特表 2025-505532 リチウムイオン電池、電池と電力消費装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-28

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池、電池と電力消費装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/052 20100101AFI20250220BHJP

   H01M 10/0568 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 4/525 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 4/505 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 10/0567 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 10/0569 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 4/587 20100101ALI20250220BHJP

   H01M 4/38 20060101ALI20250220BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20250220BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20250220BHJP

【ＦＩ】

H01M10/052

H01M10/0568

H01M4/525

H01M4/505

H01M10/0567

H01M10/0569

H01M4/587

H01M4/38 Z

H01M4/36 E

H01M4/13

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024543966

(86)(22)【出願日】2024-02-05

(85)【翻訳文提出日】2024-07-24

(86)【国際出願番号】 CN2024075983

(87)【国際公開番号】W WO2024153255

(87)【国際公開日】2024-07-25

(31)【優先権主張番号】202311422403.0

(32)【優先日】2023-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】513196256

【氏名又は名称】寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ａｍｐｅｒｅｘ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２，Ｘｉｎｇａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｗａｎ Ｔｏｗｎ，Ｊｉａｏｃｈｅｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｎｉｎｇｄｅ Ｃｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ ３５２１００

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ ▲則▼利

(72)【発明者】

【氏名】▲韓▼ 昌隆

(72)【発明者】

【氏名】姜 彬

(72)【発明者】

【氏名】郭 ▲潔▼

【テーマコード（参考）】

5H029

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H029AJ05

5H029AK03

5H029AL06

5H029AL11

5H029AM03

5H029AM07

5H029DJ17

5H029HJ01

5H029HJ02

5H029HJ03

5H029HJ08

5H029HJ12

5H050AA07

5H050BA17

5H050CA08

5H050CB02

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB11

5H050CB29

5H050EA10

5H050EA23

5H050EA24

5H050EA28

5H050FA19

5H050HA01

5H050HA02

5H050HA03

5H050HA08

5H050HA12

(57)【要約】

本出願は、リチウムイオン電池、電池と電力消費装置に関し、前記リチウムイオン電池は、電解液及び正極極板を含み、電解液は、リチウム塩を含み、リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウムを含み、ヘキサフルオロリン酸リチウムの、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、正極極板は、正極集電体と正極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ正極活物質を含有する正極膜層とを含み、正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｑ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ＜１であり、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｑ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含む。本出願は、リチウムイオン電池のサイクル性能を改善することができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウムイオン電池であって、
電解液であって、リチウム塩を含み、前記リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウムを含み、前記ヘキサフルオロリン酸リチウムの、前記電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％である電解液と、
正極極板であって、正極集電体及び前記正極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ正極活物質を含有する正極膜層を含み、前記正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｑ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ＜１、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｑ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含む正極極板とを含む、リチウムイオン電池。

【請求項2】

Ｍ元素は、Ｔｉ及びＺｒのうちの少なくとも一つの元素を含み、
前記電解液は、第一の添加剤を含み、前記第一の添加剤は、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ及びテトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のリチウムイオン電池。

【請求項3】

Ｍ元素は、Ｔｉ及びＺｒ元素を含む、請求項２に記載のリチウムイオン電池。

【請求項4】

前記電解液の総質量を基準として、前記第一の添加剤の質量含有量は、３０ｐｐｍから１２００ｐｐｍであり、
前記正極活物質の総質量を基準として、Ｔｉ元素の質量含有量は、１００ｐｐｍから６００ｐｐｍであり、及び／又は
前記正極活物質の総質量を基準として、Ｚｒ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから２５５０ｐｐｍである、請求項２又は３に記載のリチウムイオン電池。

【請求項5】

前記正極活物質は、単結晶粒子を含み、前記単結晶粒子は、内領域及び外領域を含み、前記外領域は、前記単結晶粒子の外面におけるいずれか点から前記単結晶粒子の内部に直接向かって５００ｎｍ延伸する領域であり、
Ｍ元素は、少なくとも前記外領域に分布しているＡｌ元素を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項6】

前記電解液は、第二の添加剤を含み、前記第二の添加剤は、ジフルオロリン酸リチウムを含む、請求項５に記載のリチウムイオン電池。

【請求項7】

前記正極活物質の総質量を基準として、Ａｌ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍであり、
前記電解液の総質量を基準として、前記第二の添加剤の質量含有量は、１００ｐｐｍから３０００ｐｐｍである、請求項６に記載のリチウムイオン電池。

【請求項8】

Ｍ元素は、Ｐ、Ｓ及びＢのうちの少なくとも一つの元素をさらに含み、ここで、Ｐ、Ｓ及びＢ元素のうちの少なくとも一つは、前記外領域に分布し、
前記電解液は、第三の添加剤を含み、前記第三の添加剤は、フルオロスルホン酸リチウムを含む、請求項５から７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項9】

前記正極活物質の総質量を基準として、Ｐ、Ｓ及びＢ元素の総質量含有量は１０ｐｐｍから８００ｐｐｍであり、
前記電解液の総質量を基準として、前記第三の添加剤の質量含有量は、５０ｐｐｍから２００ｐｐｍである、請求項８に記載のリチウムイオン電池。

【請求項10】

前記電解液は、環状カーボネートを含み、前記電解液の総質量を基準として、前記環状カーボネートの質量含有量と前記ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比は（０．６０から２．５０）：１である、請求項１から９のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項11】

前記電解液の総質量を基準として、前記環状カーボネートの質量含有量と前記ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比は、（１．００から１．６５）：１である、請求項１０に記載のリチウムイオン電池。

【請求項12】

前記電解液の総質量を基準として、前記環状カーボネートの質量含有量は、２０％から３０％であり、及び／又は
前記環状カーボネートは、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のうちの少なくとも一つを含む、請求項１０又は１１に記載のリチウムイオン電池。

【請求項13】

前記リチウムイオン電池は、負極極板をさらに含み、前記負極極板は、負極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ負極活物質を含有する負極膜層を含み、前記負極活物質は、炭素元素及びケイ素元素を含み、前記負極活物質の総質量を基準として、前記ケイ素元素の質量含有量と前記炭素元素の質量含有量との比は、（０．３：９９．７）から（３：９７）である、請求項１から１２のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項14】

前記電解液は、フッ素化環状カーボネートを含み、前記フッ素化環状カーボネートの、前記電解液の総質量に対する質量含有量と、前記ケイ素元素の質量含有量との比は、（０．５から９．５）：１である、請求項１３に記載のリチウムイオン電池。

【請求項15】

前記フッ素化環状カーボネートの、前記電解液の総質量に対する質量含有量と、前記ケイ素元素の質量含有量との比は、（１から２）：１である、請求項１４に記載のリチウムイオン電池。

【請求項16】

前記電解液の総質量を基準として、前記フッ素化環状カーボネートの質量含有量は、０．９５％から５．８％であり、及び／又は
前記フッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣ、ビスフルオロエチレンカーボネートＤＦＥＣ、トリフルオロプロピレンカーボネートＴＦＰＣとのうちの少なくとも一つを含む、請求項１４又は１５に記載のリチウムイオン電池。

【請求項17】

前記電解液の総質量を基準として、前記フッ素化環状カーボネートの質量含有量は、１．５％から３％であり、及び／又は
前記フッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣを含む、請求項１６に記載のリチウムイオン電池。

【請求項18】

前記正極膜層の圧密密度と前記負極膜層の圧密密度との比は、（２から２．５）：１である、請求項１３から１７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項19】

前記電解液は、第四の添加剤をさらに含み、前記第四の添加剤は、１，３－プロパンスルトンＰＳ、ビニレンカーボネートＶＣとフルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆのうちの少なくとも一つを含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池。

【請求項20】

前記電解液の総質量を基準として、前記１，３－プロパンスルトンＰＳの質量含有量は、０．１％から１％であり、及び／又は
前記電解液の総質量を基準として、前記ビニレンカーボネートＶＣの質量含有量は、０．１％から１％である、請求項１９に記載のリチウムイオン電池。

【請求項21】

請求項１から２０のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池を含む、電池。

【請求項22】

請求項２１に記載の電池を含む、電力消費装置。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０２３年１０月３０日に提出された、名称が「リチウムイオン電池、電池と電力消費装置」である中国特許出願２０２３１１４２２４０３．０の優先権を主張しており、同出願の内容の全ては、ここに参照として取り込まれる。

【技術分野】

【0002】

本出願は、リチウムイオン電池、電池と電力消費装置に関する。

【背景技術】

【0003】

リチウムイオン電池は、容量が高く、寿命が長いなどの特性を有するため、電子機器、例えば携帯電話、ノートパソコン、バッテリ車、電気自動車、電気飛行機、電気汽船、電動玩具自動車、電動玩具汽船、電動玩具飛行機と電動工具などに広く応用されている。リチウムイオン電池は、大きな進展を遂げているため、リチウムイオン電池の性能に対してより高い要求が提起されている。

【0004】

しかしながら、現在リチウムイオン電池のサイクル性能は、依然として低い。

【発明の概要】

【0005】

本出願は、リチウムイオン電池、電池と電力消費装置を提供し、本出願に記載のリチウムイオン電池のサイクル性能は、比較的低い。

【0006】

第一の態様によれば、本出願の実施形態は、リチウムイオン電池を提供し、前記リチウムイオン電池は、電解液及び正極極板を含み、電解液は、リチウム塩を含み、リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウムを含み、ヘキサフルオロリン酸リチウムの、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、正極極板は、正極集電体と正極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ正極活物質を含有する正極膜層とを含有し、正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｑ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ＜１、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｑ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含む。

【0007】

これにより、本出願の実施形態における正極活物質のニッケル元素含有量は、比較的高く、正極活物質構造の安定性を向上させるために、本出願の実施形態の正極活物質は、Ｍ元素をさらに含み、Ｍ元素の導入は、正極活物質結晶構造の安定性を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、しかしサイクルの進行に伴い、正極活物質における金属元素及び非金属元素は、いずれも溶出するリスクがあり、溶出した金属元素及び非金属元素は、電解液を介して負極極板の表面に移動することができ、負極極板の表面の固体電解質界面（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ、ＳＥＩ）膜を破壊し、且つ負極極板の表面に金属単体として析出する可能性があり、それによりサイクル性能を悪化させ、本出願の実施形態は、さらに高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせ、ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ_６の、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムは、正極活物質の表面にフッ化リチウムＬｉＦを主な膜成分とする保護層を形成することができ、それにより金属元素及び非金属元素の溶出をある程度緩和し、リチウムイオン電池のサイクル性能をさらに改善することができる。

【0008】

いくつかの実施形態では、Ｍ元素は、Ｔｉ及びＺｒのうちの少なくとも一つの元素を含み、電解液は、第一の添加剤を含み、第一の添加剤は、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ及びテトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４のうちの少なくとも一つを含む。

【0009】

これにより、リチウムイオン電池のサイクル後期において、正極活物質における金属イオン例えばＴｉ及びＺｒイオンは、電解液に溶出し且つ負極極板の表面に移動するリスクを有し、第一の添加剤は、フッ素イオン及びホウ素イオンを含み、フッ素イオン及びホウ素イオンは、上記金属イオンと比較的強い結合能力を有し、金属イオンが負極極板の表面に移動するリスクを低減させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、且つＴｉ及びＺｒイオンは、材料の構造安定性を向上させることができるが、リチウムイオンの結晶格子内における伝導に悪影響を与えてパワーの劣化を引き起こす可能性があり、第一の添加剤は、さらにＴｉ及びＺｒイオンによるパワーの劣化を補うことができる。

【0010】

いくつかの実施形態では、Ｍ元素は、Ｔｉ及びＺｒ元素を含む。ＭがＴｉ及びＺｒ元素を同時に含む場合、二種類の元素を併用し、材料構造をさらに安定させ、サイクル性能を向上させることができる。

【0011】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｔｉ元素の質量含有量は、１００ｐｐｍから６００ｐｐｍであり、及び／又は正極活物質の総質量を基準として、Ｚｒ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから２５５０ｐｐｍであり、電解液の総質量を基準として、第一の添加剤の質量含有量は、３０ｐｐｍから１２００ｐｐｍであり、選択的に１００ｐｐｍから４００ｐｐｍである。

【0012】

いくつかの実施形態では、正極活物質は、単結晶粒子を含み、単結晶粒子は、内領域及び外領域を含み、外領域は、単結晶粒子の外面におけるいずれか点から単結晶粒子の内部に直接向かって５００ｎｍ延伸する領域であり、Ｍ元素は、Ａｌ元素を含み、Ａｌ元素は、少なくとも外領域に分布している。アルミニウムＡｌ元素は、少なくとも外領域に分布し、正極活物質に酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を形成することに役立ち、正極活物質と電解液との間の副反応を不動態化し、正極活物質構造の安定性をさらに向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができる。

【0013】

いくつかの実施形態では、電解液は、第二の添加剤を含み、第二の添加剤は、ジフルオロリン酸リチウムを含む。ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２は、正極活物質におけるＡｌ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0014】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ａｌ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍであり、電解液の総質量を基準として、第二の添加剤の質量含有量は、１００ｐｐｍから３０００ｐｐｍである。

【0015】

いくつかの実施形態では、Ｍ元素は、Ｐ、Ｓ及びＢのうちの少なくとも一つの元素をさらに含み、ここで、Ｐ、Ｓ及びＢ元素のうちの少なくとも一つは、外領域に分布し、電解液は、第三の添加剤を含み、第三の添加剤は、フルオロスルホン酸リチウムを含む。リンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素は、酸素層に吸蔵し、リチウムを安定させる作用を果たし、これにより正極活物質構造の安定性を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができる。

【0016】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｐ、Ｓ及びＢ元素の総質量含有量は、１０ｐｐｍから８００ｐｐｍであり、電解液の総質量を基準として、第三の添加剤の質量含有量は、５０ｐｐｍから２００ｐｐｍである。第三の添加剤は、正極活物質におけるリンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを低下させ、界面パワーを向上させることができる。

【0017】

いくつかの実施形態では、電解液は、環状カーボネートを含み、電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量とヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比は、（０．６０から２．５０）：１であり、選択的に（１．００から１．６５）：１である。環状カーボネートの質量含有量とヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比が上記範囲にある場合、ヘキサフルオロリン酸リチウムからより多くのリチウムイオンを十分に解離させることに有利であり、それにより低ＳＯＣの放電末期においても、電解液系により多くのリチウムイオンを含有させることができ、且つリチウムイオンを電池反応の進行に伴って連続的に解離させることができ、電池のパワー性能を改善する。

【0018】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量は、２０％から３０％であり、及び／又は環状カーボネートは、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のうちの少なくとも一つを含む。環状カーボネートは、誘電率が高く、イオン伝導率が高く、負極活物質の表面に安定したＳＥＩ膜を形成することができる。

【0019】

いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池は、負極極板をさらに含み、負極極板は、負極集電体及び負極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ負極活物質を含有する負極膜層を含有し、負極活物質は、炭素元素及びケイ素元素を含み、負極活物質の総質量を基準として、ケイ素元素の質量含有量と炭素元素の質量含有量との比は、（０．３：９９．７）から（３：９７）である。

【0020】

これにより、負極活物質は、同時に炭素系材料及びシリコン系材料を含み、炭素系材料に比べて、シリコン系材料のリチウム放出電圧プラトーが比較的高いため、そのため低ＳＯＣ下（例えばＳＯＣ≦１０％）でもシリコン系材料は、依然として放電に関与し続けることができ、炭素系材料が低ＳＯＣで放電しにくい／放電し続けることができないという不足を補い、電池の放電過程における直流内部抵抗ＤＣＲを改善し、さらに電池の放電過程におけるパワー性能を改善する。本出願の実施形態の電解液は、さらに１５％から２０％のヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせて使用し、電解液と負極との協同作用により、電池の放電末期のパワー性能を向上させる。

【0021】

いくつかの実施形態では、電解液は、フッ素化環状カーボネートを含み、フッ素化環状カーボネートの、電解液の総質量に対する質量含有量と、ケイ素元素の質量含有量との比は、（０．５から９．５）：１であり、選択的に（１から２）：１である。

【0022】

これにより、フッ素化環状カーボネートは、負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、膜成分と特性を改善し、負極活物質を効果的に保護することができ、特に負極がケイ素を含有する場合、ケイ素が膨張する特性のため、ＳＥＩ膜形成の膜組成をより最適化する必要があり、膜組成の最適化は、電解液における膜形成添加剤の相対比率を調節することによって調節し、フッ素化環状カーボネートが形成する膜に関与してＳＥＩ膜の柔軟性を向上させることができ、放電末期にケイ素が短時間で大量のリチウムイオンを放出することによる構造崩壊を改善することができ、且つフッ素化環状カーボネートは、一定の脱溶媒能力を有し、リチウムイオンの移動に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善し、放電パワーを向上させることができる。

【0023】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、フッ素化環状カーボネートの質量含有量は、０．９５％から５．８％であり、選択的に１．５％から３％であり、及び／又はフッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣ、ビスフルオロエチレンカーボネートＤＦＥＣ、トリフルオロプロピレンカーボネートＴＦＰＣのうちの少なくとも一つを含み、選択的に、フッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣを含む。

【0024】

いくつかの実施形態では、正極膜層の圧密密度と負極膜層の圧密密度との比は、（２から２．５）：１である。選択的に、正極膜層の圧密密度が３．０ｇ／ｃｍ^３から３．５ｇ／ｃｍ^３であり、負極膜層の圧密密度が１．３ｇ／ｃｍ^３から１．７ｇ／ｃｍ^３である。

【0025】

いくつかの実施形態では、電解液は、第四の添加剤をさらに含み、第四の添加剤は、１，３－プロパンスルトンＰＳ、ビニレンカーボネートＶＣとフルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆのうちの少なくとも一つを含む。上記成分は、基本的に負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、ＳＥＩ膜は、シリコン系材料の膨張を効果的に緩和することができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、１，３－プロパンスルトンＰＳの質量含有量は、０．１％から１％であり、及び／又は前記電解液の総質量を基準として、ビニレンカーボネートＶＣの質量含有量は、０．１％から１％であり、及び／又は前記電解液の総質量を基準として、フルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆの質量含有量は、０．１％から１％である。

【0027】

第二の態様によれば、本出願は、本出願の第一の態様のいずれかの実施形態に記載のリチウムイオン電池を含む電池をさらに提供する。

【0028】

第三の態様によれば、本出願は、電力消費装置をさらに提供し、この電力消費装置は、本出願の第二の態様のいずれか一つの実施形態に記載の電池を含む。

【図面の簡単な説明】

【0029】

本出願の実施例の技術案をより明瞭に説明するために、以下は、本出願の実施例において使用される必要のある図面を簡単に紹介し、自明なことに、以下の記述における図面は、ただ本出願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払わない前提で、図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

【図1】本出願のリチウムイオン電池の一実施形態の概略図である。

【図2】図１のリチウムイオン電池の実施形態の分解概略図である。

【図3】本出願の電池モジュールの一実施形態の概略図である。

【図4】本出願の電池パックの一実施形態の概略図である。

【図5】図４に示す電池パックの実施形態の分解概略図である。

【図6】本出願のリチウムイオン電池を電源とする電力消費装置を含む一実施形態の概略図である。 図面は必ずしも実際の縮尺で描かれていない。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を適当に参照しながら、本出願のリチウムイオン電池、電池と電力消費装置を具体的に開示した実施形態を詳細に説明する。しかしながら、必要のない詳細な説明を省略する場合がある。例えば、周知の事項に対する詳細な説明、実際に同じである構造に対する繰り返し説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを回避し、当業者に容易に理解させるためである。なお、図面及び以下の説明は、当業者に本出願を十分に理解させるために提供されるものであり、特許請求の範囲に記載されたテーマを限定することを意図するものではない。

【0031】

本出願に開示された「範囲」は、下限と上限の形式で限定され、与えられた範囲は、一つの下限と一つの上限を選定することで限定されるものであり、選定された下限と上限は、特定の範囲の境界を限定した。このように限定される範囲は、限度値を含むものか又は含まないものであってもよく、且つ任意の組み合わせが可能であり、即ち任意の下限は、任意の上限と組み合わせて、一つの範囲を形成してもよい。例えば、特定のパラメータに対して６０から１２０と８０から１１０の範囲がリストアップされている場合、６０から１１０と８０から１２０の範囲も想定できると理解される。なお、最小範囲値として１と２がリストアップされており、最大範囲値として３、４及び５がリストアップされている場合、１から３、１から４、１から５、２から３、２から４と２から５というような範囲がすべて想定できる。本出願では、特に断りのない限り、数値範囲「ａからｂ」は、ａからｂの間のいずれかの実数の組み合わせの短縮表現を表し、ここで、ａとｂはいずれも実数である。例えば、数値範囲「０から５」は、本明細書においてすでに「０から５」の間のすべての実数をリストアップしたことを表し、「０から５」は、これらの数値の組み合わせの短縮表現だけである。また、あるパラメータを≧２の整数として表現すると、このパラメータが例えば整数２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２などであることを開示していることに相当する。

【0032】

特に説明しない場合、本出願のすべての実施形態及び選択的な実施形態は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成することができる。

【0033】

特に説明しない場合、本出願のすべての技術的特徴及び選択的な技術的特徴は、互いに組み合わせて新たな技術案を形成することができる。

【0034】

特に説明しない場合、本出願のすべてのステップは、順番に行われてもよく、ランダムに行われてもよく、好ましくは、順番に行われる。例えば、前記方法がステップ（ａ）と（ｂ）とを含むことは、前記方法が、順番に行われるステップ（ａ）と（ｂ）とを含んでもよく、順番に行われるステップ（ｂ）と（ａ）とを含んでもよいことを表す。例えば、以上に言及された前記方法がステップ（ｃ）をさらに含んでもよいことは、ステップ（ｃ）が任意の順序で前記方法に追加されてもよいことを表し、例えば前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を含んでもよく、ステップ（ａ）、（ｃ）及び（ｂ）を含んでもよく、ステップ（ｃ）、（ａ）及び（ｂ）などを含んでもよい。

【0035】

充放電電池は、一般的にイオン型電池及び金属型電池を含み、金属型電池は、例えばリチウム金属電池及びナトリウム金属電池の場合、その負極の活性性が比較的高く、デンドライトを生成するリスクが比較的高くて、電池の使用信頼性が比較的低くなる。イオン型電池は、比較的高い使用信頼性を有するため広く応用されている。

【0036】

リチウムイオン電池は、一般的に電極アセンブリ及び電解液を含み、電極アセンブリは、正極極板、負極極板及びセパレータを含み、セパレータは、正極極板と負極極板との間に設けられて正極極板と負極極板を隔離し、正極極板は、正極活物質を含有する正極膜層を含み、正極活物質は、リチウムイオン電池がリチウムイオンを提供する供与体であり、負極極板は、負極活物質を含有する負極膜層を含み、負極活物質は、リチウムイオンの受容体とすることができ、電解液は、リチウムイオンの正極極板と負極極板との間の移動経路を提供する。

【0037】

リチウムイオン電池のエネルギー密度を向上させるために、一般的に容量が比較的高い正極活物質を用い、例えば正極活物質におけるニッケル元素含有量を向上させるが、ニッケル元素含有量の増加に伴い、正極活物質は、サイクル過程において構造が微小亀裂を生成しやすく、正極活物質構造の破壊ひいては崩壊を引き起こし、特にサイクル後期では、正極活物質の累積破壊度が増大して、サイクル性能が悪くなる。

【0038】

上記問題に鑑み、本出願の実施形態は、リチウムイオン電池を提供し、このリチウムイオン電池の正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｙ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ≦１、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｙ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含み、この正極活物質のニッケル元素含有量が比較的高く、正極活物質構造の安定性を向上させるために、本出願の実施形態の正極活物質は、Ｍ元素をさらに含み、Ｍ元素の導入は、正極活物質結晶構造の安定性を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、しかしサイクルの進行に伴い、正極活物質における金属元素及び非金属元素は、いずれも溶出するリスクがあり、溶出した金属元素及び非金属元素は、電解液を介して負極極板の表面に移動してサイクル寿命を劣化させることができ、本出願の実施形態は、さらに高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせ、ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ_６の、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムは、正極活物質の表面にフッ化リチウムＬｉＦを主な膜成分とする保護層を形成することができ、それにより金属元素及び非金属元素の溶出をある程度緩和し、リチウムイオン電池のサイクル性能をさらに改善することができる。次に本出願の技術案について詳細に説明する。

【0039】

リチウムイオン電池
第一の態様によれば、本出願の実施形態は、リチウムイオン電池を提供し、リチウムイオン電池は、電解液及び正極極板を含み、電解液は、リチウム塩を含み、リチウム塩は、ヘキサフルオロリン酸リチウムを含み、ヘキサフルオロリン酸リチウムの、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、正極極板は、正極集電体と正極集電体の少なくとも一方側に設けられ且つ正極活物質を含有する正極膜層とを含有し、正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｑ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ＜１、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｑ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含む。

【0040】

正極活物質のニッケル元素含有量が比較的高く、正極活物質構造の安定性を向上させ又は正極活物質の電気性能に有利な他の特性を改善するために、本出願の実施形態の正極活物質は、Ｍ元素をさらに含み、Ｍ元素の導入は、正極活物質結晶構造の安定性を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、しかしサイクルの進行に伴い、正極活物質における金属元素及び非金属元素は、いずれも溶出するリスクがあり、溶出した金属元素及び非金属元素は、電解液を介して負極極板の表面に移動することができ、負極極板の表面の固体電解質界面（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ、ＳＥＩ）膜を破壊し、且つ負極極板の表面に金属単体として析出する可能性があり、それによりサイクル性能を悪化させ、本出願の実施形態は、さらに高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせ、ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ_６の、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムは、正極活物質の表面にフッ化リチウムＬｉＦを主な膜成分とする保護層を形成することができ、それにより金属元素及び非金属元素の溶出をある程度緩和し、リチウムイオン電池のサイクル性能をさらに改善することができる。

【0041】

ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量が１５％よりも小さい場合、正極活物質の表面に対する保護性能が弱まり、そのため、ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量を１５％以上に調節する必要があり、ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量が２０％よりも大きい場合、電解液の粘度を顕著に向上させ、負極活物質のバルク内部から表面へのリチウムイオンの移動に不利であり、負極表面から正極表面へのリチウムイオンの移動速度を遅らせ、負極活物質の表面から負極活物質バルクへのリチウムイオンの移動に不利であり、サイクル性能の向上に不利であり、そのため、ヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量を２０％以下に調節する必要があり、例示的に、ヘキサフルオロリン酸リチウムの、電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％、１５．５％、１６％、１６．５％、１７％、１７．５％、１８％、１８．５％、１９％、１９．５％、２０％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0042】

［正極極板］
いくつかの実施形態では、正極極板は、正極集電体及び正極集電体の少なくとも一方側に設置され且つ正極活物質を含む正極膜層を含む。例えば、正極集電体は、自体の厚さ方向において対向する二つの表面を有し、正極膜層は、正極集電体の二つの対向する表面のうちのいずれか一方又は両方に設置される。

【0043】

正極活物質は、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｑ_ｚである化合物を含み、ここで、０＜ｄ≦２．１、０．６＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、且つ０．６＜ａ＋ｂ＋ｃ＜１、１．８≦ｚ≦３．５であり、Ｍ元素は、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｙｂ、Ｌａ、Ｃｅのうちの少なくとも一つの元素を含み、Ｑ元素は、Ｏ、Ｆのうちの少なくとも一つの元素を含む。

【0044】

正極活物質は、リチウム元素を含む以外に、ニッケル元素、コバルト元素、マンガン元素及びＭ元素をさらに含み、ニッケル元素は、正極活物質のグラム容量を向上させることができ、コバルト元素は、正極活物質の結晶構造を安定させる作用を果たすことができ、マンガン元素は、正極活物質全体の構造安定性を向上させることができ、Ｍ元素は、正極活物質結晶構造の安定性を改善することができる。

【0045】

いくつかの実施形態では、ｄは、０．０１、０．０２、０．０５、０．０８、０．１０、０．１２、０．１５、０．１８、０．２０、０．２２、０．２５、０．２８、０．３０、０．３２、０．３５、０．３８、０．４０、０．４２、０．４５、０．４８、０．５０、０．５２、０．５５、０．５８、０．６０、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８０、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0046】

いくつかの実施形態では、ａは、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８０、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0047】

いくつかの実施形態では、ｂは、０．０１、０．０２、０．０５、０．０８、０．１０、０．１２、０．１５、０．１８、０．２０、０．２２、０．２５、０．２８、０．３０、０．３２、０．３５、０．３８、０．４０、０．４２、０．４５、０．４８、０．５０、０．５２、０．５５、０．５８、０．６０、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８０、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0048】

いくつかの実施形態では、ｃは、０．０１、０．０２、０．０５、０．０８、０．１０、０．１２、０．１５、０．１８、０．２０、０．２２、０．２５、０．２８、０．３０、０．３２、０．３５、０．３８、０．４０、０．４２、０．４５、０．４８、０．５０、０．５２、０．５５、０．５８、０．６０、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８０、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0049】

いくつかの実施形態では、ａ＋ｂ＋ｃは、０．６１、０．６２、０．６３、０．６４、０．６５、０．６６、０．６７、０．６８、０．６９、０．７０、０．７１、０．７２、０．７３、０．７４、０．７５、０．７６、０．７７、０．７８、０．７９、０．８０、０．８１、０．８２、０．８３、０．８４、０．８５、０．８６、０．８７、０．８８、０．８９、０．９０、０．９１、０．９２、０．９３、０．９４、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0050】

いくつかの実施形態では、ｚは、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0051】

リチウムイオン電池は、充放電過程において活性イオン例えばＬｉの放出及び消耗を伴い、リチウムイオン電池は、異なる状態まで放電する時にＬｉのモル含有量が異なる。本出願の実施形態における正極活物質に関する列挙において、Ｌｉのモル含有量は、材料の初期状態であり、即ち投入前の状態であり、正極活物質は、電池システムに応用され、充放電サイクルを経て、Ｌｉのモル含有量が変化する可能性がある。

【0052】

本出願の実施形態における正極活物質に関する列挙において、酸素Ｏのモル含有量は、理論状態値のみであり、結晶格子酸素放出は、酸素Ｏのモル含有量の変化を引き起こし、実際には、酸素Ｏのモル含有量に浮動が発生する。

【0053】

いくつかの実施形態では、Ｍ元素は、チタンＴｉ及びジルコニウムＺｒのうちの少なくとも一つの元素を含み、選択的にＭは、Ｔｉ及びＺｒ元素を含む。ＴｉとＺｒは、いずれも正極活物質の構造を安定させる作用を果たすことができ、それによりサイクル性能を向上させることができ、特にＭがＴｉとＺｒ元素を同時に含む場合、二種類の元素を併用し、材料構造をさらに安定させ、サイクル性能を向上させることができる。

【0054】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、ＴｉとＺｒ元素の総質量含有量は、１６００ｐｐｍから３１５０ｐｐｍである。Ｔｉ及びＺｒ元素の添加量が上記範囲である場合、正極活物質の結晶構造性をより向上させることができ、サイクル性能を向上させることができる。

【0055】

Ｔｉ及びＺｒ元素の総質量含有量とは、Ｔｉ及びＺｒ元素の総質量と正極活物質の総質量との比である。

【0056】

例示的に、ＴｉとＺｒ元素の総質量含有量は、１６００ｐｐｍ、１７００ｐｐｍ、１８００ｐｐｍ、１９００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、２１００ｐｐｍ、２２００ｐｐｍ、２３００ｐｐｍ、２４００ｐｐｍ、２５００ｐｐｍ、２６００ｐｐｍ、２７００ｐｐｍ、２８００ｐｐｍ、２９００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、３１００ｐｐｍ、３１５０ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0057】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｔｉ元素の質量含有量は、１００ｐｐｍから６００ｐｐｍであり、例えば、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0058】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｚｒ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから２５５０ｐｐｍであり、選択的に１５００ｐｐｍから２５５０ｐｐｍであり、例えば、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１１００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、１３００ｐｐｍ、１４００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、１６００ｐｐｍ、１７００ｐｐｍ、１８００ｐｐｍ、１９００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、２１００ｐｐｍ、２２００ｐｐｍ、２３００ｐｐｍ、２４００ｐｐｍ、２５００ｐｐｍ、２５５０ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0059】

いくつかの実施形態では、電解液は、第一の添加剤を含み、第一の添加剤は、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ及びテトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４のうちの少なくとも一つを含む。リチウムイオン電池のサイクル後期において、正極活物質における金属イオン例えばＴｉ及びＺｒイオンは、電解液に溶出し且つ負極極板の表面に移動するリスクを有し、第一の添加剤は、フッ素イオン及びホウ素イオンを含み、フッ素イオン及びホウ素イオンは、上記金属イオンと比較的強い結合能力を有し、金属イオンが負極極板の表面に移動するリスクを低減させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、且つＴｉ及びＺｒイオンは、材料構造の安定性を向上させることができるが、リチウムイオンの結晶格子内における伝導に悪影響を与えてパワーの劣化を引き起こす可能性があり、第一の添加剤は、さらにＴｉ及びＺｒイオンによるパワーの劣化を補うことができる。

【0060】

いくつかの実施形態では、正極活物質は、単結晶粒子を含み、単結晶粒子は、内領域及び外領域を含み、外領域は、単結晶粒子の外面におけるいずれか点から単結晶粒子の内部に直接向かって５００ｎｍ延伸する領域であり、Ｍ元素は、アルミニウムＡｌ元素を含み、アルミニウムＡｌ元素は、少なくとも外領域に分布している。

【0061】

単結晶粒子の内領域は、単結晶粒子の核と理解されてもよく、外領域は、内領域の外を被覆し、外領域と内領域との間に明らかな境界がない可能性があり、外領域と内領域は、人為的に定義された二つの領域と考えられてもよく、外領域は、単結晶粒子の外面におけるいずれか点が単結晶粒子の内部に向かって５００ｎｍ延伸する領域であり、且つ延伸経路は、直線経路であり、外領域は、環状構造と理解されてもよく、環状構造の径方向の間隔は、５００ｎｍ以下である。

【0062】

アルミニウムＡｌ元素は、少なくとも外領域に分布し、正極活物質に酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３を形成することに役立ち、正極活物質と電解液との間の副反応を不動態化し、正極活物質構造の安定性をさらに向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができる。無論、Ａｌ元素は、外領域に分布していることに加えて、Ａｌ元素は、内領域にさらに分布していてもよい。

【0063】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ａｌ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍであり、選択的に１０００ｐｐｍから２０００ｐｐｍである。

【0064】

例示的に、Ａｌ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１１００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、１３００ｐｐｍ、１４００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、１６００ｐｐｍ、１７００ｐｐｍ、１８００ｐｐｍ、１９００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0065】

いくつかの実施形態では、電解液は、第二の添加剤を含み、第二の添加剤は、ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む。ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２は、正極活物質におけるＡｌ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0066】

いくつかの実施形態では、Ｍ元素は、リンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素のうちの少なくとも一つの元素をさらに含み、ここで、Ｂ、Ｐ、Ｓ元素のうちの少なくとも一つは、外領域に分布している。

【0067】

選択的に、Ｍ元素は、リンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素を含む。リンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素は、酸素層に吸蔵し、リチウムを安定させる作用を果たし、これにより正極活物質構造の安定性を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができる。

【0068】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｐ、Ｓ及びＢ元素の総質量含有量は、０から８００ｐｐｍであり、選択的に１０ｐｐｍから５００ｐｐｍであり、例えば０、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。Ｐ、Ｓ及びＢ元素の総質量含有量が０の場合は、このような元素を添加しないことを意味する。

【0069】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｐ元素の総質量含有量は、１０ｐｐｍから５００ｐｐｍであり、例えば、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0070】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｓ元素の総質量含有量は、１０ｐｐｍから５００ｐｐｍであり、例えば、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0071】

いくつかの実施形態では、正極活物質の総質量を基準として、Ｂ元素の総質量含有量は、１０ｐｐｍから５００ｐｐｍであり、例えば、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0072】

いくつかの実施形態では、電解液は、第三の添加剤を含み、第三の添加剤は、フルオロスルホン酸リチウムを含み、正極活物質の表面に低抵抗の膜成分を形成することができ、第三の添加剤は、正極活物質におけるリンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを低下させ、界面パワーを向上させることができる。

【0073】

本出願の実施形態では、正極活物質における元素の含有量は、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えば、ＥＰＡ ６０１０Ｄ－２０１４を参照すると、誘導結合プラズマ原子発光分光法により試験し、プラズマ原子発光（ＩＣＰ－ＯＥＳ、計器型番：Ｔｈｅｒｍｏ ＩＣＡＰ７４００）を用いて測定する。まず正極活物質０．４ｇを秤量し、これに王水１０ｍｌ（５０％濃度）を加えた。次いで１８０°Ｃのプレート上に３０分間置いた。プレート上で分解した後、体積を１００ｍＬに定容し、標準曲線法を用いて定量試験を行う。

【0074】

いくつかの実施形態では、正極膜層は、さらに選択的に正極導電剤を含む。本出願の実施形態は、正極導電剤の種類に対して特に限定せず、例として、正極導電剤は、超伝導カーボン、導電黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェンとカーボンナノファイバーのうちの少なくとも一つを含む。いくつかの実施形態では、正極膜層の総質量を基準として、正極導電剤の質量含有量は、≦５％である。

【0075】

いくつかの実施形態では、正極膜層は、さらに選択的に正極接着剤を含む。本出願の実施形態は、正極接着剤の種類に対して特に限定せず、例として、正極接着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン－プロピレン三元共重合体、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン－テトラフルオロエチレン三元共重合体、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体とフッ素含有アクリレート系樹脂のうちの少なくとも一つを含んでもよい。いくつかの実施形態では、正極膜層の総質量を基準として、正極接着剤の質量含有量は、≦５％である。

【0076】

いくつかの実施形態では、正極膜層の圧密密度と負極膜層の圧密密度との比は、（２から２．５）：１である。例えば、２：１、２．１：１、２．２：１、２．３：１、２．４：１、２．５：１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0077】

いくつかの実施形態では、正極膜層の圧密密度ＰＤは、３．０ｇ／ｃｍ^３から３．５ｇ／ｃｍ^３である。選択的に３．２ｇ／ｃｍ^３から３．５ｇ／ｃｍ^３であり、例えば、３ｇ／ｃｍ^３、３．１ｇ／ｃｍ^３、３．２ｇ／ｃｍ^３、３．３ｇ／ｃｍ^３、３．３５ｇ／ｃｍ^３、３．４ｇ／ｃｍ^３、３．５ｇ／ｃｍ^３又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0078】

本出願の実施形態では、正極活物質層の圧密密度は、当分野で公知の意味であり、本分野で既知の方法を用いて試験することができる。例えば片面が塗布され且つ冷間プレスされた後の正極極板（両面に塗布された正極極板である場合、まずそのうちの一面の正極膜を拭き取ってもよい）を取り、面積がＳ１の小さな円板に打ち抜き、その重量を秤量し、Ｍ１と記録する。次に上記秤量後の正極極板の正極膜を拭き取り、正極集電体の重量を秤量し、Ｍ０と記録し、正極活物質層の面密度＝（正極極板の重量Ｍ１－正極集電体の重量Ｍ０）／Ｓ１であり、正極活物質層の圧密密度＝正極活物質層の面密度／正極活物質層の厚さである。

【0079】

いくつかの実施形態では、正極集電体は、金属箔シート又は複合集電体を採用してもよい。金属箔シートの例として、アルミニウム箔を採用することができる。複合集電体は、高分子材料ベース層及び高分子材料ベース層の少なくとも一つの表面上に形成される金属材料層を含んでもよい。例として、金属材料層の金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀と銀合金のうちの少なくとも一つを含んでもよい。例として、高分子材料ベース層は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）とポリエチレン（ＰＥ）のうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0080】

いくつかの実施形態では、正極集電体の厚さは、１０μｍ以下であり、選択的に８μｍから１０μｍである。

【0081】

正極集電体の厚さが相対的に薄く、リチウムイオン電池の放熱経路を弱めることができ、低ＳＯＣ放電状態で、リチウムイオン電池内に一部の熱量を保持することができ、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善することに有利であり、それにより低ＳＯＣでの放電パワーを改善する。

【0082】

例示的に、正極集電体の厚さは、８μｍ、８．２μｍ、８．５μｍ、８．８μｍ、９．０μｍ、９．２μｍ、９．５μｍ、９．６μｍ、９．８μｍ、１０μｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0083】

本出願の実施形態では、正極集電体の厚さは、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えば正極極板をサンプルとし、次にアルコールなどの有機溶媒で正極極板表面の正極膜層を洗浄し、マイクロメータで正極集電体の厚さを測定する。

【0084】

正極膜層は、一般的には正極スラリーを正極集電体上に塗布し、乾燥、冷間プレスを経て得られたものである。正極スラリーは、一般的には正極活物質、選択的な導電剤、選択的な接着剤及び任意の他の成分を溶媒に分散させて均一に攪拌して形成されたものである。溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）であってもよいが、これらに限らない。

【0085】

［電解液］
有機溶媒
いくつかの実施形態では、電解液は、有機溶媒をさらに含む。

【0086】

いくつかの実施形態では、有機溶媒は、環状カーボネートを含んでもよく、電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量とヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比は、（０．６０から２．５０）：１であり、選択的に（１．００から１．６５）：１である。

【0087】

推定される有益な効果は、以下のとおりである。環状カーボネートの質量含有量とヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比が上記範囲にある場合、ヘキサフルオロリン酸リチウムからより多くのリチウムイオンを十分に解離させることに有利であり、それにより低ＳＯＣの放電末期においても、電解液系により多くのリチウムイオンを含有させることができ、且つリチウムイオンを電池反応の進行に伴って連続的に解離させることができ、電池のパワー性能を改善する。

【0088】

例示的に、前記電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量とヘキサフルオロリン酸リチウムの質量含有量との比は、０．６：１、０．７：１、０．８：１、０．９：１、１．０：１、１．１：１、１．１５：１、１．２：１、１．２５：１、１．３：１、１．３５：１、１．３７：１、１．４：１、１．５：１、１．６：１、１．６５：１、１．６７：１、１．７：１、１．８：１、１．９：１、２：１、２．１：１、２．２：１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0089】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量は、１０％から４５％であり、さらに選択的に２０％から３０％である。環状カーボネートは、誘電率が高く、イオン伝導率が高く、負極活物質の表面に安定したＳＥＩ膜を形成することができる。

【0090】

例示的に、前記電解液の総質量を基準として、環状カーボネートの質量含有量は、１０％、１０．９２％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２０．９３％、２１％、２２％、２３％、２３．６６％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、２９．１２％、３０％、３０．０３％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３６．４％、３７％、３８％、３９％、４０％、４０．４％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0091】

いくつかの実施形態では、環状カーボネートは、エチレンカーボネートＥＣ、プロピレンカーボネートＰＣ及びブチレンカーボネートＢＣのうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0092】

いくつかの実施形態では、有機溶媒は、線状カーボネートを含んでもよく、電解液の総質量を基準として、線状カーボネートの質量含有量と環状カーボネートの質量含有量との比は、（０．９から６）：１であり、選択的に（１．５から２．６５）：１である。線状カーボネートと環状カーボネートの質量含有量との比が上記範囲を満たす場合、電解液の粘度とイオン伝導率の改善を両立し、リチウムイオンの動力学性能を向上させることができる。

【0093】

例示的に、環状カーボネートの質量含有量と線状カーボネートの質量含有量との比は、０．９：１、１．０：１、１．１：１、１．２：１、１．３：１、１．３７：１、１．４：１、１．５：１、１．６：１、１．６５：１、１．６７：１、１．７：１、１．８、１、１．９：１、２．０：１、２．１：１、２．２：１、２．３：１、２．４：１、２．５：１、２．６：１、２．７：１、２．８：１、２．９：１、３．０：１、３．１：１、３．２：１、３．３：１、３．４：１、３．５：１、３．６：１、３．７：１、３．８：１、３．９：１、４．０：１、４．１：１、４．２：１、４．３：１、４．４：１、４．５：１、４．６：１、４．７：１、４．８：１、４．９：１、５．０：１、５．１：１、５．２：１、５．３：１、５．４：１、５．５：１、５．６：１、５．７：１、５．８：１、５．９：１、５．９５：１、６：１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0094】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、線状カーボネートの質量含有量は、３５％から７５％であり、さらに選択的に５０％から７５％である。鎖状カーボネートの粘度は、相対的に低く、リチウムイオンの迅速な移動に有利であり、電気化学的安定性がより高く、電解液の低温性能を向上させることができる。

【0095】

例示的に、前記電解液の総質量を基準として、線状カーボネートの質量含有量は、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５０．４％、５１％、５２％、５２．５％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６１％、６２％、６３％、６４％、６５％、６８％、７０％、７１％、７２％、７３％、７４％、７５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0096】

いくつかの実施形態では、線状カーボネートは、エチルメチルカーボネートＥＭＣ、ジエチルカーボネートＤＥＣ及びジメチルカーボネートＤＭＣのうちの少なくとも一つを含む。

【0097】

添加剤
いくつかの実施形態では、電解液は、添加剤をさらに含んでもよい。

【0098】

いくつかの実施形態では、添加剤は、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ及びテトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４のうちの少なくとも一つを含む第一の添加剤を含む。リチウムイオン電池のサイクル後期において、正極活物質における金属イオン例えばＴｉ及びＺｒイオンは、電解液に溶出し且つ負極極板の表面に移動するリスクを有し、第一の添加剤は、フッ素イオン及びホウ素イオンを含み、フッ素イオン及びホウ素イオンは、上記金属イオンと比較的強い結合能力を有し、金属イオンが負極極板の表面に移動するリスクを低減させ、リチウムイオン電池のサイクル性能を向上させることができ、またＴｉとＺｒイオンによるパワーの劣化も補うことができる。

【0099】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、第一の添加剤の質量含有量は、３０ｐｐｍから１２００ｐｐｍであり、選択的に１００ｐｐｍから４００ｐｐｍであり、組み合わせられるＴｉの質量含有量は、１００ｐｐｍから６００ｐｐｍであり、Ｚｒ元素の質量含有量は、５００ｐｐｍから２５５０ｐｐｍであり、第一の添加剤は、ＴｉとＺｒイオンに対する結合能力を向上させ、リチウムイオン電池のサイクル性能をさらに向上させることができる。

【0100】

例示的に、第一の添加剤の質量含有量は、３０ｐｐｍ、３５ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１１０ｐｐｍ、１２０ｐｐｍ、１３０ｐｐｍ、１４０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１６０ｐｐｍ、１７０ｐｐｍ、１８０ｐｐｍ、１９０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２１０ｐｐｍ、２２０ｐｐｍ、２３０ｐｐｍ、２４０ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、２６０ｐｐｍ、２７０ｐｐｍ、２８０ｐｐｍ、２９０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３１０ｐｐｍ、３２０ｐｐｍ、３３０ｐｐｍ、３４０ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、３６０ｐｐｍ、３７０ｐｐｍ、３８０ｐｐｍ、３９０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４１０ｐｐｍ、４２０ｐｐｍ、４３０ｐｐｍ、４４０ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、４６０ｐｐｍ、４７０ｐｐｍ、４８０ｐｐｍ、４９０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１１００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0101】

いくつかの実施形態では、添加剤は、ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む第二の添加剤を含む。ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２は、正極活物質の表面に無機成分に富む膜層を形成することができ、膜層のイオン伝導及び電子伝導性能の向上に有利であり、且つ形成された膜層の界面イオン抵抗が比較的低く、リチウムイオンの輸送に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善することができ、特にジフルオロリン酸リチウムは、正極活物質におけるＡｌ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0102】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、第二の添加剤の質量含有量は、１００ｐｐｍから３０００ｐｐｍであり、選択的に１０００ｐｐｍから２０００ｐｐｍである。上記質量含有量の第二の添加剤は、５００ｐｐｍから３０００ｐｐｍのＡｌ元素と組み合わせることができ、正極活物質の表面のＤＣＲをより良好に改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0103】

例示的に、第二の添加剤の質量含有量は、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２００ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、３００ｐｐｍ、３５０ｐｐｍ、４００ｐｐｍ、４５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、６００ｐｐｍ、７００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ、９００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１１００ｐｐｍ、１２００ｐｐｍ、１３００ｐｐｍ、１４００ｐｐｍ、１５００ｐｐｍ、１６００ｐｐｍ、１７００ｐｐｍ、１８００ｐｐｍ、１９００ｐｐｍ、２０００ｐｐｍ、２１００ｐｐｍ、２２００ｐｐｍ、２３００ｐｐｍ、２４００ｐｐｍ、２５００ｐｐｍ、２６００ｐｐｍ、２７００ｐｐｍ、２８００ｐｐｍ、２９００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0104】

いくつかの実施形態では、添加剤は、第三の添加剤を含み、第三の添加剤は、フルオロスルホン酸リチウムを含み、第三の添加剤は、正極活物質の表面に無機成分に富む膜層を形成することができ、膜層のイオン伝導及び電子伝導性能の向上に有利であり、且つ形成された膜層の界面イオン抵抗が比較的低く、リチウムイオンの輸送に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善することができ、特にジフルオロリン酸リチウムは、正極活物質におけるリンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素と組み合わせ、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0105】

例示的に、フルオロスルホン酸リチウムは、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、パーフルオロヘキサンスルホン酸リチウムのうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0106】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、第三の添加剤の質量含有量は、５０ｐｐｍから２００ｐｐｍである。上記質量含有量の第三の添加剤は、１０ｐｐｍから８００ｐｐｍのリンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素と組み合わせることができ、正極活物質の表面のＤＣＲをより良好に改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0107】

例示的に、第三の添加剤の質量含有量は、５０ｐｐｍ、６０ｐｐｍ、７０ｐｐｍ、８０ｐｐｍ、９０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、２００ｐｐｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0108】

いくつかの実施形態では、添加剤は、第四の添加剤を含み、第四の添加剤は、１，３－プロパンスルトンＰＳ、ビニレンカーボネートＶＣとフルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆのうちの少なくとも一つをさらに含んでもよい。

【0109】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、１，３－プロパンスルトンＰＳの質量含有量、ビニレンカーボネートＶＣの質量含有量と、フルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆの質量含有量との比は、（０．０５０から０．３００）：（０．１００から０．５００）：（０．００１から０．３００）である。添加剤中の一つの成分の質量含有量は、０であり、電解液にこの成分が添加されていないことを示す。１，３－プロパンスルトンＰＳの質量含有量、ビニレンカーボネートＶＣの質量含有量と、フルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆの質量含有量との比が上記範囲内であると、上記成分は、基本的に負極活物質の表面にＳＥＩ膜を形成することに関与することができ、ＳＥＩ膜は、シリコン系材料の膨張を効果的に緩和することができる。

【0110】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、１，３－プロパンスルトンＰＳの質量含有量は、０．１％から１％であり、例えば、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0111】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、ビニレンカーボネートＶＣの質量含有量は、０．１％から１％であり、例えば、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0112】

いくつかの実施形態では、前記電解液の総質量を基準として、フルオロスルホン酸リチウムＬｉＳＯ_３Ｆの質量含有量は、０．１％から１％であり、例えば、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0113】

いくつかの実施形態では、添加剤は、フッ素化環状カーボネートを含んでもよい。フッ素化環状カーボネートは、負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、負極活物質を効果的に保護することができ、且つフッ素化環状カーボネートは、一定の脱溶媒能力を有し、リチウムイオンの移動に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善し、放電パワーを向上させることができる。

【0114】

いくつかの実施形態では、フッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣ、ビスフルオロエチレンカーボネートＤＦＥＣ、及びトリフルオロプロピレンカーボネートＴＦＰＣのうちの少なくとも一つを含み、選択的に、フッ素化環状カーボネートは、モノフルオロエチレンカーボネートＦＥＣを含む。ＦＥＣに含まれるフッ素原子の数が相対的に少なく、極性がより強く、フッ素がより脱離してＳＥＩ膜の膜形成反応に関与しやすい。

【0115】

いくつかの実施形態では、フッ素化環状カーボネートの、電解液の総質量に対する質量含有量と、ケイ素元素の質量含有量との比は、（０．５から９．５）：１であり、選択的に（１から２）：１である。例示的に、フッ素化環状カーボネートの電解液総質量に対する質量含有量と、ケイ素元素の質量含有量との比は、０．５：１、０．６：１、０．７：１、０．８：１、０．９：１、１：１、１．０５：１、１．１：１、１．２：１、１．３：１、１．３５：１、１．４：１、１．５：１、１．５７：１、１．６：１、１．７：１、１．８：１、１．９：１、２：１、２．１：１、２．２：１、２．３：１、２．３６：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、４．５：１、４．７：１、４．７１：１、４．８：１、５：１、５．５：１、５．８：１、６：１、６．５：１、７：１、７．５：１、７．８：１、８：１、８．５：１、９：１、９．１：１、９．２：１、９．３：１、９．４：１、９．４３：１、９．５：１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0116】

フッ素化環状カーボネートは、負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、膜成分と特性を改善し、負極活物質を効果的に保護することができ、特に負極がケイ素を含有する場合、ケイ素が膨張する特性のため、ＳＥＩ膜形成の膜組成をより最適化する必要があり、膜組成の最適化は、電解液における膜形成添加剤の相対比率を調節することによって調節し、フッ素化環状カーボネートが形成する膜に関与してＳＥＩ膜の柔軟性を向上させることができ、放電末期にケイ素が短時間で大量のリチウムイオンを放出することによる構造崩壊を改善することができ、且つフッ素化環状カーボネートは、一定の脱溶媒能力を有し、リチウムイオンの移動に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善し、放電パワーを向上させることができる。研究を経て、負極活物質中のケイ素含有量と電解液中のＦＥＣとの含有量比が（０．５から９．５）：１を満たす場合、放電末期における電池のレート性能が顕著に改善されることを発見した。

【0117】

いくつかの実施形態では、フッ素化環状カーボネートの電解液総質量に対する質量含有量は、０．９５％から５．８％であってもよく、選択的に１．５％から３％であり、例えば、０．９５％、０．９８％、１％、１．１％、１．２％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、１．９１、２．０％、２．１％、２．２％、２．３％、２．４％、２．５％、２．６％、２．７％、２．８％、２．９％、３％、３．１％、３．２％、３．３％、３．４％、３．５％、３．６％、３．７％、３．８％、３．８２％、３．９％、４％、４．１％、４．５％、５％、５．２％、５．５％、５．７％、５．７３％、５．８％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0118】

リチウム塩
リチウム塩は、有機溶媒に溶解した後、大量の活性リチウムイオンを放出して、充放電に関与することができる。

【0119】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、フッ素化環状カーボネートの質量含有量と、リチウム塩の質量含有量との比は、（０．０５から０．３０）：１であり、選択的に（０．１０から０．２０）：１である。フッ素化環状カーボネートは、シリコン系材料の表面に有機物を形成することができ、ＳＥＩ膜の柔軟性を改善し、リチウム塩は、ＳＥＩ膜の形成に関与することができ、ＳＥＩ膜に無機成分を含有させ、ＳＥＩ膜のイオン伝導及び電子伝導性能の向上に有利であり、負極極板全体のイオン伝導及び電子伝導性能を改善することができ、フッ素化環状カーボネートの質量含有量とリチウム塩の質量含有量との比が上記範囲である場合、ＳＥＩ膜の柔軟性、イオン伝導及び電子伝導性能の改善を両立した上で、ＤＣＲを小さくして、リチウムイオン電池の放電パワーを向上させることもできる。

【0120】

例示的に、フッ素化環状カーボネートの質量含有量とリチウム塩の質量含有量との比は、０．０５：１、０．０６：１、０．０７：１、０．０８：１、０．０９：１、０．１０：１、０．１１：１、０．１２：１、０．１３：１、０．１４：１、０．１５：１、０．１６：１、０．１７：１、０．１８：１、０．１９：１、０．２０：１、０．２１：１、０．２２：１、０．２３：１、０．２４：１、０．２５：１、０．２６：１、０．２７：１、０．２８：１、０．２９：１、０．３０：１又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0121】

いくつかの実施形態では、リチウム塩は、無機リン酸塩及び無機ホウ酸塩のうちの少なくとも一つをさらに含み、選択的に、リチウム塩は、フッ素含有無機ホウ酸塩を含む。無機リン酸塩及び無機ホウ酸塩は、ＳＥＩ膜中の無機成分の形成に関与することができ、ＳＥＩ膜の伝導イオン及び電子伝導性能の向上に有利であり、且つ形成されたＳＥＩ膜の界面イオン抵抗が低く、リチウムイオンの輸送に有利であり、低ＳＯＣでのＤＣＲを改善することができる。

【0122】

いくつかの実施形態では、無機リン酸塩は、モノフルオロリン酸リチウムＬｉ_２ＰＯ_３Ｆ及びジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２のうちの少なくとも一つを含み、選択的に、無機リン酸塩は、ジフルオロリン酸リチウムＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む。

【0123】

いくつかの実施形態では、ホウ酸塩は、テトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ、及びビス（オキサラト）ホウ酸リチウムのうちの少なくとも一つを含む。

【0124】

いくつかの実施形態では、電解液の総質量を基準として、無機リン酸塩及び無機ホウ酸塩の総質量含有量は、０．０５％以上且つ０．５０％以下であり、選択的に０．１０％から０．３０％である。

【0125】

例示的に、無機リン酸塩と無機ホウ酸塩の総質量含有量は、０．０５％、０．０６％、０．０８％、０．１％、０．１５％、０．１８％、０．２％、０．２２％、０．２５％、０．２８％、０．３％、０．３２％、０．３５％、０．３８％、０．４％、０．４２％、０．４５％、０．４８％、０．５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0126】

例示的に、リチウム塩は、テトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ_４、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢ、及びビス（オキサラト）ホウ酸リチウムを含む。

【0127】

選択的に、電解液の総質量を基準として、テトラフルオロホウ酸リチウムＬｉＢＦ４の質量含有量は、０．０１％から０．２％、例えば、０．０１％、０．０２％、０．０５％、０．０８％、０．１％、０．１５％、０．２％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0128】

選択的に、電解液の総質量を基準として、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウムＬｉＤＦＯＢの質量含有量は、０．０１％から０．１％であり、例えば、０．０１％、０．０２％、０．０５％、０．０８％、０．１％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0129】

選択的に、電解液の総質量を基準として、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウムの質量含有量は、０．０１％から０．５％であり、例えば、０．０１％、０．０２％、０．０５％、０．０８％、０．１％、０．１５％、０．２％、０．２５％、０．３％、０．３５％、０．４％、０．４５％、０．５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0130】

本出願における各物質又は各元素の定性及びその定量は、当業者に既知の適切な装置及び方法を用いて検出することができ、関連する検出方法は、中国国内外の検出基準、中国国内外の企業基準などを参照することができ、且つ当業者は、検出正確性の観点からくつかの検出ステップ／計器パラメータなどを適応的に変更して、より正確な検出結果を得てもよい。一つの検出方法を用いて定性的又は定量化してもよく、複数の検出方法を組み合わせて定性的又は定量的に測定してもよい。

【0131】

本出願の実施形態では、電解液における無機成分／リチウム塩の濃度の種類及び含有量は、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えば標準ＪＹ／Ｔ０２０－１９９６『イオンクロマトグラフィー分析方法通則』を参照してイオンクロマトグラフィー分析方法によって電解液における無機成分／リチウム塩の濃度を定性的又は定量的に分析することができる。本出願の実施形態において新しく製造された電解液をサンプルとし、又は既に放電された（下限カットオフ電圧まで放電して電池の帯電状態は、約０％ＳＯＣとなる）電池を逆方向に分解し、電池から取得した遊離電解液をサンプルとし、イオンクロマトグラフィー分析方法を用いて検出することができる。

【0132】

本出願の実施形態では、電解液における有機成分の種類及び含有量は、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えばＧＢ／Ｔ９７２２－２００６『化学試薬ガスクロマトグラフィー通則』を参照してガスクロマトグラフィーによって電解液における有機成分に対して定性及び定量分析を行うことができる。本出願の実施形態において新しく製造された電解液をサンプルとし、又は既に放電された（下限カットオフ電圧まで放電して電池の帯電状態は、約０％ＳＯＣとなる）電池を逆方向に分解し、電池から取得した遊離電解液をサンプルとし、イオンクロマトグラフィー分析方法を用いて検出することができる。

【0133】

さらに例えば、液相核磁気共鳴（ＮＭＲ）で電解液におけるある添加剤の成分を試験し、ジフルオロリン酸リチウム及びヘキサフルオロリン酸リチウムを検出することを例とし、窒素ガスグローブボックスにおいて、７ｍｌのガラス瓶を１つ用意し、ガラス瓶に５ｍｌの核磁気試薬予備混合液を加え、窒素雰囲気グローブボックスにおいて室温２０～２５°Ｃで２４ｈ静置し、極板及びセパレータにおける電解液を核磁気予備混合液に拡散させ、それにより核磁気試験サンプルを得た。核磁気予備混合液は、１００ｍｌの重水素化アセトニトリルに３ｍｌのトリフルオロメチルベンゼンＣＦ３ｐｈを加えたものを含み、以上の核磁気試薬予備混合液を分子篩４Ａで予め乾燥させる（１００ｍｌの核磁気試薬予備混合液に１５ｇの新たに開いた４Ａ分子篩に加えて室温２０～２５°Ｃで、窒素ガスグローブボックス内で３０日間以上乾燥させる）。１９Ｆ ＮＭＲを用いて測定した（核磁気（ＮＭＲ）：Ｂｒｕｋｅｒ Ａｖａｎｃｅ ４００ＨＤ）。

【0134】

各種を識別し定量化するために、反転角度及び走査時間において、以下の設定を使用した。

【0135】

フッ素スペクトル試験パルスシーケンス：２ｇｆｈｉｇｑｎ．２、
遅延時間：１秒、
走査回数：１６回、
Ｆ－ＮＭＲにおけるトリフルオロメチルベンゼンとＬｉＰＦ_６の二つの物質の信号ピーク積分強度に基づいて両者の相対含有量を計算し、計算方法：
ＰＦ_６ ^－相対含有量＝（Ｉ_ＰＦ６ ^－×Ｍ_ＰＦ６ ^－／６）／（Ｉ_{ＣＦ３ｐｈ}×Ｍ_{ＣＦ３ｐｈ}／３）、ここで、Ｉは、対応する核磁気ピーク面積であり、Ｍは、対応する相対分子質量であり、次にヘキサフルオロリン酸塩とリチウムイオンのモル配合比率関係に基づいてヘキサフルオロリン酸リチウムの電解液における含有量を計算する。

【0136】

ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ_６の含有量に基づいて電解液の重水素化試薬における含有量を計算する。

【0137】

Ｆ－ＮＭＲにおけるトリフルオロメチルベンゼンとＰＯ_２Ｆ_２ ^－の二つの物質の信号ピーク積分強度に基づいて両者の相対含有量を計算し、計算方法：
ＰＯ_２Ｆ_２ ^－相対含有量＝（Ｉ_{ＰＯ２Ｆ２－}×Ｍ_{ＰＯ２Ｆ２－}／２）／（Ｉ_{ＣＦ３ｐｈ}×Ｍ_{ＣＦ３ｐｈ}／３）、ここで、Ｉは、対応する核磁気ピーク面積であり、Ｍは、対応する相対分子質量であり、次にジフルオロリン酸塩とリチウムイオンのモル配合比率関係に基づいてジフルオロリン酸リチウムの電解液における含有量を計算する。

【0138】

いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池の保液係数は、１．０ｇ／Ａｈから２．５ｇ／Ａｈであり、選択的に１．８ｇ／Ａｈから２．２ｇ／Ａｈである。

【0139】

リチウムイオン電池の保液係数は、電解液の保液能力を反映することができ、リチウムイオン電池の保液係数が上記範囲にある場合、電解液は、正極極板及び負極極板に対して良好な浸潤作用を果たすことができ、且つ負極極板とセパレータとの間に一定の隙間を有し、シリコン系材料の体積膨張に膨張空間を提供することができ、電池全体が膨張するリスクを低下させる。

【0140】

いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池の保液係数は、１．０ｇ／Ａｈから２．５ｇ／Ａｈであり、選択的に１．８ｇ／Ａｈから２．２ｇ／Ａｈである。

【0141】

いくつかの実施形態では、本出願で言及する電解液における各種の溶質又は溶媒は、電解液を製造する時に能動的に添加される物質を含むだけでなく、電解液の製造過程又は前記電解液から電池を製造する過程又は前記電解液を含む電池の貯蔵又は使用過程において、ある種／いくつかの電解液に既に存在する物質から誘導される物質も含む。

【0142】

リチウムイオン電池の保液係数は、電解液の保液能力を反映することができ、リチウムイオン電池の保液係数が上記範囲にある場合、電解液は、正極極板及び負極極板に対して良好な浸潤作用を果たすことができ、且つ負極極板とセパレータとの間に一定の隙間を有し、シリコン系材料の体積膨張に膨張空間を提供することができ、リチウムイオン電池全体が膨張するリスクを低下させる。

【0143】

例示的に、リチウムイオン電池の保液係数は、１．０ｇ／Ａｈ、１．１ｇ／Ａｈ、１．２ｇ／Ａｈ、１．３ｇ／Ａｈ、１．４ｇ／Ａｈ、１．５ｇ／Ａｈ、１．６ｇ／Ａｈ、１．７ｇ／Ａｈ、１．８ｇ／Ａｈ、１．９ｇ／Ａｈ、２．０ｇ／Ａｈ、２．１ｇ／Ａｈ、２．２ｇ／Ａｈ、２．３ｇ／Ａｈ、２．４ｇ／Ａｈ、２．５ｇ／Ａｈ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0144】

本出願の実施形態では、リチウムイオン電池の保液係数は、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えばＧＢ／Ｔ ３１４８６－２０１５『電気自動車用動力蓄電池の電気性能要件及び試験方法』に従って、２５°Ｃで、リチウムイオン電池を１Ｃで４．３５Ｖまで充電し、次に１Ｃで２．８Ｖまで放電し、放出された容量Ｃを得て分母とし、リチウムイオン電池を秤量してＭ０とし、次に正極極板、負極極板、セパレータ及び電解液を分解し、ここで遊離電解液は、ハウジング／袋内に存在し、上記全ての固体アセンブリを６０°Ｃのオーブンに入れて４時間以上焼成し（正極極板、負極極板、セパレータを含むがこれらに限定せず、さらに分解されたリチウムイオン電池の他のＭ０寄与の機械部品を含む）、次にリチウムイオン電池の全てのアセンブリを秤量してＭ１とし、ここでＭ０とＭ１との重量差を分子とする。保液係数は、容量ＣをＭ０とＭ１の重量差で除した値に等しい。

【0145】

［負極極板］
いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池は、負極極板をさらに含む。

【0146】

負極極板は、負極集電体及び負極集電体の少なくとも一つの表面に設置され且つ負極活物質を含む負極膜層を含む。例えば、負極集電体は、自体の厚さ方向において対向する二つの表面を有し、負極膜層は、負極集電体の二つの対向する表面のうちのいずれか一方又は両方に設置される。

【0147】

いくつかの実施形態では、負極膜層は、炭素元素及びケイ素元素を含む負極活物質を含み、負極活物質の総質量を基準として、ケイ素元素の質量含有量と炭素元素の質量含有量との比は、（０．３：９９．７）から（３：９７）である。

【0148】

リチウムイオン電池の負極活物質は、炭素元素を提供する炭素系材料及びケイ素元素を提供するシリコン系材料を含み、炭素元素を提供する炭素系材料は、炭素元素を含有してもよく、ケイ素元素を同時に含有してもよく、無論、炭素元素のみを含んでもよく、ケイ素元素を供給するシリコン系材料は、ケイ素元素を含有してもよく、炭素元素を同時に含有してもよく、無論、ケイ素元素のみを含んでいてもよい。負極活物質は、同時に炭素系材料及びシリコン系材料を含み、炭素系材料に比べて、シリコン系材料のリチウム放出電圧プラトーが比較的高いため、低ＳＯＣ（例えばＳＯＣ≦１０％）でもシリコン系材料は、依然として放電に関与し続けることができ、炭素系材料が低ＳＯＣで放電しにくい／放電し続けることができないという不足を補い、電池の放電過程における直流内部抵抗ＤＣＲを改善し、さらに電池の放電過程におけるパワー性能を改善する。

【0149】

ケイ素元素の質量含有量をより小さい含有量に調節し、原因は、以下のとおりである。シリコン系材料のリチウム放出電位は、炭素系材料より高いが、充放電過程において体積膨張又は収縮程度が比較的大きく、負極活物質の構造崩壊、破裂粉化などの不良問題を引き起こす可能性があり、さらに電池内部の望ましくない副反応を引き起こす。また、シリコン系材料自体の導電性が比較的悪く、高すぎる含有量がＤＣＲの改善に不利であるため、他の条件が一致する場合、含有量が高すぎるケイ素含有量を含む負極活物質に対応する電池のパワー性能は、逆にケイ素含有量がより低い電池よりも劣る。

【0150】

本出願の実施形態の電解液は、さらに１５％から２０％のヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせて使用し、電解液と負極との協同作用により、電池の放電末期のパワー性能を向上させる。

【0151】

ヘキサフルオロリン酸リチウムは、負極活物質の表面の固体電解質界面（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ、ＳＥＩ）膜成分の形成に関与することができ、高フッ素原子比率のヘキサフルオロリン酸リチウムは、ＳＥＩ膜成分を最適化することができ、且つ高質量含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムのＳＥＩ膜成分に対する改善作用がより顕著であり、ＳＥＩ膜におけるフッ化リチウム化物（例えばフッ化リチウム）の比率を向上させる。このようなフッ化リチウム化物比率が比較的高いＳＥＩ膜は、一方ではシリコン系材料の破裂粉化の問題を緩和し、負極活物質全体の構造安定性を向上させることができ、他方では電解液と負極活物質の表面との副反応を遅らせることができ、それによりシリコン系材料の放電後期の放電安定性を向上させ、電池のパワー性能をさらに向上させる。

【0152】

また、リチウムイオン電池の低ＳＯＣでの放電末期において、負極活物質におけるリチウムイオンの濃度が比較的低く、リチウムイオンの負極活物質からの脱離は、相対的に困難であり、電解液系におけるリチウム塩の濃度差を低下させ、リチウムイオン電池の内部抵抗を向上させ、放電パワーをさらに低下させる。本出願の実施形態における電解液は、高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムを含むため、電池システムにより多くのリチウムイオンを貢献することができ、電解液中のリチウムイオンの濃度を向上させ、リチウム塩の濃度分極を効果的に減少させ、リチウムイオンの負極極板から正極極板への移動を促進し、リチウムイオン電池のパワー性能をさらに向上させることができる。

【0153】

炭素元素の負極活物質の総質量に対する質量含有量は、９７％以且つ上９９．７％以下であり、例えば、９７％、９７．２％、９７．５％、９７．６％、９７．８％、９８％、９８．２％、９８．５％、９８．６％、９８．８％、９９％、９９．５％、９９．７％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲である。

【0154】

ケイ素元素の負極活物質総質量に対する質量含有量は、０．３から３．０％であり、例えば、０．３％、０．３２％、０．４％、０．５％、０．６％、０．６４％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％、１．１％、１．２％、１．２７％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、１．９１％、２．０％、２．１％、２．２％、２．２３％、２．３％、２．４％、２．５％、２．６％、２．７％、２．８％、２．８６％、２．９％、３％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲である。

【0155】

前述のように、ケイ素元素は、シリコン系材料に由来してもよく、シリコン系材料は、負極膜層を構成する原料であってもよい。いくつかの実施形態では、負極活物質に含まれるケイ素元素は、シリコン単体、シリコン炭素複合体、シリコン酸化物ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）のうちの少なくとも一つの形態で負極膜層に存在する。ここでのシリコン単体、シリコン炭素複合体、シリコン酸化物ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）は、シリコン系材料を指してもよく、化成後の電池における負極極板中のケイ素元素の存在形態を指してもよい。ここでのシリコン酸化物ＳｉＯｘについて、０＜ｘ≦２であるのは、負極膜層におけるケイ素原子と酸素原子との結合方式が多様であるためであり、ＳｉＯ、ＳｉＯ_１．２、又はＳｉＯ_２及び他の可能なシリコン酸化物のうちの少なくとも一つであってもよい。ここでのシリコン炭素複合体は、ケイ素元素と炭素元素がリチウムイオン電池内で特定の化学反応を経て生成されたシリコン炭素複合体であってもよい。上記シリコン酸化物自体の電圧プラトーは高く、低ＳＯＣでリチウムイオンを放出することに有利であり、容量に貢献して放電に関与し、リチウムイオン電池のパワー性能を向上させる。

【0156】

炭素元素は、主に炭素系材料の構成元素であり、いくつかの実施形態では、炭素系材料は、人造黒鉛及び天然黒鉛のうちの少なくとも一つを含んでもよく、選択的に、炭素系材料は、天然黒鉛を含んでもよく、天然黒鉛は、一般的に粒径がさらに小さく、リチウムイオンの放出がより速く、天然黒鉛の表面は、一般的に非晶質炭素を含有し、非晶質炭素の存在は、ＤＣＲを低下させ、パワーを向上させることができる。

【0157】

本出願における各物質又は各元素の定性及びその定量は、当業者に既知の適切な装置及び方法を用いて検出することができ、関連する検出方法は、中国国内外の検出基準、中国国内外の企業基準などを参照することができ、且つ当業者は、検出正確性の観点からくつかの検出ステップ／計器パラメータなどを適応的に変更して、より正確な検出結果を得てもよい。一つの検出方法を用いて定性的又は定量化してもよく、複数の検出方法を組み合わせて定性的又は定量的に測定してもよい。

【0158】

例えば、負極活物質中のケイ素元素を検出することを例として、ＪＹ／Ｔ０１５－１９９６『誘導結合プラズマ原子発光分光分析方法通則』を参照して定性及び定量分析を行ってもよく、さらにＧＢ－Ｔ１７３５９－２０１２標準を参照して、負極極板の表面元素又はイオン研磨後の断面元素に対して分析を行ってもよい。

【0159】

例えば、本出願における黒鉛材料は、ＪＩＳ／Ｋ０１３１－１９９６ Ｘ線回折分析法通則と結合して、負極極板又は負極活物質に対してＸ線粉末回折試験及び定性分析を行うことができる。本出願におけるシリコン単体、シリコン炭素複合体、シリコン酸化物ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）も上記Ｘ線粉末回折試験及び定性分析を用いることができる。

【0160】

いくつかの実施形態では、負極活物質の総質量を基準として、シリコン酸化物ＳｉＯｘ（ｘ＝１）の質量含有量と人造黒鉛の質量含有量との比は、（０．５：９９．５から（５：９５）である。負極活物質が上記含有量範囲を満たす場合、低ＳＯＣでの放電パワーをさらに改善することができる。

【0161】

例示的に、シリコン酸化物ＳｉＯの質量含有量と人造黒鉛の質量含有量との比は、０．５：９９．５、１：９９、１．５：９８．５、２：９８、２．５：９７．５、３：９７、３．５：９６．５、４：９６、４．５：９５．５、５：９５又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0162】

いくつかの実施形態では、シリコン酸化物ＳｉＯの質量含有量は、０．５％から５％であってもよ、選択的に２％から３．５％であり、例えば、０．５％、１．０％、１．１％、１．２％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、２．０％、２．１％、２．２％、２．３％、２．４％、２．５％、２．６％、２．７％、２．８％、２．９％、３％、３．１％、３．２％、３．３％、３．４％、３．５％、３．６％、３．７％、３．８％、３．９％、４．０％、４．１％、４．２％、４．３％、４．４％、４．５％、４．６％、４．７％、４．８％、４．９％、５．０％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。シリコン酸化物ＳｉＯの質量含有量が上記含有量範囲を満たす場合、低ＳＯＣでの放電パワーをさらに改善することができる。

【0163】

いくつかの実施形態では、人造黒鉛の質量含有量は、９５％から９９．５％であってもよく、選択的に９６．５％から９８％であり、例えば、９５％、９５．１％、９５．２％、９５．３％、９５．４％、９５．５％、９５．６％、９５．７％、９５．８％、９５．９％、９６％、９６．１％、９６．２％、９６．３％、９６．４％、９６．５％、９６．６％、９６．７％、９６．８％、９６．９％、９７％、９７．１％、９７．２％、９７．３％、９７．４％、９７．５％、９７．６％、９７．７％、９７．８％、９７．９％、９８％、９８．１％、９８．２％、９８．３％、９８．４％、９８．５％、９８．６％、９８．７％、９８．８％、９８．９％、９９％、９９．５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。人造黒鉛の質量含有量が上記含有量範囲を満たす場合、電池のサイクル性能を改善することができる。

【0164】

いくつかの実施形態では、負極膜層の総質量を基準として、負極活物質の質量含有量は、８５％以上１００％未満である。例えば、負極活物質の質量含有量は、８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0165】

いくつかの実施形態では、片面負極膜層の厚さは、６５μｍから９０μｍである。負極膜層の厚さは、片面負極膜層の厚さであり、例えば負極集電体の両側にいずれも負極膜層が設けられ、負極集電体の一方側の負極膜層の厚さは、負極膜層の片面の厚さであり、又は負極集電体の両側のうちの一方側に負極膜層が設けられる場合、この側の負極膜層の厚さは、片面負極膜層の厚さである。負極膜層の厚さが上記範囲にある場合、リチウムイオンの、負極極板における輸送速度とセパレータにおける輸送速度とをほぼ一致させることができ、濃度分極を悪化させるリスクを低減させ、放電性能の改善に有利である。

【0166】

例示的に、負極膜層の厚さは、６５μｍ、６６μｍ、６７μｍ、６８μｍ、６９μｍ、７０μｍ、７１μｍ、７２μｍ、７３μｍ、７４μｍ、７５μｍ、７６μｍ、７７μｍ、７８μｍ、７９μｍ、８０μｍ、８１μｍ、８２μｍ、８３μｍ、８４μｍ、８５μｍ、８６μｍ、８７μｍ、８８μｍ、８９μｍ、９０μｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0167】

本出願の実施形態では、負極膜層の厚さは、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、関連する検出方法は、中国国内外の検出標準、中国国内外の企業標準などを参照することができ、且つ当業者は、検出正確性の観点からくつかの検出ステップ／計器パラメータなどを適応的に変更して、より正確な検出結果を得てもよい。一つの検出方法を用いて定性的又は定量化してもよく、複数の検出方法を組み合わせて定性的又は定量的に測定してもよい。例えば、ＧＢ／Ｔ １７３５９－２０１２『マイクロビーム分析分光法定量分析』に基づき、電解液を含有しない負極極板をサンプルとしてイオン研磨断面元素分析を行い、負極膜層の厚さを得ることができる。さらに例えば、千分尺で複数回測定して平均値を取り、電解液を含有しない負極極板（両面に負極膜層が塗布された負極極板）を取り、まず千分尺を使用して負極極板の任意の５つの部位の厚さを測定し、平均値Ｈ１を得て、負極膜層をきれいに拭き取った後に残りの集電体の任意の５つの部位の厚さを測定し、平均値Ｈ２を得て、単層負極膜層の厚さは、（Ｈ２－Ｈ１）／２である。

【0168】

いくつかの実施形態では、負極膜層の圧密密度ＰＤは、１．３ｇ／ｃｍ^３から１．７ｇ／ｃｍ^３である。負極膜層の圧密密度は、この範囲内にあり、負極極板は、良好な動力学性能及びサイクル性能を有する。

【0169】

例示的に、負極膜層の圧密密度ＰＤは、１．３ｇ／ｃｍ^３、１．３５ｇ／ｃｍ^３、１．４ｇ／ｃｍ^３、１．４５ｇ／ｃｍ^３、１．５ｇ／ｃｍ^３、１．５５ｇ／ｃｍ^３、１．６ｇ／ｃｍ^３、１．６５ｇ／ｃｍ^３、１．７ｇ／ｃｍ^３又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0170】

面密度＝片面負極膜層重量／片面負極膜層面積であり、ここで、負極集電体の両面にいずれも負極膜層を有するため、片面負極膜層重量＝（極板の平均重量－集電体の平均重量）／２である。圧密密度＝面密度／負極膜層の平均厚さであり、ここで、負極集電体の両面にいずれも負極膜層を有するため、負極膜層の平均厚さ＝（極板の平均厚さ－集電体の平均厚さ）／２である。

【0171】

ここでの「平均」とは、平行して５回試験した後の平均値であってもよい。

【0172】

いくつかの実施形態では、負極膜層は、さらに選択的に負極導電剤を含む。本出願の実施形態は、負極導電剤の種類に対して特に限定せず、例として、負極導電剤は、超伝導カーボン、導電黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェンとカーボンナノファイバーのうちの少なくとも一つを含んでもよい。いくつかの実施形態では、負極膜層の総質量を基準として、負極導電剤の質量含有量は、≦５％である。

【0173】

いくつかの実施形態では、負極膜層は、さらに選択的に負極接着剤を含む。本出願の実施形態は、負極接着剤の種類に対して特に限定せず、例として、負極接着剤は、スチレンブタジエンゴムＳＢＲ、水溶性不飽和樹脂ＳＲ－１Ｂ、水性アクリル酸系樹脂（例えば、ポリアクリル酸ＰＡＡ、ポリメタクリル酸ＰＭＡＡ、ポリアクリル酸ナトリウムＰＡＡＳ、ポリアクリルアミドＰＡＭ、ポリビニルアルコールＰＶＡ、アルギン酸ナトリウムＳＡとカルボキシメチルキトサンＣＭＣＳのうちの少なくとも一つを含んでもよい。いくつかの実施形態では、負極膜層の総質量を基準として、負極接着剤の質量含有量は、≦５％である。

【0174】

いくつかの実施形態では、負極膜層は、さらに選択的に他の助剤を含む。例として、他の助剤は、増粘剤、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウムＣＭＣ－Ｎａ、ＰＴＣサーミスタ材料などを含んでもよい。いくつかの実施形態では、負極膜層の総質量を基準として、他の助剤の質量含有量は、≦２％である。

【0175】

いくつかの実施形態では、負極集電体は、金属箔シート又は複合集電体を採用してもよい。金属箔シートの例として、銅箔を採用することができる。複合集電体は、高分子材料ベース層及び高分子材料ベース層の少なくとも一つの表面上に形成される金属材料層を含んでもよい。例として、金属材料は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀と銀合金のうちの少なくとも一つを含んでもよい。例として、高分子材料ベース層は、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレンとポリエチレンのうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0176】

いくつかの実施形態では、負極集電体の厚さは、６μｍ以下であり、選択的に４．５μｍから６μｍの薄い集電体である。

【0177】

本出願のリチウムイオン電池の負極集電体は、選択的に４．５μｍから６μｍの薄い集電体であり、リチウムイオン電池の放熱経路を弱め、低ＳＯＣ放電状態で、電池内に一部の熱量を保持することができ、低シリコン負極極板を高含有量のヘキサフルオロリン酸リチウム電解液系と組み合わせて放電末期（低ＳＯＣ下）のＤＣＲ成長の低減に対する有益な効果をさらに向上させ、それにより低ＳＯＣでの放電パワーを改善する。

【0178】

例示的に、負極集電体の厚さは、４．０μｍ、４．１μｍ、４．２μｍ、４．３μｍ、４．４μｍ、４．５μｍ、４．６μｍ、４．７μｍ、４．８μｍ、４．９μｍ、５．０μｍ、５．１μｍ、５．２μｍ、５．３μｍ、５．４μｍ、５．５μｍ、５．６μｍ、５．７μｍ、５．８μｍ、５．９μｍ、６μｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0179】

本出願の実施形態では、負極集電体の厚さは、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えば負極極板をサンプルとし、次にアルコールなどの有機溶媒で負極極板の表面の負極膜層を洗浄し、マイクロメータで負極集電体の厚さを測定した。

【0180】

負極膜層は、一般的には負極スラリーを負極集電体上に塗布し、乾燥、冷間プレスを経て得られたものである。負極スラリーは、一般的には負極活物質、選択的な導電剤、選択的な接着剤、他の選択的な助剤を溶媒に分散させて均一に攪拌して形成されたものである。溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）又は脱イオン水であってもよいが、これらに限らない。

【0181】

負極極板は、負極膜層以外の他の付加機能層を排除しない。例えば、いくつかの実施例では、本出願の実施形態の負極極板は、負極集電体と負極膜層との間に挟み込まれ、負極集電体表面に設置される導電アンダーコーティング（例えば導電剤と接着剤とにより構成される）をさらに含む。別のいくつかの実施例では、本出願の実施形態の負極極板は、負極膜層の表面を覆う保護層をさらに含む。

【0182】

［セパレータ］
いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池は、セパレータをさらに含み、セパレータの空隙率は、３０％から４５％である。

【0183】

ヘキサフルオロリン酸リチウムの添加量が相対的に高いため、電解液全体の粘度が相対的に大きく、セパレータの空隙率は、相対的に高く、粘度が比較的大きい電解液がセパレータを透過することに有利であり、リチウムイオンをスムーズに移動させることができる。

【0184】

例示的に、セパレータの空隙率は、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0185】

本出願の実施形態では、空隙率は、セパレータ内の孔体積がセパレータの総体積を占める百分率を指す。空隙率は、標準ＧＢ／Ｔ ３６３６３－２０１８『リチウムイオン電池用ポリオレフィンセパレータ」』従って試験することができる。

【0186】

いくつかの実施形態では、セパレータは、有機基材及び有機基材の少なくとも一方側に設けられるコーティングを含み、コーティングは、セラミック層及び／又はポリアクリレート層を含む。コーティングは、セラミック層のみ、又はポリアクリレート層のみ、又はセラミック層及びポリアクリレート層を含んでもよい。

【0187】

選択的に、コーティングがセラミック層及びポリプロピレン層を含む場合、ポリプロピレン層は、有機基材の少なくとも一つの表面に設けられてもよく、セラミック層は、ポリプロピレン層の有機基材から離反する表面に設けられ、又は、セラミック層は、有機基材の少なくとも一方の表面に設けられ、ポリプロピレン層は、セラミック層の有機基材から離反する表面に設けられてもよい。

【0188】

セパレータは、ポリアクリレート層をセパレータの外面に設け、セパレータの外面に一定の柔軟性を持たせ、シリコン系材料の体積膨張又は収縮を効果的に緩和し、電極アセンブリ全体の構造安定性を向上させることができる。

【0189】

有機基材の材質を特に制限せず、いずれか公知の良好な化学的安定性及び機械的安定性を有するベースフィルムを選択することができ、例えば、有機基材は、多孔質ポリオレフィン系樹脂フィルム（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンのうちの少なくとも一つ）、多孔質ガラス繊維及び多孔質不織布のうちの少なくとも一つを含む。有機基材は、単層フィルムから選択されてもよく、多層複合フィルムであってもよい。有機基材が多層複合フィルムである場合、各層の材料は、同じでもよく、異なってもよい。

【0190】

いくつかの実施形態では、有機基材の厚さは、６．６μｍから７．６μｍである。

【0191】

有機基材の厚さが上記範囲にある場合、リチウムイオンの、負極極板における輸送速度とセパレータにおける輸送速度とをほぼ一致させることができ、濃度分極を悪化させるリスクを低減させ、放電性能の改善に有利である。

【0192】

例示的に、有機基材の厚さは、６．６μｍ、６．７μｍ、６．８μｍ、６．９μｍ、７．０μｍ、７．１μｍ、７．２μｍ、７．３μｍ、７．４μｍ、７．５μｍ、７．６μｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0193】

いくつかの実施形態では、ポリアクリレート層におけるポリアクリレートは、ポリマーモノマーを重合して形成されてもよく、ポリマーモノマーは、第一のポリマーモノマー、第二のポリマーモノマー及び第三のポリマーモノマーのうちの少なくとも一つを含む。選択的に、ポリマーモノマーは、第一のポリマーモノマー、第二のポリマーモノマー、及び第三のポリマーモノマーを含む。ポリアクリレートは、上記三種のポリマーモノマーを採用して重合してなり、セパレータが極板との適当な接着性を取得するようにすることができ、リチウムイオン電池の動力学性能を向上させる。

【0194】

第一のポリマーモノマーは、少なくとも一つのエステル結合を有し、選択的にアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ－プロピル、アクリル酸ｎ－ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｓｅｃ－ブチル、アクリル酸ｔｅｒｔ－ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸－２－エチルヘキシル、アクリル酸－２－ヒドロキシエチル、アクリル酸－２－ヒドロキシプロピル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ－ブチル、メタクリル酸－２－エチルヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸－２－ヒドロキシエチル、メタクリル酸－２－ヒドロキシプロピル、酢酸ビニル、メタクリル酸トリフルオロエチル、メタクリル酸グリシジル又はトリメチロールプロパントリアクリレートのうちの一つ又は複数であり、さらに選択的にメタクリル酸メチル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸ラウリル又はトリメチロールプロパントリアクリレートのうちの一つ又は複数である。

【0195】

第二のポリマーモノマーは、少なくとも一つのシアン結合を有し、選択的にアクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルのうちの一つ又は複数であり、さらに選択的にアクリロニトリル、メタクリロニトリルのうちの一つ又は複数である。

【0196】

第三のポリマーモノマーは、少なくとも一つのアミド結合を有し、選択的にアクリルアミド、Ｎ－メチロールアクリルアミド、Ｎ－ブトキシメタクリルアミドのうちの一つ又は複数であり、さらに選択的にはアクリルアミド、Ｎ－メチロールアクリルアミドのうちの一つ又は複数である。

【0197】

いくつかの実施形態では、上記形成されたポリアクリレートにおける第一のポリマーモノマーと、第二のポリマーモノマーと、第三のポリマーモノマーとの重量比は、（４５から７０）：（１０から２５）：（１０から３５）であり、例えば（５０から７０）：（１０から２５）：（１０から３５）、（５５から７０）：（１０から２５）：（１０から３５）、（６０から７０）：（１０から２５）：（１０から３５）、（６５から７０）：（１０から２５）：（１０から３５）、（４５から７０）：（１５から２５）：（１０から３５）、（４５から７０）：（２０から２５）：（１０から３５）、（４５から７０）：（２２から２５）：（１０から３５）、（４５から７０）：（１０から２５）：（１５から３５）、（４５から７０）：（１０から２５）：（２０から３５）、（４５から７０）：（１０から２５）：（２５から３５）、（４５から７０）：（１０から２５）：（３０から３５）、（４５から７０）：（１０から２５）：（３２から３５）などである。

【0198】

いくつかの実施形態では、セラミック層は、耐熱性能を有する無機粒子を含み、無機粒子は、誘電率が５以上の無機粒子、活性イオンを輸送する能力を有する無機粒子、電気化学的酸化及び還元が起こり得る無機粒子のうちの少なくとも一つを含んでもよい。

【0199】

いくつかの実施形態では、誘電率が５以上の無機粒子は、ベーマイト（γ－ＡｌＯＯＨ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）、シリコン酸化物ＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２）、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、チタン酸ジルコニウム（ＺｒＴｉＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴと略記）、Ｐｂ_１－ｍＬａ_ｍＺｒ_１－ｎＴｉ_ｎＯ_３（ＰＬＺＴと略記し、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１）及びＰｂ（Ｍｇ_３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３－ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ－ＰＴと略記）のうちの少なくとも一つを含む。

【0200】

いくつかの実施形態では、活性イオンを輸送する能力を有する無機粒子は、リン酸リチウム（Ｌｉ_３ＰＯ_４）、リン酸チタンリチウム（Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙ（ＰＯ_４）_３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リン酸チタンアルミニウムリチウム（Ｌｉ_ｘＡｌ_ｙＴｉ_ｚ（ＰＯ_４）_３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜３）、（ＬｉＡｌＴｉＰ）_ｘＯ_ｙ系ガラス（０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１３）、チタン酸ランタンリチウム（Ｌｉ_ｘＬａ_ｙＴｉＯ_３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムチオリン酸ゲルマニウム（Ｌｉ_ｘＧｅ_ｙＰ_ｚＳ_ｗ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜５）、窒化リチウム（Ｌｉ_ｘＮ_ｙ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜２）、ＳｉＳ_２系ガラス（Ｌｉ_ｘＳｉ_ｙＳ_ｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜４）及びＰ_２Ｓ_５系ガラス（Ｌｉ_ｘＰ_ｙＳ_ｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜７）のうちの少なくとも一つ。

【0201】

いくつかの実施形態では、電気化学的酸化及び還元が発生可能な無機粒子は、リチウム含有遷移金属酸化物、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、炭素系材料、シリコン系材料、スズ系材料及びリチウムチタン化合物のうちの少なくとも一つを含む。

【0202】

いくつかの実施形態では、セラミック層は、接着剤をさらに含んでもよく、選択的に、接着剤は、ポリアクリレート、アクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン－コ－トリクロロエチレンコポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン－コ－酢酸ビニルコポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリアリレート、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、酢酸プロピオン酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シアノエチルプルランのうちの一つ又は複数を含む。

【0203】

いくつかの実施形態では、コーティングの厚さは、１．５μｍから２．５μｍである。

【0204】

コーティングの厚さは、片側コーティングの厚さであり、具体的にセラミック層及びポリアクリレート層の総厚さを含み、例えば有機基材の両側にいずれもコーティングが設けられ、有機基材のうちの一方側のコーティングの厚さは、コーティングの片側の厚さであり、又は有機基材の両側のうちの一方側にコーティングが設けられる場合、この側のコーティングの厚さは、片側コーティングの厚さである。コーティングの厚さが上記範囲にある場合、リチウムイオンの、負極極板における輸送速度とセパレータにおける輸送速度とをほぼ一致させることができ、濃度分極を悪化させるリスクを低減させ、放電性能の改善に有利である。

【0205】

例示的に、コーティングの厚さは、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、２．０μｍ、２．１μｍ、２．２μｍ、２．３μｍ、２．４μｍ、２．５μｍ又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0206】

いくつかの実施形態では、セラミック層の厚さとポリアクリレート層の厚さとの比は、（０．５から２．０）：１であり、例えば０．５：１、０．７：１、０．８：１、０．９：１、１．０：１、１．１：１、１．２：１、１．３：１、１．４：１、１．５：１、１．６：１、１．７：１、１．８：１、１．９：１、２．０：１、又は上記いずれか二つの数値からなる範囲であってもよい。

【0207】

本出願の実施形態では、有機基材及びコーティングの厚さの意味は、当分野において公知の意味であり、当分野において公知の機器及び方法を用いて検出することができ、例えば、イオン断面研磨装置を用いて走査型電子顕微鏡と組み合わせて試験することができる。例として、以下のステップに従って操作することができる。先ずセパレータを一定サイズの試験対象サンプル（例えば６ｍｍ×６ｍｍ）に裁断し、二枚の導電性及び熱伝導性のシート（例えば銅箔）を用いて試験対象サンプルを挟み、試験対象サンプルと薄片との間を接着剤（例えば両面接着剤）で粘りついて固定し、一定の質量（例えば約４００ｇ）の平坦な鉄塊を用いて一定時間（例えば１ｈ）で押し付けて、試験対象サンプルと銅箔との間の隙間を小さくするほどよくなり、そしてはさみでエッジが揃うように切り、導電接着剤を有するサンプル台上に粘り、サンプルがサンプル台エッジよりもやや突出すればよい。そしてサンプル台をサンプルラックに入れてロックして固定し、アルゴンイオン断面研磨計の電源を入れて真空引きし（例えば１０Ｐａ－４Ｐａまで）、アルゴンガス流量（例えば０．１５ＭＰａに）、電圧（例えば８ＫＶに）、及び研磨時間（例えば２時間に）を設定し、サンプル台を揺動モードに調整して研磨を開始し、研磨終了後、走査型電子顕微鏡（例えばＺＥＩＳＳ Ｓｉｇｍａ ３００）を用いて試験対象サンプルのイオン研磨断面形態（ＣＰ）画像を得、コーティングの厚さ及び有機基材の厚さを測定して得た。

【0208】

いくつかの実施形態では、正極極板、セパレータ及び負極極板は、捲回プロセス及び／又は積層プロセスによって電極アセンブリに製造でき、電極アセンブリは、捲回式電極アセンブリ、又は積層式電極アセンブリであってもよいと理解されてもよく、選択的に、電極アセンブリは、積層式電極アセンブリであり、積層式電極アセンブリは、正極極板と負極極板との間をより緊密にし、ＤＣＲをさらに改善することができる。

【0209】

いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池は、外装体を含んでもよい。この外装体は、上記電極アセンブリ及び電解液をパッケージングするために用いられてもよい。

【0210】

いくつかの実施形態では、リチウムイオン電池の外装体は、硬質ケース、例えば硬質プラスチックケース、アルミニウムケース、鋼製ケースなどであってもよい。リチウムイオン電池の外装体は、パウチ、例えば袋状パウチであってもよい。パウチの材質は、プラスチック、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）とポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）のうちの少なくとも一つであってもよい。

【0211】

本出願の実施形態は、リチウムイオン電池の形状に対して特に限定せず、それは、円筒型、四角形又は他の任意の形状であってもよい。例えば、図１は、一例としての四角形構造のリチウムイオン電池５である。

【0212】

いくつかの実施形態では、図２に示すように、外装体は、ケース５１とカバープレート５３を含んでもよい。ケース５１は、底板と底板上に接続された側板を含んでもよく、底板と側板は、囲んで収容キャビティを形成する。ケース５１は、収容キャビティと連通する開口を有し、カバープレート５３は、開口を覆って、収容キャビティを密閉するために用いられる。正極極板、負極極板とセパレータは、捲回プロセス及び／又は積層プロセスによって電極アセンブリ５２を形成することができる。電極アセンブリ５２は、収容キャビティにパッケージングされる。電解液は、電極アセンブリ５２内に浸潤される。リチウムイオン電池５に含まれる電極アセンブリ５２の数は、一つ又は複数であってもよく、需要に応じて調節することができる。

【0213】

本出願の実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、公知のものである。いくつかの実施形態では、正極極板、セパレータ、負極極板と電解液を組み立ててリチウムイオン電池を形成してもよい。例として、正極極板、セパレータ、負極極板を捲回プロセス及び／又は積層プロセスを経て電極アセンブリに形成することができ、電極アセンブリを外装体内に置き、乾燥した後に電解液を注入し、真空パッケージング、静置、化成、整形などの工程を経、リチウムイオン電池を得た。

【0214】

本出願の実施形態のいくつかの実施例では、本出願の実施形態によるリチウムイオン電池は、電池モジュールに組み立てることができ、電池モジュールに含まれるリチウムイオン電池の数は、複数であってもよく、具体的な数は、電池モジュールの応用と容量に応じて調節することができる。

【0215】

図３は、一例とする電池モジュール４の概略図である。図３に示すように、電池モジュール４において、複数のリチウムイオン電池５は、電池モジュール４の長手方向に沿って順に並べられて設置されてもよい。無論、他の任意の方式で配列してもよい。さらに締結具によりこれらの複数のリチウムイオン電池５を固定してもよい。

【0216】

選択的に、電池モジュール４は、収容空間を有するハウジングをさらに含んでもよく、複数のリチウムイオン電池５は、この収容空間に収容される。

【0217】

いくつかの実施形態では、上記電池モジュールは、さらに電池パックに組み立てられてもよく、電池パックに含まれる電池モジュールの数は、電池パックの応用と容量に応じて調節することができる。

【0218】

図４と図５は、一例とする電池パック１の概略図である。図４と図５に示すように、電池パック１には電池ボックスと電池ボックス内に設置された複数の電池モジュール４が含まれてもよい。電池ボックスは、上部筐体２と下部筐体３とを含み、上部筐体２は、下部筐体３を覆設し、且つ電池モジュール４を収容するための密閉空間を形成するために用いられる。複数の電池モジュール４は、任意の方式で電池ボックスに配列されてもよい。

【0219】

電力消費装置
本出願の実施形態の第三の態様は、電力消費装置を提供し、電力消費装置は、本出願の実施形態のリチウムイオン電池、電池モジュール又は電池パックのうちの少なくとも一つを含む。リチウムイオン電池、電池モジュール又は電池パックは、電力消費装置の電源として使用されてもよく、電力消費装置のエネルギー貯蔵ユニットとして使用されてもよい。電力消費装置は、移動体機器（例えば携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクータ、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気列車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどであってもよいが、それらに限らない。

【0220】

電力消費装置は、その使用需要に応じてリチウムイオン電池、電池モジュール又は電池パックを選択することができる。

【0221】

図６は、一例としての電力消費装置６の概略図である。この電力消費装置６は、純電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車などである。この電力消費装置６の高出力と高エネルギー密度に対する需要を満たすために、電池パック又は電池モジュールを採用してもよい。

【0222】

別の例の電力消費装置として、携帯電話、タブレットパソコン、ノートパソコンなどであってもよい。この電力消費装置は、一般的には薄型化を要求し、リチウムイオン電池を電源として採用することができる。

【0223】

実施例
下記実施例は、本出願の実施形態に開示された内容をより具体的に記述し、これらの実施例は、ただ論述して説明するためのものに過ぎず、本出願の実施形態に開示された内容の範囲内において様々な修正と変化を行うのは、当業者にとって明らかなことであるからである。別段の宣言がない限り、以下の実施例で報告されるすべての部、百分率と比は、いずれも質量を基準とし、そして実施例に使用されるすべての試薬は、市販から取得されるか又は通常の方法に従って合成して取得されることができるとともに、さらに処理することなく直接使用することができ、及び実施例に使用される計器は、いずれも市販から取得されることができる。

【0224】

実施例１
１、正極極板の製造
正極極板は、正極集電体及び正極膜層を含み、正極集電体は、厚さが１０μｍのアルミニウム箔であり、正極膜層は、正極スラリー（溶媒は、Ｎ－メチルピロリドンＮＭＰである）で正極集電体のアルミニウム箔の表面に均一に塗布され、乾燥、冷間プレスを経て形成された膜層を含み、正極膜層は、重量比が９７．５：１．４：１．１である正極活物質、導電剤カーボンブラック、接着剤ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む。正極膜層の圧密密度は、３．３５ｇ／ｃｍ^３であった。

【0225】

正極活物質は、単結晶構造でありそれは、分子式がＬｉ_ｄＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｏ_ｚである化合物を含み、ここで、正極活物質中のニッケルコバルトマンガン酸化物基体は、分子式がＬｉＮｉ_０．７０Ｃｏ_０．１０Ｍｎ_０．２０Ｏ_２である化合物を含む。

【0226】

Ｍ元素は、４５０ｐｐｍのＴｉ元素、１７００ｐｐｍのＺｒ元素、１６００ｐｐｍのＡｌ元素、及び１２０ｐｐｍの（Ｂ、Ｓ及びＰ）元素を含む。

【0227】

２、負極極板の製造
負極極板は、負極集電体及び負極膜層を含み、負極集電体は、厚さ４．５μｍの銅箔であり、負極膜層は、負極スラリー（溶媒は、脱イオン水である）で負極集電体銅箔の表面に均一に塗布され、乾燥、冷間プレスを経て形成された膜層を含み、負極膜層は、重量比が９６．２：１．８：１．２：０．８の負極活物質、接着剤スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘剤カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ）、導電剤カーボンブラック（Ｓｕｐｅｒ Ｐ）を含む。

【0228】

負極活物質は、９７％の人造黒鉛と３％のシリコン酸化物ＳｉＯを含み、負極活物質の総質量に対するケイ素元素の質量含有量は、１．９１％であった。負極膜層の圧密密度は、１．４ｇ／ｃｍ^３であった。

【0229】

３、セパレータ
セパレータは、セパレータの供給業者から直接購入することができる。セパレータの空隙率は、３０％であり、セパレータは、有機基材（多孔質ポリプロピレンＰＰ（７μｍ））及びコーティングを含み、コーティングは、セラミック層（１μｍ）及びポリアクリレート層（１μｍ）を含み、セラミック層は、有機基材の二つの表面に設けられ、セラミック層は、接着剤及び無機酸化アルミニウムをＮ－メチルピロリドンＮＭＰに溶解して有機基材に塗布して形成された膜層を含み、ポリアクリレート層は、セラミック層の有機基材から離反する表面に設けられ、ポリアクリレート層は、ポリアクリレート類を含有する物質をセラミック層の表面に塗布して形成された膜層である。

【0230】

４、電解液の製造
電解液は、有機溶媒、リチウム塩及び添加剤を含み、有機溶媒は、環状カーボネート（ＥＣ、ＰＣ及びＢＣ、各成分の質量比は、１：１：１である）及び線状カーボネート（ＥＭＣ、ＤＭＣ及びＤＥＣ、各成分の質量比は、１：１：１である）を含む。

【0231】

５、電池の製造
上記正極極板、セパレータ、負極極板を順番に積層し、セパレータが正極極板と負極極板との間に位置して隔離の役割を果たすようにし、そして捲回して電極アセンブリを得、電極アセンブリを外装体に置き、乾燥後に電解液を注入し、真空パッケージング、静置、化成、整形などの工程を経て、リチウムイオン電池を得て、リチウムイオン電池の保液係数は、２．０ｇ／Ａｈであった。

【0232】

比較例１
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、比較例１の正極活物質が異なり、正極活物質がＭ元素を含まないことである。

【0233】

比較例２と比較例３
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、比較例２及び比較例３で電解液の成分、特にヘキサフルオロリン酸リチウムの含有量を調整したことである。

【0234】

実施例２
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例２の正極活物質の態様が異なり、実施例２における正極活物質が多結晶粒子を用いることである。

【0235】

実施例３－１と実施例３－２
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例３－１から実施例３－２で電解液の成分、特にヘキサフルオロリン酸リチウムの含有量を調整したことである。

【0236】

実施例４－１から実施例４－４
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例４－１から実施例４－４の正極活物質が異なり、正極活物質がＭ元素におけるＴｉ及びＺｒのうちの少なくとも一つの含有量を調整したことである。

【0237】

実施例４－５から実施例４－７
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例４－５から実施例４－７の電解液が異なり、電解液が第一の添加剤の含有量を調整したことである。

【0238】

実施例５－１と実施例５－２
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例５－１及び実施例５－２の正極活物質が異なり、正極活物質がＭ元素におけるＡｌの含有量を調整したことである。

【0239】

実施例５－３から実施例５－４
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例５－３から実施例５－４の電解液が異なり、電解液が第二の添加剤の含有量を調整したことである。

【0240】

実施例６－１から実施例６－３
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例６－１から実施例６－３の正極活物質及び電解液が異なり、正極活物質がＭ元素におけるＰ、Ｂ及びＳの総含有量を調整し、電解液が第三の添加剤の含有量を調整したことである。

【0241】

実施例７－１と実施例７－２
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例７－１と実施例７－２の電解液が異なり、電解液にフッ素化環状カーボネートを添加したことである。

【0242】

実施例８
実施例１と類似の方法でリチウムイオン電池を製造し、実施例１と異なるのは、実施例８の電解液が異なり、電解液に第四の添加剤を添加したことである。

【0243】

実施例及び比較例のパラメータは、表１から表３に示すようにである。

【0244】

性能試験
１、リチウムイオンのサイクル性能試験
２５°Ｃで、実施例及び比較例で製造して得たリチウムイオン電池を１Ｃのレートで４．３５Ｖまで充電し、１Ｃのレートで２．８Ｖまで放電して５００サイクル循環させ、リチウムイオン電池の残容量が初期容量に占める百分率を記録した。

【0245】

試験結果
試験結果は、表１から表３に示す通りである。

【0246】

【表1】

【0247】

表１において、実施例１の正極活物質は、単結晶構造であり、それは、分子式がＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＭｎ_ｃＭ_{（１－ａ－ｂ－ｃ）}Ｏ_２である化合物を含み、ここで、正極活物質中のニッケルコバルトマンガン酸化物基体は、分子式がＬｉＮｉ_０．７０Ｃｏ_０．１０Ｍｎ_０．２０Ｏ_２である化合物を含む。Ｍ元素は、４５０ｐｐｍのＴｉ元素、１７００ｐｐｍのＺｒ元素、１６００ｐｐｍのＡｌ元素、及び１２０ｐｐｍの（Ｂ、Ｓ及びＰ）元素を含む。実施例２、実施例３－１及び実施例３－２の正極活物質の分子式は、実施例１と同じであり、実施例２は、多結晶構造を用い、実施例３－１及び実施例３－２は、単結晶粒子を用いた。

【0248】

比較例１の正極活物質は、分子式がＬｉＮｉ_０．７０Ｃｏ_０．１０Ｍｎ_０．２０Ｏ_２である化合物を含み、単結晶粒子を用いた。

【0249】

表１から分かるように、
比較例１におけるヘキサフルオロリン酸リチウムの含有量は、比較的高いが、比較例１の正極活物質は、ＬｉＮｉ_０．７０Ｃｏ_０．１０Ｍｎ_０．２０Ｏ_２であり、その構造安定性は、相対的に低く、それによりリチウムイオン電池のサイクル性能は、依然として低い。

【0250】

比較例２及び比較例３は、いずれも適切な正極活物質系を用い、正極活物質は、Ｍ元素を含み、Ｍ元素は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｓ、Ｐなどを含み、正極活物質系の結晶格子安定性を向上させることに有利であり、しかし比較例２は、相対的に低い含有量のヘキサフルオロリン酸リチウム（１２％）を用い、比較的低い含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムが正極活物質の表面に生成するフッ化リチウム化物は、相対的に少なく、正極活物質に対して十分に保護作用を果たすことができず、正極活物質における遷移金属イオンが依然として電解液に溶出するリスクがあり、それにより電池サイクル性能を悪化させる。比較例３は、相対的に高い含有量のヘキサフルオロリン酸リチウム（２３％）を用い、比較的高い含有量のヘキサフルオロリン酸リチウムは、電解液系の粘度が高すぎ、リチウムイオンの移動に不利であり、電池の動力学性能が比較的悪くなる。

【0251】

実施例１の正極活物質は、Ｍ元素をさらに含み、Ｍ元素の導入は、正極活物質結晶構造の安定性を向上させることができ、さらにヘキサフルオロリン酸リチウムを組み合わせ、ヘキサフルオロリン酸リチウムＬｉＰＦ_６の電解液の総質量に対する質量含有量は、１５％から２０％であり、ヘキサフルオロリン酸リチウムは、正極活物質の表面にフッ化リチウムＬｉＦを主な膜成分とする保護層を形成することができ、それにより金属元素及び非金属元素の溶出をある程度緩和し、リチウムイオン電池のサイクル性能を改善することができる。実施例２における正極活物質は、多結晶粒子を用いることに比べて、実施例１は、単結晶粒子を用い、単結晶粒子と電解液との接触界面が相対的に少なく、副反応が発生するリスクがより低く、サイクル性能の向上により有利である。

【0252】

【表2】

【0253】

表２から分かるように、
実施例４－１から実施例４－７における第一の添加剤と正極活物質におけるＴｉ及びＺｒとを組み合わせて使用し、Ｔｉ及びＺｒは、正極活物質構造の安定性を向上させることができ、第一の添加剤は、ＴｉとＺｒイオンによるパワーの劣化を補うことができ、それによりリチウムイオン電池のサイクル性能を向上させる。

【0254】

実施例５－１から実施例５－４における第二の添加剤と正極活物質中のＡｌとを組み合わせて使用し、特にジフルオロリン酸リチウムと正極活物質中のＡｌ元素を組み合わせることにより、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0255】

【表3】

【0256】

表３から分かるように、
実施例６－１から実施例６－３における第三の添加剤及び正極活物質におけるリンＰ、硫黄Ｓ及びホウ素Ｂ元素のうちの少なくとも一つの元素を組み合わせることにより、正極活物質の表面のＤＣＲを改善し、界面パワーを向上させることができる。

【0257】

実施例７－１及び実施例７－２は、電解液にフッ素化環状カーボネートをさらに添加し、フッ素化環状カーボネートは、負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、負極活物質を効果的に保護することができ、それによりリチウムイオン電池のサイクル性能を向上させる。

【0258】

実施例８は、電解液に第四の添加剤をさらに添加し、第四の添加剤は、負極活物質の表面にＳＥＩ膜の形成に関与することができ、負極活物質を効果的に保護することができ、それによりリチウムイオン電池のサイクル性能を向上させる。

【0259】

例示的な実施例を示して説明してきたが、当業者は、上述の実施例が本出願に対する制限として解釈されるべきではなく、且つ本出願の精神、原理、及び範囲から逸脱することなく、実施例に変更、代替、及び修正を加えることができることを理解すべきである。

【符号の説明】

【0260】

１：電池パック、２：上部筐体、３：下部筐体、４：電池モジュール、
５：リチウムイオン電池、５１：ケース、５２：電極アセンブリ、
５３、カバープレート、
６：電力消費装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】