hard carbon)（該硬質カーボンは、グラファイトに類似し、このグラファイトよりもアモルファス領域が大きいカーボンである）、及びグラファイトであり、アノードは、好ましくはグラファイトを含み、より好ましくはアノード活性材料は基本的にグラファイトから構成され、及び特に、アノードは基本的にグラファイトから構成される。アノードは、更なる成分、例えばバインダーを含んでも良く、該バインダーは、カソードについて上述したバインダーから選ばれても良い。
【００７８】
本発明のリチウムイオン電池は、それ自体は通常のものである更なる成分、例えばアウトプットコンダクター、セパレータ、ハウジング、ケーブルコネクション等を含んでも良い。アウトプットコンダクターは、金属ワイヤー、金属グリッド、金属メッシュ、エキスパンド金属、金属シート、又は金属ホイルの状態で形成されても良い。適切な金属ホイルは特に、アルミニウムホイルである。ハウジングは任意の形状、例えば立方体、又はシリンダー形状のものであって良い。他の実施の形態では、本発明の電気化学セルは、角柱の形状を有している。一変形例では、使用されるハウジングは、ポーチとして加工される金属プラスチック複合体フィルムである。
【００７９】
本発明のリチウムイオン電池は、約４．８Ｖまでの高電圧を与える、そして高いエネルギー密度、及び良好な安定性の点で顕著である。より特定的には、本発明のリチウムイオン電池は、繰り返されるサイクリングの過程で、容量（最大容量）の損失が極めて僅かなことで顕著である。本発明のリチウムイオン電池のいくつかは、相互に組み合わされても良く、例えば直列結合に、又は並列結合に組み合わされて良い。直列結合が好ましい。本発明は更に、上述した本発明のリチウムイオン電池を自動車、電気モーターによって作動する自転車、エアークラフト、船、又は固定状態でのエネルギー貯蔵に使用するための方法を提供する。
【００８０】
従って本発明は更に、本発明のリチウムイオン電池を装置、特にモバイル機器に使用するための方法を提供する。モバイル機器の例は、乗り物、例えば自動車、自転車、エアクラフト、又は水上での乗り物、例えばボート又は船である。モバイル機器の他の例は、携帯可能なもので、例えばコンピューター、特にラップトップ、電話、又は電動機器、例えば建設部門からのもの、特にドリル、電池作動のスクリュードライバー、又は電池作動のタッカーである。
【００８１】
更に本発明は、
（α）少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒、又は非プロトン性有機溶媒の混合物（Ａ）を用意する工程、
（β）任意に、１種以上の更なる添加剤（Ｅ）を加え、及び混合する工程、
（γ）乾燥させる工程、
（δ）少なくとも１種の化合物（Ｂ）、少なくとも１種の化合物（Ｃ）、及び少なくとも１種のリチウム塩（Ｄ）を加え、及び混合する工程、
（ε）少なくとも１つのアノード、及び少なくとも１つのカソードを用意し、及びリチウムイオン電池を組み立てる工程、
を含む、本発のリチウムイオン電池を製造するための方法を提供する。
【００８２】
工程（β）から（δ）は、上述した順序で行っても良いが、しかし工程（β）の前に工程（γ）を行うことも可能である。
【００８３】
溶媒又は溶媒混合物（Ａ）は、乾燥した状態で提供されても良く、例えば（Ａ）の質量に対して１から５０ｐｐｍの水分含有量で提供されても良く、又は（Ａ）はより高い水分含有量で提供されても良い。例えば融点が約３６℃のエチレンカーボネートを使用し、１種以上の更なる溶媒（Ａ）、例えばジエチルカーボネート、及び／又はメチルエチルカーボネートが加えられ、非プロトン性有機溶媒（Ａ）の混合物が得られる場合には、好ましくは、非プロトン性有機溶媒、又は非プロトン性有機溶媒の混合物（Ａ）は、液体状態で提供される。ジエチルカーボネート、又はメチルエチルカーボネートを加えることによって、融点が低下して良い。非プロトン性有機溶媒（Ａ）の混合物中の異なる溶媒の割合は、０℃以上で液体である混合物を得るように選択されることが好ましい。より好ましくは、非プロトン性有機溶媒（Ａ）の混合物中の異なる溶媒の割合は、１５℃以上で液体である混合物を得るように選択される。非プロトン性有機溶媒、又は非プロトン性有機溶媒の混合物（Ａ）が液体であるか否かは、目視検査で決定される。
【００８４】
本発明の一実施の形態では、工程（β）及び（δ）は、１０から１００℃の温度、好ましくは室温、例えば２０から３０℃で行われる。本発明の他の実施の形態に従えば、工程（β）及び（δ）での混合は、電解質組成物に使用される全ての溶媒（Ａ）の最も高い融点を有する溶媒の融点よりも、少なくとも１℃高い温度で行われることが好ましい。混合するための温度の限界は、電解質組成物に使用される、揮発性が最も高い溶媒（Ａ）である溶媒（Ａ）の揮発度によって決定することができる。好ましくは、混合は、電解質組成物に使用される、揮発性の最も高い溶媒（Ａ）の沸点未満で行われる。
【００８５】
混合は通常、無水条件下に行われ、例えば不活性雰囲気下、又は乾燥空気下に行われ、好ましい混合は、乾燥窒素雰囲気下、又は乾燥希ガス雰囲気下に行われる。
【００８６】
工程（γ）では乾燥が行われ、この乾燥は例えば、少なくとも１種の非プロトン性溶媒（Ａ）又は非プロトン性溶媒（Ａ）の少なくとも１種の混合物、又は得られた混合物を少なくとも１つのイオン交換器、又は好ましくは分子篩を介して乾燥させ、そして乾燥した溶媒／溶媒混合物をイオン交換器又は分子篩から分離することによって行われる。少なくとも１種の非プロトン性有機溶媒（Ａ）又は有機溶媒（Ａ）の少なくとも１種の混合物を工程（α）に提供する前に、すなわち工程（α）の前に工程（γ）行うのに、各溶媒（Ａ）を、個別の乾燥させることも可能である。本発明の一実施の形態は、工程（γ）を４から１００℃の範囲、好ましくは１５から４０℃の範囲、およびより好ましくは２０から３０℃の範囲で行うことを含む。本発明の一実施の形態では、イオン交換器又は分子篩が溶媒混合物上で作動する時間は、数分間、例えば少なくとも５分から数日間、好ましくは２４時間以内、及びより好ましくは１から６時間の範囲である。工程（γ）を、何れかのリチウム含有化合物、例えば化合物（Ｂ）又はリチウム塩（Ｄ）を加える前に行うことが好ましい。
【００８７】
工程（ε）では、少なくとも１つのアノード、及び少なくとも１つのカソードが提供され、及びリチウムイオン電池が組み立てられる。このことは、電解質組成物（ｉｉｉ）を加えることを含む。リチウムイオン電池の組み立ては、この技術分野の当業者にとって公知である。
【００８８】
以下に、本発明を実施例を使用して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８９】
Ａ）電解質組成物：
比較電解質組成物１（ＣＥＣ１）：
電池グレード溶媒エチレンカーボネート（ＥＣ）及びエチル−（メチル）−カーボネート（ＥＭＣ）を、体積割合３：７で溶媒（Ａ）として使用した。リチウム塩（Ｄ）として、電池グレードヘキサフルオロフォスフェイト（ＬｉＰＦ６）を１．０Ｍの濃度で使用した。
【００９０】
比較電解質組成物２（ＣＥＣ２）：
リチウムビス（オキサラト）ボラト（ＬｉＢＯＢ）をＣｈｅｍｅｔａｌｌから購入した。電解質ＣＥＣ１（１．０Ｍ ＬｉＰＦ６ ＥＣ／ＥＭＣ（３／７，ｖ／ｖ））に、０．５質量％ＬｉＢＯＢ、及び１質量％ビニレンカーボネート（ＶＣ）を加えた。
【００９１】
比較電解質組成物３（ＣＥＣ３）：
ジメチルメチルホスホネート（ＤＭＭＰ）を蒸留し、そして使用する前に４Å分子シーズ(4Å molecule seizes)を浸した。電解質組成物ＣＥＣ１に、１質量％のＤＭＭＰを加えた。
【００９２】
比較電解質組成物４（ＣＥＣ４）：
リチウムビス（オキサラト）ボラト（ＬｉＢＯＢ）をＣｈｅｍｅｔａｌｌから購入した。０．５質量％のＬｉＢＯＢを電解質組成物ＣＥＣ１に加えた。
【００９３】
本発明の電解質組成物１（ＩＥＣ１）：
ジメチルメチルホスホネート（ＤＭＭＰ）を蒸留し、そして使用する前に４Å分子シーズ(4Å molecule seizes)を浸し、及びＬｉＢＯＢを電解質組成物ＣＥＣ１（１．０Ｍ ＬｉＰＦ６ ＥＣ／ＥＭＣ（３／７、ｖ／ｖ））に加え、１質量％のＤＭＭＰ及び０．５質量％のＬｉＢＯＢを含む、本発明の電解質組成物を得た。
【００９４】
本発明の電解質組成物２（ＩＥＣ２）：
ジメチルメチルホスホネート（ＤＭＭＰ）を蒸留し、そして使用する前に４Å分子シーズ(4Å molecule seizes)を浸した。ビニレンカーボネート（ＶＣ）及びＤＭＭＰを電解質ＣＥＣ１（１．０Ｍ ＬｉＰＦ６ ＥＣ／ＥＭＣ（３／７、ｖ／ｖ））に加え、０．５質量％ＶＣ及び１質量％のＤＭＭＰの濃度を得た。
【００９５】
本発明の電解質組成物３（ＩＥＣ３）：
ＩＥＣ３を、ＬｉＢＯＢの替りにリチウムジフルオロオキサラトボラト（ＬｉＤＦＯＢ）を使用したことを差異として、ＩＥＣ−１のように製造した。
【００９６】
【表１】
0006290205.tif 000012
【００９７】
Ｂ）ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４からの遷移金属の分解(dissolution)
ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４をＢＡＳＦから入手した。熱的貯蔵用の試料を、高純度アルゴンで満たしたグローブ・ボックス内で製造した。バイアル瓶に０．１ｇのＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４粉を挿入し、次に２ｍＬ ＣＥＣ１及びＩＥＣ１をそれぞれ加えた。バイアル瓶を、減圧下にフレームシール(flame sealed)した。シール個所近傍のバイアル瓶壁の汚染を回避するように注意がなされた。シールされた試料を５５℃で２週間保管した。熱的貯蔵の前と後で試料を計量し、シールを確認した。熱的貯蔵の後、アルゴンで満たされたグローブ・ボックス内でバイアル瓶を開いた。固体のＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４試料をそれぞれの電解質から分離し、そしてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）で３回洗浄し、次に真空内で乾燥させた。残留した電解質溶液をＩＣＰ−ＭＳ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ−ｐｌａｓｍａ ｍａｓｓ−ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を使用して分析し、Ｍｎ及びＮｉの含有量を測定した。結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
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【００９９】
Ｃ）サイクリング性能
カソード電極を８９％のＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、６％導電性カーボン、及び５％ＰＶＤＦで構成した。グラファイトアノード、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４カソード、及びＣｅｌｇａｒｄ２３２５セパレーターを使用して２０３２−タイプコイン電池を組み立てた。各電池は、３０μＬの電解質組成物を含んでいた。セルを、一定電流−一定電圧充電及び一定電流放電でサイクルしたが、これは３．５から４．９Ｖの間で行われ、及びＡｒｂｉｎ ＢＴ２０００ｃｙｃｌｅｒを使用したもので、次の手順に従っている：Ｃ／２０で第１サイクル；Ｃ／１０で第２及び第３サイクル；Ｃ／５で残りのサイクル。室温で５０サイクルを行い、次に５５℃で２０サイクルを行った。全ての電池を３つぞろいで作成し、そして再現性の有るデーターが得られた。結果を表３に示す。
【０１００】
【表３】
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【０１０１】
室温では、本発明の電解質組成物を有する電池は、比較電解質を有する電池と比較して、より良好なサイクリング性能、放電容量、及びクーロン効率を示した。
【０１０２】
表４に、ＣＥＣ１、ＣＥＣ３、ＣＥＣ４、及びＩＥＣ１を有する電池の室温でのサイクリング性能を示した。サイクリング手順は、上述した手順と同様であった。
【０１０３】
【表４】
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【０１０４】
表４に見られるように、ＬｉＢＯＢ及びＤＭＭＰの本発明の組み合わせは、添加剤を有していない電解質組成物、及びそれぞれの添加剤を１個だけ含んでいる電解質組成物と比較して、室温において、より高い容量保持を示した。