JP2016507888A - Electrolyte composition and electrochemical double layer capacitor formed therefrom - Google Patents

Electrolyte composition and electrochemical double layer capacitor formed therefrom Download PDF

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Abstract

本発明は、一般に、ホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び多くの用途におけるこれらの使用を包含し、用途の中でも特に、スタティックメモリー、永久メモリー及びダイナミックランダムアクセスメモリーを含めたメモリーデバイス等の電子デバイスの電解質として、電池、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)又はスーパーキャパシタ若しくはウルトラキャパシタ、電解キャパシタ等のエネルギー蓄積デバイスの電解質として、色素増感型太陽電池(DSSC)の電解質として、燃料電池の電解質として、伝熱媒体としての用途が挙げられるが、これらに限定されない。特に、本発明は一般に、ホスホニウムイオン液体、塩、組成物に関し、この組成物は、熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲、イオン伝導率、及び電気化学的安定性の優れた組合せを示す。本発明は、このようなホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物を作製する方法、並びにこれを含む動作デバイス及びシステムを更に包含する。The present invention generally encompasses phosphonium ionic liquids, salts, compositions and their use in many applications, among other applications electronic devices such as memory devices including static memory, permanent memory and dynamic random access memory. As an electrolyte for batteries, as an electrolyte for energy storage devices such as batteries, electrochemical double layer capacitors (EDLC) or supercapacitors or ultracapacitors, as electrolytic capacitors, as electrolytes for dye-sensitized solar cells (DSSC), as electrolytes for fuel cells Examples of the heat transfer medium include, but are not limited to. In particular, the present invention generally relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions, which have excellent thermodynamic stability, low volatility, wide liquid phase range, ionic conductivity, and electrochemical stability. Indicates a combination. The invention further encompasses methods of making such phosphonium ionic liquids, salts, and compositions, and operating devices and systems comprising the same.

Description

本発明は、ホスホニウムイオン液体(phosphnium ionic liquid)、塩、組成物ベースの電解質組成物及び多くの用途におけるこれらの使用を一般的に包含し、いくつかある用途の中でも特に、スタティックメモリー、固定メモリー及びダイナミックランダムアクセスメモリーを含めたメモリーデバイス等の電子デバイスの電解質として、電池、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)又はスーパーキャパシタ若しくはウルトラキャパシタ、電解キャパシタ等のエネルギー蓄積デバイスの電解質として、色素増感型太陽電池(DSSC)の電解質として、燃料電池の電解質として、伝熱媒体、高温反応及び/又は抽出媒体としての用途が挙げられるが、これらに限定されない。特に、本発明は、構造的特徴を保有するホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び分子に関し、この組成物は、熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲(liquidus range)、及びイオン伝導率のうちの少なくとも2つ以上の所望の組合せを示す。本発明は、このようなホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び分子を作製する方法、並びにこれを含む動作デバイス及びシステムを更に包含する。   The present invention generally encompasses phosphnium ionic liquids, salts, composition-based electrolyte compositions and their use in many applications, among others, static memory, fixed memory. As an electrolyte for electronic devices such as memory devices including dynamic random access memories, as dyes for energy storage devices such as batteries, electrochemical double layer capacitors (EDLC) or supercapacitors or ultracapacitors, electrolytic capacitors Solar cell (DSSC) electrolytes include, but are not limited to, fuel cell electrolytes as heat transfer media, high temperature reactions and / or extraction media. In particular, the present invention relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules possessing structural characteristics, which compositions have thermodynamic stability, low volatility, wide liquidus range, and ions. A desired combination of at least two or more of the conductivity is indicated. The invention further encompasses methods for making such phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules, and operating devices and systems comprising the same.

イオン液体は、1つには、これらの広い、使用及び用途の可能性のためにかなりの注目を集めている。「イオン液体」という用語は、融点が比較的低い(100℃以下)塩に対して一般的に使用されている。室温で液体である塩は、室温イオン液体と一般的に呼ばれている。初期の研究者らは、ジアルキルイミダゾリウム塩ベースのイオン液体を利用した。例えば、Wilkesらは、電池を作製することを目指して、アルミニウム金属アノード及び塩素カソードの使用のためのジアルキルイミダゾリウム塩ベースのイオン液体を開発した。J. Wilkes、J. Levisky、R. Wilson、C. Hussey、Inorg. Chem、21、1263頁(1982)。   Ionic liquids have received considerable attention in part because of their wide range of uses and applications. The term “ionic liquid” is commonly used for salts with a relatively low melting point (100 ° C. or less). Salts that are liquid at room temperature are commonly referred to as room temperature ionic liquids. Early researchers utilized dialkylimidazolium salt-based ionic liquids. For example, Wilkes et al. Developed a dialkyl imidazolium salt-based ionic liquid for use in aluminum metal anodes and chlorine cathodes with the goal of making batteries. J. Wilkes, J. Levisky, R. Wilson, C. Hussey, Inorg. Chem, 21, 1263 (1982).

最も広く研究され、一般的に使用されたイオン液体のうちのいくつかはピリジニウム塩をベースとし、N-アルキルピリジニウム及びN,N'-ジアルキルイミダゾリウムの重要な使用が見出されている。N-アルキル-ピリジニウム及びN,N-ジアルキルイミダゾリウムを含むピリジニウムベースのイオン液体、並びに窒素ベースのイオン液体は一般的に、300℃以下に限定される熱力学的安定性を保有し、容易に蒸留可能であり、200℃よりかなり下の温度で、測定可能な蒸気圧を有する傾向にある。このような特性は、これらの有用性、並びにこれらの用途を限定する。例えば、このようなイオン液体は、後工程(BEOL)の熱処理中に分解を起こしやすい。更に、このようなイオン液体は、イオン液体を多くの場合300℃を上回る温度への連続的熱サイクルに供する他の伝熱処理のステップ中にも分解する。   Some of the most widely studied and commonly used ionic liquids are based on pyridinium salts, and important uses of N-alkylpyridinium and N, N′-dialkylimidazoliums have been found. Pyridinium-based ionic liquids, including N-alkyl-pyridinium and N, N-dialkylimidazoliums, as well as nitrogen-based ionic liquids generally possess thermodynamic stability limited to 300 ° C or less and are easily It is distillable and tends to have a measurable vapor pressure at temperatures well below 200 ° C. Such properties limit their usefulness as well as their use. For example, such an ionic liquid is liable to be decomposed during heat treatment in a post process (BEOL). Furthermore, such ionic liquids also decompose during other heat transfer steps that subject the ionic liquids to continuous thermal cycling to temperatures often above 300 ° C.

イオン液体の多様な性質は、継続して調査され、イオン液体のさらなる用途が考えられている。例えば、電気化学的方法及び用途では、様々なデバイス及び用途において伝導率を高める電解質が必要とされる。最近の研究は、従来の溶媒ベースの電解質の可能な代替として、室温イオン液体の領域で行われている。   The various properties of ionic liquids are continuously investigated and further uses of ionic liquids are envisioned. For example, electrochemical methods and applications require electrolytes that increase conductivity in various devices and applications. Recent work has been done in the area of room temperature ionic liquids as a possible alternative to conventional solvent-based electrolytes.

米国仮特許出願第60/687,464号US Provisional Patent Application No. 60 / 687,464 米国特許第6,212,093号U.S. Patent No. 6,212,093 米国特許第6,728,129号U.S. Pat.No. 6,728,129 米国特許第6,451,942号U.S. Pat.No. 6,451,942 米国特許第6,777,516号U.S. Patent No. 6,777,516 米国特許第6,381,169号U.S. Patent No. 6,381,169 米国特許第6,208,553号U.S. Patent No. 6,208,553 米国特許第6,657,884号U.S. Pat.No. 6,657,884 米国特許第6,272,038号U.S. Pat.No. 6,272,038 米国特許第6,484,394号U.S. Patent No. 6,484,394 米国特許出願第10/040,059号U.S. Patent Application No. 10 / 040,059 米国特許出願第10/682,868号U.S. Patent Application No. 10 / 682,868 米国特許出願第10/445,977号U.S. Patent Application No. 10 / 445,977 米国特許出願第10/834,630号U.S. Patent Application No. 10 / 834,630 米国特許出願第10/135,220号U.S. Patent Application No. 10 / 135,220 米国特許出願第10/723,315号U.S. Patent Application No. 10 / 723,315 米国特許出願第10/456,321号U.S. Patent Application No. 10 / 456,321 米国特許出願第10/376,865号U.S. Patent Application No. 10 / 376,865 米国特許出願公開第2007/0108438号US Patent Application Publication No. 2007/0108438 国際公開第01/03126号International Publication No. 01/03126 米国特許出願公開第2007/0123618号US Patent Application Publication No. 2007/0123618

J. Wilkes、J. Levisky、R. Wilson、C. Hussey、Inorg. Chem、21、1263頁(1982)J. Wilkes, J. Levisky, R. Wilson, C. Hussey, Inorg. Chem, 21, 1263 (1982) Yangら(1999) J. Porphyrins Phthalocyanines、3: 117〜147頁Yang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines, 3: 117-147. Sethら(1994) J. Am. Chem. Soc.、116: 10578〜10592頁Seth et al. (1994) J. Am. Chem. Soc., 116: 10578-10592. Sethら(1996) J. Am. Chem. Soc.、118: 11194〜11207頁Seth et al. (1996) J. Am. Chem. Soc., 118: 11194-11207. Strachanら(1997) J. Am. Chem. Soc.、119: 11191〜11201頁Strachan et al. (1997) J. Am. Chem. Soc., 119: 11191-11201 Liら(1997) J. Mater. Chem.、7: 1245〜1262頁Li et al. (1997) J. Mater. Chem., 7: 1245-1262. Strachanら(1998) Inorg. Chem.、37: 1191〜1201頁Strachan et al. (1998) Inorg. Chem., 37: 1191-1201 Yangら(1999) J. Am. Chem. Soc.、121: 4008〜4018頁Yang et al. (1999) J. Am. Chem. Soc., 121: 4008-4018 Handbook of Electrochemistry of the ElementsHandbook of Electrochemistry of the Elements Rothら(2000) Vac. Sci. Technol. B 18:2359〜2364頁Roth et al. (2000) Vac. Sci. Technol. B 18: 2359-2364 Rothら(2003) J.Am. Chem. Soc. 125:505〜517頁Roth et al. (2003) J. Am. Chem. Soc. 125: 505-517 Advanced Inorganic Chemistry、第5版、Cotton & Wilkinson、John Wiley & Sons、1988、26章Advanced Inorganic Chemistry, 5th edition, Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 1988, Chapter 26 Organometallics, A Concise Introduction、Elschenbroichら、第2版、1992、VCHOrganometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et al., 2nd edition, 1992, VCH Comprehensive Organometallic Chemistry II, A Review of the Literature 1982〜1994、Abelら編、7巻、7, 8, 10及び11章、Pergamon PressComprehensive Organometallic Chemistry II, A Review of the Literature 1982-1994, edited by Abel et al., 7, 7, 8, 10 and 11, Pergamon Press Robinsら、J. Am. Chem. Soc. 104:1882〜1893頁(1982)Robins et al., J. Am. Chem. Soc. 104: 1882-1893 (1982) Gassmanら、J. Am. Chem. Soc. 108:4228〜4229頁(1986)Gassman et al., J. Am. Chem. Soc. 108: 4228-4229 (1986) Connellyら、Chem. Rev. 96:877〜910頁(1996)Connelly et al., Chem. Rev. 96: 877-910 (1996) Geigerら、Advances in Organometallic Chemistry 23:1〜93頁Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 23: 1-93 Geigerら、Advances in Organometallic Chemistry 24:87頁Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 24:87 Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433〜442頁Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433-442 Jiangら(1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322〜328頁Jiang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322-328 Arnoldら(1999) Chemistry Letters 483〜484頁Arnold et al. (1999) Chemistry Letters 483-484 Cotton and Wilkenson、Advanced Organic Chemistry、第5版、John Wiley & Sons、1988Cotton and Wilkenson, Advanced Organic Chemistry, 5th edition, John Wiley & Sons, 1988 Rai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication、SPIE Optical Engineering PressRai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press Bard & Faulkner (1997) Fundamentals of MicrofabricationBard & Faulkner (1997) Fundamentals of Microfabrication

開発が行われてきた一方で、イオン液体、塩、及び電解質組成物における新規開発に対する必要性、並びに電解質が、電気化学二重層キャパシタ、リチウム金属及びリチウムイオン電池、燃料電池、色素増感型太陽電池及び分子メモリーデバイスにおける使用に対して利用できるような物質及び使用に対する必要性が継続して存在するのは明らかである。   While development has been underway, the need for new developments in ionic liquids, salts, and electrolyte compositions, and electrolytes are electrochemical double layer capacitors, lithium metal and lithium ion batteries, fuel cells, dye-sensitized solar Clearly, there is a continuing need for materials and uses that are available for use in batteries and molecular memory devices.

本発明は、ホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び多くの用途におけるこれらの使用を広範に包含し、いくつかある用途の中でも特に、スタティックメモリー、固定メモリー及びダイナミックランダムアクセスメモリーを含めたメモリーデバイス等の電子デバイスの電解質として、電池、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)又はスーパーキャパシタ若しくはウルトラキャパシタ、電解キャパシタ等のエネルギー蓄積デバイスの電解質として、色素増感型太陽電池(DSSC)の電解質として、燃料電池の電解質として、伝熱媒体、高温反応及び/又は抽出媒体としての用途が挙げられるが、これらに限定されない。特に、本発明は、構造的特徴を有するホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び分子に関し、この組成物は、熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲、及びイオン伝導率のうちの少なくとも2つ以上の所望の組合せを示す。   The present invention broadly encompasses phosphonium ionic liquids, salts, compositions and their use in many applications, among other applications, memory devices including static memory, fixed memory and dynamic random access memory, etc. As an electrolyte of an electronic device, as an electrolyte of an energy storage device such as a battery, an electrochemical double layer capacitor (EDLC) or a supercapacitor or ultracapacitor, an electrolytic capacitor, a fuel cell as an electrolyte of a dye-sensitized solar cell (DSSC) Examples of the electrolyte include, but are not limited to, a heat transfer medium, a high-temperature reaction, and / or an extraction medium. In particular, the present invention relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules that have structural features, the composition of thermodynamic stability, low volatility, wide liquid phase range, and ionic conductivity. At least two or more desired combinations are shown.

一態様では、イオン液体組成物が提供され、このイオン液体組成物は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、任意に、及びそれぞれ独立して、置換基である)の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含む。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、2〜14個の炭素原子で構成される異なるアルキル基である。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つは、脂肪族、ヘテロ環式部分である。あるいは、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つは、芳香族、ヘテロ環式部分である。他の実施形態では、R1及びR2は同じであり、テトラメチレンホスホラン、ペンタメチレンホスホリナン、テトラメチニルホスホール、ホスホラン又はホスホリナンで構成される。別の実施形態では、R2、R3及びR4は同じであり、ホスホラン、ホスホリナン又はホスホールで構成される。
In one aspect, an ionic liquid composition is provided, the ionic liquid composition having the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
One or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are optionally and each independently a substituent including. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a different alkyl group composed of 2-14 carbon atoms. In some embodiments, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is an aliphatic, heterocyclic moiety. Alternatively, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is an aromatic, heterocyclic moiety. In other embodiments, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethylene phosphorane, pentamethylene phosphorinane, tetramethynyl phosphor, phospholane, or phosphorinane. In another embodiment, R 2 , R 3 and R 4 are the same and are composed of phospholane, phosphorinane or phosphole.

別の実施形態では、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含むイオン液体組成物が提供され、このイオン液体組成物は、375℃を超える熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲、及び室温で10mS/cm以下のイオン伝導率を示す。   In another embodiment, an ionic liquid composition comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions is provided, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability above 375 ° C. It exhibits a liquid phase range wider than 400 ° C. and an ionic conductivity of 10 mS / cm or less at room temperature.

別の態様では、本発明は、適切なアニオンと共に、ホスホニウムベースのカチオンで構成される電解質組成物を包含する。一部の実施形態では、「電解質」又は「電解質溶液」又は「電解質組成物」又は「イオン電解質」又は「イオン伝導性電解質」又は「イオン伝導性組成物」又は「イオン組成物」という用語が使用され、この用語は、本明細書では、以下のうちのいずれか1つ又は複数であると定義される:(a)イオン液体、(b)室温イオン液体、(c)少なくとも1つの溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩、及び(d)少なくとも1つの溶媒中に、少なくとも1つのポリマーと共に溶解することでゲル電解質を形成している1つ又は複数の塩。更に、この1つ又は複数の塩には、以下が含まれると定義される:(a)100℃以下の温度で固体である1つ又は複数の塩、及び(b)100℃以下の温度で液体である1つ又は複数の塩。   In another aspect, the invention includes an electrolyte composition comprised of a phosphonium-based cation with a suitable anion. In some embodiments, the term “electrolyte” or “electrolyte solution” or “electrolyte composition” or “ion electrolyte” or “ion conductive electrolyte” or “ion conductive composition” or “ionic composition” As used herein, the term is defined as any one or more of the following: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid, (c) in at least one solvent. And (d) one or more salts that form a gel electrolyte by dissolving with at least one polymer in at least one solvent. Further, the one or more salts are defined to include: (a) one or more salts that are solid at a temperature of 100 ° C. or lower, and (b) at a temperature of 100 ° C. or lower. One or more salts that are liquids.

別の実施形態では、電解質組成物が提供され、この電解質組成物は、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩から構成され、この1つ又は複数の塩は、一般式:
R1R2R3R4P (1)
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、これらに限定されないが、以下に記載されているようなアルキル基等の置換基である)の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含む。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子、更に普通は、1〜4個の炭素原子で構成されるアルキル基である。塩のうちのいずれか1つ又は複数は、100℃以下の温度で液体であっても固体であってもよい。一部の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び1つのアニオンのペアで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び複数のアニオンで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのアニオン及び複数のカチオンで構成される。更なる実施形態では、塩は、複数のカチオン及び複数のアニオンで構成される。
In another embodiment, an electrolyte composition is provided, the electrolyte composition being composed of one or more salts dissolved in a solvent, the one or more salts having the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P (1)
One or more of the formulas wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent such as, but not limited to, an alkyl group as described below A phosphonium-based cation and one or more anions. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 6 carbon atoms, more usually 1 to 4 carbon atoms. It is. Any one or more of the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. or lower. In some embodiments, the salt is composed of one cation and one anion pair. In other embodiments, the salt is composed of one cation and multiple anions. In other embodiments, the salt is composed of one anion and multiple cations. In a further embodiment, the salt is composed of multiple cations and multiple anions.

別の実施形態では、電解質組成物は、1つ又は複数の慣用の、非ホスホニウム塩を更に含む。一部の実施形態では、電解質組成物は慣用の塩で構成されていてもよく、この場合には、本明細書中に開示されているホスホニウムベースのイオン液体又は塩は添加剤である。一部の実施形態では、電解質組成物は、ホスホニウムベースのイオン液体又は塩及び1つ又は複数の慣用の塩で構成され、これらは、ホスホニウムベースのイオン液体又は塩:慣用の塩のモル(又はモル濃度)比1:100〜1:1の範囲で存在する。慣用の塩の例としては、これらに限定されないが、テトラアルキルアンモニウム、例えば、(CH3CH2)4N+、(CH3CH2)3(CH3)N+、(CH3CH2)2(CH3)2N+、(CH3CH2)(CH3)3N+、(CH3)4N+等、イミダゾリウム、ピラゾリウム、ピリジニウム、ピラジニウム、ピリミジニウム、ピリダジニウム、ピロリジニウムからなる群から選択される1つ又は複数のカチオンと、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、(CF3SO2)3C-からなる群から選択される1つ又は複数のアニオンとで構成される塩が挙げられる。一部の実施形態では、1つ又は複数の慣用の塩として、これらに限定されないが、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム(TEABF4)、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム(TEMABF4)、テトラフルオロホウ酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIBF4)、テトラフルオロホウ酸1-エチル-1-メチルピロリジニウム(EMPBF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMIIm)、ヘキサフルオロリン酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIPF6)が挙げられる。一部の実施形態では、1つ又は複数の慣用の塩は、これらに限定されないが、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム又はトリフル酸リチウム(LiCF3SO3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3SO2)2N又はLiIm)、及びビス(ペンタフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3CF2SO2)2N又はLiBETI)を含めたリチウムベースの塩である。 In another embodiment, the electrolyte composition further comprises one or more conventional, non-phosphonium salts. In some embodiments, the electrolyte composition may be composed of conventional salts, in which case the phosphonium-based ionic liquids or salts disclosed herein are additives. In some embodiments, the electrolyte composition is comprised of a phosphonium-based ionic liquid or salt and one or more conventional salts, which are phosphonium-based ionic liquids or salts: moles of conventional salts (or (Molar concentration) ratio exists in the range of 1: 100 to 1: 1. Examples of conventional salts include, but are not limited to, tetraalkylammonium, such as (CH 3 CH 2 ) 4 N + , (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) N + , (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) 2 N + , (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 3 N + , (CH 3 ) 4 N + etc., from the group consisting of imidazolium, pyrazolium, pyridinium, pyrazinium, pyrimidinium, pyridazinium, pyrrolidinium One or more selected cations and ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 And a salt composed of one or more anions selected from the group consisting of CF 2 SO 2 ) 2 N and (CF 3 SO 2 ) 3 C . In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), tetrafluoroboric acid 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMIBF 4 ), 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (EMPBF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ( EMIIm) and 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ). In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imido (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N or LiIm), And bis (pentafluoromethanesulfonyl) imide lithium (Li (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N or LiBETI).

本発明の更なる態様は、陽極と、陰極と、前記陽極及び陰極の間のセパレーターと、電解質とを含む電池を提供する。電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される。一実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するイオン液体で構成され、このイオン液体組成物は、375℃までの熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲、及び室温で少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cmのイオン伝導率を示す。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有する、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、この電解質組成物は、室温で、少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を示す。更なる態様では、ホスホニウム電解質は、慣用電解質と比較してより低い可燃性を示し、したがって電池動作の安全性を向上させる。更なる態様では、ホスホニウムイオン液体又は塩は、固体電解質界面相(SEI)層又は電極保護層の形成を促進するために添加剤として使用することができる。SEI層は、電気化学的安定性ウィンドウを拡大し、電池劣化又は分解反応を抑制し、したがって電池のサイクル寿命を向上させ得る。
A further aspect of the present invention provides a battery comprising an anode, a cathode, a separator between the anode and cathode, and an electrolyte. The electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ion comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent Consists of one or more salts dissolved in a liquid composition or solvent. In one embodiment, the electrolyte is composed of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability up to 375 ° C. A liquidus range wider than 400 ° C. and an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts dissolved in a solvent having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the electrolyte composition comprising: At room temperature, at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm The ionic conductivity of is shown. In a further aspect, the phosphonium electrolyte exhibits lower flammability compared to conventional electrolytes, thus improving battery operation safety. In a further aspect, phosphonium ionic liquids or salts can be used as additives to facilitate the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) layer or electrode protection layer. The SEI layer can widen the electrochemical stability window, suppress battery degradation or decomposition reactions, and thus improve battery cycle life.

本発明の更なる態様は、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)を提供し、この電気化学二重層キャパシタは、陽極と、陰極と、前記陽極及び陰極の間のセパレーターと、電解質とを含む。電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される。一実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するイオン液体で構成され、このイオン液体組成物は、375℃までの熱力学的安定性、400℃より大きな液相範囲、及び室温で少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cmのイオン伝導率を示す。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有する、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、この電解質組成物は、室温で、少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を示す。更なる態様では、ホスホニウム電解質は、慣用電解質と比較してより低い可燃性を示し、したがってEDLC動作の安全性を向上させている。更なる態様では、ホスホニウムイオン液体又は塩は、固体電解質界面相(SEI)層又は電極保護層の形成を促進するために添加剤として使用することができる。任意の特定の理論に束縛されることなく、保護層は、電気化学的安定性ウィンドウを拡大し、EDLC劣化又は分解反応を抑制し、したがってEDLCサイクル寿命を向上させるよう作用すると本発明者らは考えている。
A further aspect of the invention provides an electrochemical double layer capacitor (EDLC), which includes an anode, a cathode, a separator between the anode and cathode, and an electrolyte. The electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ion comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent Consists of one or more salts dissolved in a liquid composition or solvent. In one embodiment, the electrolyte is composed of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability up to 375 ° C. Exhibit a liquidus range greater than 400 ° C. and an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts dissolved in a solvent having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the electrolyte composition comprising: At room temperature, at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm The ionic conductivity of is shown. In a further embodiment, the phosphonium electrolyte exhibits lower flammability compared to conventional electrolytes, thus improving the safety of EDLC operation. In a further aspect, phosphonium ionic liquids or salts can be used as additives to facilitate the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) layer or electrode protection layer. Without being bound by any particular theory, we believe that the protective layer acts to expand the electrochemical stability window, inhibit EDLC degradation or degradation reactions, and thus improve EDLC cycle life. thinking.

本発明の実施形態は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩を含む伝熱媒体を更に提供し、この伝熱媒体は、375℃を超える温度での熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲を示す。   Embodiments of the present invention provide a heat transfer medium comprising one or more salts dissolved in an ionic liquid composition or solvent comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions. Further provided, this heat transfer medium exhibits thermodynamic stability at temperatures in excess of 375 ° C., a liquid phase range greater than 400 ° C.

ホスホニウムイオン液体組成物及び塩は、様々なハイブリッド電気デバイスを形成するのに有用である。例えば、一実施形態では、第1の電極と、第2の電極と、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオン及び1つ若しくは複数のアニオンを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される電解質とを含むデバイスが提供され、前記電解質は、前記第1の及び第2の電極のうちの少なくとも1つに電気的にカップリングしている。一部の実施形態では、第1の電極は、レドックス活性分子(ReAM)で構成される。
Phosphonium ionic liquid compositions and salts are useful in forming a variety of hybrid electrical devices. For example, in one embodiment, the first electrode, the second electrode, and the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ionic liquid composition comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent And an electrolyte composed of one or more salts dissolved in a solvent or solvent, wherein the electrolyte is electrically coupled to at least one of the first and second electrodes. It's ringing. In some embodiments, the first electrode is composed of a redox active molecule (ReAM).

別の実施形態では、電気キャパシタンスを提供できるように構成された作用電極及び対電極と、上記一般式の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンを含むイオン伝導性組成物とを含む分子記憶デバイスが提供され、このイオン伝導性組成物は、少なくとも作用電極及び対電極に電気的にカップリングしている。   In another embodiment, a molecular storage device comprising a working electrode and a counter electrode configured to provide electrical capacitance, and an ion conductive composition comprising one or more phosphonium-based cations of the above general formula Provided, the ionically conductive composition is electrically coupled to at least the working electrode and the counter electrode.

別の実施形態では、本発明は、スイッチングデバイスと、このスイッチングデバイスにカップリングしたビット線及びワード線と、このスイッチングデバイスを介してアクセス可能な分子記憶デバイスとを含む分子メモリー素子を包含する。この分子記憶デバイスは、2つ以上の別個の状態に置くことが可能であり、この場合分子記憶デバイスは、ビット及びワード線に加えられたシグナルにより別個の状態のうちの1つに置かれる。分子記憶デバイスは、第1の電極と、第2の電極と、第1の及び第2の電極の間の、ホスホニウムベースのカチオン及び適切なアニオンの電解質とを含む。   In another embodiment, the present invention encompasses a molecular memory element comprising a switching device, bit lines and word lines coupled to the switching device, and a molecular storage device accessible via the switching device. The molecular storage device can be placed in two or more distinct states, where the molecular storage device is placed in one of the distinct states by signals applied to the bit and word lines. The molecular storage device includes a first electrode, a second electrode, and a phosphonium-based cation and a suitable anion electrolyte between the first and second electrodes.

別の実施形態は、各分子記憶素子を2つ以上の別個の状態に置くことが可能な複数の分子記憶素子を含む分子メモリーアレイを包含する。複数のビット線及びワード線は、各分子記憶素子が少なくとも1つのビット線及び少なくとも1つのワード線にカップリングし、これらによってアドレス可能となるように、複数の分子記憶素子にカップリングしている。   Another embodiment includes a molecular memory array that includes a plurality of molecular storage elements that can place each molecular storage element in two or more distinct states. The plurality of bit lines and word lines are coupled to the plurality of molecular storage elements such that each molecular storage element is coupled to and addressable by at least one bit line and at least one word line. .

本発明の他の態様、実施形態及び利点は、以下に提供される、発明の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読むことにより、並びに以下の図面を参照することにより明らかとなる。   Other aspects, embodiments and advantages of the present invention will become apparent upon reading the detailed description of the invention and the appended claims provided below, and upon reference to the following drawings.

本発明の一実施形態による電気化学二重層キャパシタ(EDLC)の断面図である。1 is a cross-sectional view of an electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるEDLCのバイポーラ電極の断面図である。1 is a cross-sectional view of a bipolar electrode of an EDLC according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるEDLCのマルチセルスタック構造の断面図である。1 is a cross-sectional view of a multi-cell stack structure of an EDLC according to an embodiment of the present invention. 本発明の一部の実施形態によるホスホニウムイオン液体を形成するための1つの反応スキームを示す図である。FIG. 2 illustrates one reaction scheme for forming a phosphonium ionic liquid according to some embodiments of the present invention. 本発明のホスホニウムイオン液体の他の実施形態を形成するための別の反応スキームを示す図である。FIG. 4 shows another reaction scheme for forming another embodiment of the phosphonium ionic liquid of the present invention. 本発明の他の実施形態によるホスホニウムイオン液体を形成するための別の反応スキームを示す図である。FIG. 3 shows another reaction scheme for forming a phosphonium ionic liquid according to another embodiment of the present invention. 本発明の更なる実施形態によるホスホニウムイオン液体を形成するための別の反応スキームを示す図である。FIG. 4 shows another reaction scheme for forming a phosphonium ionic liquid according to a further embodiment of the present invention. 実施例1に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態について実施した熱重量分析(TGA)グラフである。2 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph performed on an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 1. FIG. 実施例2に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する反応スキームを示す図である。2 shows a reaction scheme for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 2. FIG. 実施例2に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)を図解するグラフである。2 is a graph illustrating thermogravimetric analysis (TGA) for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 2. FIG. 実施例2に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する発生ガス分析(EGA)を図解するグラフである。2 is a graph illustrating evolved gas analysis (EGA) for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 2. 実施例3に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)を図解するグラフである。4 is a graph illustrating thermogravimetric analysis (TGA) for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 3. FIG. 実施例3に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する発生ガス分析(EGA)を図解するグラフである。4 is a graph illustrating evolved gas analysis (EGA) for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 3. FIG. 図4及び実施例4に記載の通り調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する反応スキームを示す図である。FIG. 5 shows a reaction scheme for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared as described in FIG. 4 and Example 4. 図4及び実施例4に記載の通り調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する1H NMRスペクトルを示している図である。FIG. 5 shows a 1 H NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared as described in FIG. 4 and Example 4. 実施例5に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する反応スキームを示している図である。FIG. 6 shows a reaction scheme for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 5. 実施例5に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。6 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 5. FIG. 実施例6に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。6 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 6. 実施例7に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。6 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 7. FIG. 実施例8に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する反応スキームを示す図である。FIG. 4 shows a reaction scheme for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 8. 実施例8に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。6 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 8. 実施例9に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する1H NMRスペクトルを示している図である。FIG. 10 shows a 1 H NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 9. 実施例9に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する31P NMRスペクトルを示している図である。FIG. 10 shows a 31 P NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 9. 実施例9に従い調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。6 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared according to Example 9. 実施例10に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する1H NMRスペクトルを示している図である。FIG. 5 shows a 1 H NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 10. 実施例10に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する31P NMRスペクトルを示している図である。FIG. 10 shows a 31 P NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 10. 実施例10に従い調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。2 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared according to Example 10. FIG. 実施例11に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する1H NMRスペクトルを示している図である。FIG. 6 shows a 1 H NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 11. 実施例11に記載の通り調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する31P NMRスペクトルを示している図である。FIG. 10 shows a 31 P NMR spectrum for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared as described in Example 11. 実施例11に従い調製したホスホニウム塩の例示的実施形態に対する熱重量分析(TGA)結果を示すグラフである。2 is a graph showing thermogravimetric analysis (TGA) results for an exemplary embodiment of a phosphonium salt prepared according to Example 11. FIG. 実施例12に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する示差走査熱量測定(DSC)結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing differential scanning calorimetry (DSC) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 12. FIG. 実施例12に従い調製したホスホニウムイオン液体の例示的実施形態に対する示差走査熱量測定(DSC)結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing differential scanning calorimetry (DSC) results for an exemplary embodiment of a phosphonium ionic liquid prepared according to Example 12. FIG. 実施例14に記載されている通りの、アセトニトリル(ACN)中ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3に対するACN/塩の体積比の関数としてイオン伝導率を示すグラフである。Of the volume ratio of ACN / salt to phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 in acetonitrile (ACN) as described in Example 14. It is a graph which shows ion conductivity as a function. 実施例15に記載されている通りの、炭酸プロピレン(PC)中ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3に対するPC/塩の体積比の関数としてイオン伝導率を示すグラフである。Volume ratio of PC / salt to phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 in propylene carbonate (PC) as described in Example 15. Is a graph showing ionic conductivity as a function of 実施例42〜実施例45に記載されている通りの、炭酸プロピレン中アンモニウム塩と比較したホスホニウム塩のモル濃度の関数としてイオン伝導率を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing ionic conductivity as a function of molar concentration of phosphonium salt compared to ammonium salt in propylene carbonate as described in Examples 42-45. 実施例46に記載されている通りの、アセトニトリル、1.0Mのアンモニウム塩を有するアセトニトリル及び1.0Mのホスホニウム塩を有するアセトニトリルに対する温度の関数として蒸気圧を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing vapor pressure as a function of temperature for acetonitrile, acetonitrile with 1.0 M ammonium salt and acetonitrile with 1.0 M phosphonium salt as described in Example 46. FIG. 実施例51に記載されている通りの、-30〜60℃の異なる温度での、EC:DEC 1:1中1.0MのLiPF6のイオン伝導率に対するホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3の影響を示しているグラフである。Phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) for ionic conductivity of 1.0 M LiPF 6 in EC: DEC 1: 1 at different temperatures from -30 to 60 ° C. as described in Example 51 3 is a graph showing the influence of CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 . 実施例52に記載されている通りの、20〜90℃の異なる温度での、EC:DEC 1:1中1.0MのLiPF6のイオン伝導率に対するホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3の影響を示しているグラフである。Phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 2 ) for ionic conductivity of 1.0M LiPF 6 in EC: DEC 1: 1 at different temperatures of 20-90 ° C. as described in Example 52. 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 is a graph showing the influence of PCF 3 BF 3 . 実施例53に記載されているような本発明の一実施形態によるEDLCコインセルの断面図である。FIG. 46 is a cross-sectional view of an EDLC coin cell according to one embodiment of the present invention as described in Example 53. 実施例53に記載されているような炭酸プロピレン中1.0Mのホスホニウム塩-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3を有するコインセルに対する充放電曲線を示しているグラフである。Charge and discharge curves for coin cells with 1.0 M phosphonium salt- (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in propylene carbonate as described in Example 53. It is the graph shown. 実施例54〜57に記載されているような本発明の一実施形態によるEDLCパウチセルの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of an EDLC pouch cell according to one embodiment of the present invention as described in Examples 54-57. 実施例54〜57に記載されているような本発明の一実施形態によるEDLCパウチセルの製作プロセスを例示する図である。FIG. 5 illustrates a fabrication process for an EDLC pouch cell according to one embodiment of the present invention as described in Examples 54-57. 実施例54〜57に記載されているような炭酸プロピレン中1.0Mのホスホニウム塩-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3を有するパウチセルに対する充電-放電曲線を示すグラフである。Phosphonium salt in propylene carbonate 1.0M as described in Example 54~57 - (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) charging of the pouch cell having 2 CF 3 F 3 - It is a graph which shows a discharge curve. 実施例54〜57に記載されているような銀基準電極で測定した、炭素の陽極及び陰極での分解された電極電位を示すグラフである。Figure 5 is a graph showing the resolved electrode potential at the carbon anode and cathode as measured with a silver reference electrode as described in Examples 54-57. 実施例58に記載されているような本発明の一実施形態によるEDLC円柱状セルの分解図である。FIG. 6 is an exploded view of an EDLC cylindrical cell according to one embodiment of the invention as described in Example 58. 実施例58に記載されているような炭酸プロピレン中1.0Mのホスホニウム塩-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3を有する円柱状セルに対する充電-放電曲線を示すグラフである。Charging a cylindrical cell with 1.0 M phosphonium salt in propylene carbonate as described in Example 58-(CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3- It is a graph which shows a discharge curve. 実施例59〜61に記載されているように、1.0Mのホスホニウム塩を有するパウチセルの2.7V及び70℃でのキャパシタンス保持率を、炭酸プロピレン中アンモニウム塩と比較して示す図である。FIG. 5 shows the capacitance retention at 2.7 V and 70 ° C. of pouch cells with 1.0 M phosphonium salt compared to ammonium salt in propylene carbonate as described in Examples 59-61. 実施例62に記載されているように、1.0Mホスホニウム塩を有するパウチセルの異なる温度でのキャパシタンス保持率を、炭酸プロピレン中アンモニウム塩と比較して示す図である。FIG. 5 shows the capacitance retention at different temperatures of pouch cells with 1.0M phosphonium salt as described in Example 62 compared to ammonium salt in propylene carbonate.

概観
本発明は一般的に、ホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物並びに多くの用途におけるこれらの使用を対象とする。
Overview The present invention is generally directed to phosphonium ionic liquids, salts, and compositions and their use in many applications.

一般的な説明
本発明は、新規のホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び多くの用途におけるこれらの使用を包含し、スタティックメモリー、固定メモリー及びダイナミックランダムアクセスメモリーを含めたメモリーデバイス等の電子デバイスの電解質として、電池、電気化学二重層キャパシタ、電解キャパシタ、燃料電池、色素増感型太陽電池、及びエレクトロクロミックデバイスの電解質としての用途が挙げられるが、これらに限定されない。更なる用途として、いくつかある用途の中でも特に、伝熱媒体、高温反応及び/又は抽出媒体としての使用が挙げられる。特に、本発明は、構造的特徴を保有するホスホニウムイオン液体、塩、組成物及び分子に関し、この組成物は、熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲、イオン伝導率、及び電気化学的安定性のうちの少なくとも2つ以上の望ましい組合せを示す。本発明は、このようなホスホニウムイオン液体、組成物及び分子を作製する方法、並びにこれを含む動作デバイス及びシステムを更に包含する。
General Description The present invention encompasses novel phosphonium ionic liquids, salts, compositions and their use in many applications, including electronic devices such as memory devices including static memory, fixed memory and dynamic random access memory. Examples of the electrolyte include, but are not limited to, batteries, electrochemical double layer capacitors, electrolytic capacitors, fuel cells, dye-sensitized solar cells, and electrochromic device applications. Further applications include the use as heat transfer media, high temperature reactions and / or extraction media, among other applications. In particular, the present invention relates to phosphonium ionic liquids, salts, compositions and molecules possessing structural characteristics, which compositions have thermodynamic stability, low volatility, wide liquid phase range, ionic conductivity, and electrical properties. A desirable combination of at least two of the chemical stability is indicated. The invention further encompasses methods for making such phosphonium ionic liquids, compositions and molecules, and operating devices and systems comprising the same.

別の態様では、本発明の実施形態は、ホスホニウムイオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される電解質を有するデバイスを提供する。別の態様では、本発明の実施形態は、ホスホニウムイオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される電解質を含む電池を提供する。更なる態様では、本発明の実施形態は、ホスホニウムイオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される電解質を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)を提供する。   In another aspect, embodiments of the present invention provide a device having an electrolyte comprised of a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent. In another aspect, embodiments of the present invention provide a battery comprising an electrolyte comprised of a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent. In a further aspect, embodiments of the present invention provide an electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an electrolyte composed of a phosphonium ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent.

ホスホニウムイオン液体組成物は、その有利な特性により、電子デバイス、電池、EDLC、燃料電池、色素増感型太陽電池(DSSC)、及びエレクトロクロミックデバイスの電解質としての用途に対して特に適したものとなる。   Phosphonium ionic liquid compositions, due to their advantageous properties, make them particularly suitable for use as electrolytes in electronic devices, batteries, EDLCs, fuel cells, dye-sensitized solar cells (DSSCs), and electrochromic devices. Become.

本発明の更なる態様では、ホスホニウムイオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩で構成される伝熱媒体が提供される。本発明の組成物の有利な特性は、伝熱媒体によく適し、伝熱媒体が、例えば熱抽出プロセス及び高温反応等に利用されるプロセス及びシステムにおいて有用となる。   In a further aspect of the present invention there is provided a heat transfer medium composed of one or more salts dissolved in a phosphonium ionic liquid composition or solvent. The advantageous properties of the compositions of the present invention are well suited for heat transfer media, making the heat transfer media useful in processes and systems utilized, for example, in heat extraction processes and high temperature reactions.

定義
本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電解質」又は「電解質溶液」又は「電解質組成物」又は「イオン電解質」又は「イオン伝導性電解質」又は「イオン伝導性組成物」又は「イオン組成物」という用語が使用され、この用語は、本明細書では、以下のうちのいずれか1つ又は複数であると定義される:(a)イオン液体、(b)室温イオン液体、(c)少なくとも1つの溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩、及び(d)少なくとも1つの溶媒中に、少なくとも1つのポリマーと共に溶解することでゲル電解質を形成している1つ又は複数の塩。更に、この1つ又は複数の塩には、以下が含まれると定義される:(a)100℃以下の温度で固体である1つ又は複数の塩、及び(b)100℃以下の温度で液体である1つ又は複数の塩。
Definitions As used herein and unless otherwise stated, “electrolyte” or “electrolyte solution” or “electrolyte composition” or “ionic electrolyte” or “ionic conductive electrolyte” or “ionic conductive composition” Or the term “ionic composition” is used, which is defined herein as any one or more of: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid (C) one or more salts dissolved in at least one solvent, and (d) one or more forming a gel electrolyte by dissolving with at least one polymer in at least one solvent. Salt. Further, the one or more salts are defined to include: (a) one or more salts that are solid at a temperature of 100 ° C. or lower, and (b) at a temperature of 100 ° C. or lower. One or more salts that are liquids.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「アシル」という用語は、このカルボキシル基のOHが、いくつかの他の置換基(RCO-)、例えば「R」置換基として本明細書中に記載されているもの等で置き換えられる有機酸基を指す。例として、これらに限定されないが、ハロ、アセチル、及びベンゾイルが挙げられる。   As used herein and unless otherwise stated, the term “acyl” refers to OH of this carboxyl group as a number of other substituents (RCO—), such as “R” substituents. It refers to organic acid groups that can be replaced with those described in the book. Examples include but are not limited to halo, acetyl, and benzoyl.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「アルコキシ基」という用語は、-O-アルキル基(アルキルは本明細書中で定義された通りである)を意味する。アルコキシ基は、非置換であるか、又は1つ、2つ若しくは3つの適切な置換基で置換することができる。好ましくは、アルコキシ基のアルキル鎖は、本明細書で例えば、「(C1〜C6)アルコキシ」と呼ばれる、1〜6個の炭素原子の長さである。   As used herein and unless otherwise stated, the term “alkoxy group” means an —O-alkyl group, where alkyl is as defined herein. An alkoxy group can be unsubstituted or substituted with one, two or three suitable substituents. Preferably, the alkyl chain of the alkoxy group is 1-6 carbon atoms in length, referred to herein as, for example, “(C1-C6) alkoxy”.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「アルキル」は、それ自体で又は別の置換基の一部として、親アルカン、アルケン又はアルキンの単一の炭素原子から1個の水素原子を除去して得られる、飽和又は不飽和の、分枝の、直鎖の又は環式の一価の炭化水素基を指す。同様にアルキル基の定義内に含まれるのは、シクロアルキル基、例えばC5、C6又は他の環等、及び窒素、酸素、硫黄又はリンを有するヘテロ環式環(ヘテロシクロアルキル)である。アルキルとして、ある特定の実施形態で特定の使用が見出されている、ヘテロ原子の硫黄、酸素、窒素、リン、及びケイ素を有するヘテロアルキルもまた挙げられる。アルキル基は、以下に記載されているように、各位置で独立して選択されるR基で場合によって置換することができる。   As used herein and unless otherwise stated, “alkyl” by itself or as part of another substituent is a single hydrogen from a single carbon atom of the parent alkane, alkene, or alkyne. Saturated or unsaturated, branched, linear or cyclic monovalent hydrocarbon group obtained by removing atoms. Also included within the definition of alkyl groups are cycloalkyl groups such as C5, C6 or other rings, and heterocyclic rings having nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus (heterocycloalkyl). Alkyl also includes heteroalkyl having the heteroatoms sulfur, oxygen, nitrogen, phosphorus, and silicon, which have found particular use in certain embodiments. The alkyl group can be optionally substituted with R groups independently selected at each position, as described below.

アルキル基の例として、これらに限定されないが、(C1〜C6)アルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、2-メチル-1-プロピル、2-メチル-2-プロピル、2-メチル-1-ブチル、3-メチル-1-ブチル、2-メチル-3-ブチル、2,2-ジメチル-1-プロピル、2-メチル-1-ペンチル、3-メチル-1-ペンチル、4-メチル-1-ペンチル、2-メチル-2-ペンチル、3-メチル-2-ペンチル、4-メチル-2-ペンチル、2,2-ジメチル-1-ブチル、3,3-ジメチル-1-ブチル、2-エチル-1-ブチル、ブチル、イソブチル、t-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル、並びにより長いアルキル基、例えばヘプチル、及びオクチル等が挙げられる。   Examples of alkyl groups include, but are not limited to, (C1-C6) alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, 2-methyl-1-propyl, 2-methyl-2-propyl, 2-methyl- 1-butyl, 3-methyl-1-butyl, 2-methyl-3-butyl, 2,2-dimethyl-1-propyl, 2-methyl-1-pentyl, 3-methyl-1-pentyl, 4-methyl- 1-pentyl, 2-methyl-2-pentyl, 3-methyl-2-pentyl, 4-methyl-2-pentyl, 2,2-dimethyl-1-butyl, 3,3-dimethyl-1-butyl, 2- Examples include ethyl-1-butyl, butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, and hexyl, and longer alkyl groups such as heptyl and octyl.

「アルキル」という用語は、いかなる程度又はレベルの飽和を有する基、すなわち、もっぱら炭素-炭素単結合だけを有する基、1つ又は複数の炭素-炭素二重結合を有する基、1つ又は複数の炭素-炭素三重結合を有する基並びに一重、二重及び三重の炭素-炭素結合の混合物を有する基をも含むことが具体的に意図されている。具体的なレベルの飽和が意図される場合、「アルカニル」、「アルケニル」及び「アルキニル」という表現が使用される。   The term “alkyl” refers to groups having any degree or level of saturation, ie, groups having exclusively carbon-carbon single bonds, groups having one or more carbon-carbon double bonds, one or more It is specifically intended to include groups having a carbon-carbon triple bond as well as groups having a mixture of single, double and triple carbon-carbon bonds. Where a specific level of saturation is intended, the expressions “alkanyl”, “alkenyl” and “alkynyl” are used.

「アルカニル」は、それ自体で又は別の置換基の一部として、親アルカンの単一の炭素原子から1個の水素原子を除去して得られる、飽和した分枝の、直鎖の又は環式のアルキル基を指す。「ヘテロアルカニル」は上に記載のように含まれる。   “Alkanyl” by itself or as part of another substituent is a saturated, branched, linear or ring obtained by removing one hydrogen atom from a single carbon atom of a parent alkane. Refers to an alkyl group of the formula. “Heteroalkanyl” is included as described above.

「アルケニル」は、それ自体で又は別の置換基の一部として、親アルケンの単一の炭素原子から1個の水素原子を除去して得られる少なくとも1つの炭素-炭素二重結合を有する、不飽和の分枝の、直鎖の又は環式のアルキル基を指す。この基は、二重結合に対してシス(cis)又はトランス(trans)立体配置のいずれであってもよい。適切なアルケニル基として、これらに限定されないが、(C2〜C6)アルケニル基、例えば、ビニル、アリル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ブタジエニル、ペンタジエニル、ヘキサジエニル、2-エチルヘキセニル、2-プロピル-2-ブテニル、4-(2-メチル-3-ブテン)-ペンテニル等が挙げられる。アルケニル基は、非置換であるか、又は1つ若しくは複数の、独立して選択されるR基で置換することができる。   “Alkenyl” by itself or as part of another substituent has at least one carbon-carbon double bond obtained by removing one hydrogen atom from a single carbon atom of a parent alkene. Refers to an unsaturated branched, straight chain or cyclic alkyl group. This group may be in either cis or trans configuration relative to the double bond. Suitable alkenyl groups include, but are not limited to, (C2-C6) alkenyl groups such as vinyl, allyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, butadienyl, pentadienyl, hexadienyl, 2-ethylhexenyl, 2-propyl-2-butenyl. 4- (2-methyl-3-butene) -pentenyl and the like. An alkenyl group can be unsubstituted or substituted with one or more independently selected R groups.

「アルキニル」は、それ自体で又は別の置換基の一部として、親アルキンの単一の炭素原子から1個の水素原子を除去して得られる少なくとも1つの炭素-炭素三重結合を有する、不飽和の分枝の、直鎖の又は環式のアルキル基を指す。   An `` alkynyl '' is a non-alkyl having itself at least one carbon-carbon triple bond obtained by removing one hydrogen atom from a single carbon atom of the parent alkyne, as part of another substituent. Saturated branched, straight-chain or cyclic alkyl group.

同様に「アルキル」の定義内に含まれるのは、「置換アルキル」である。「置換」は普通、本明細書で「R」として指定され、1個又は複数の水素原子が独立して同じ又は異なる置換基で置き換えられている基を指す。R置換基は、これらに限定されないが、水素、ハロゲン、アルキル(置換アルキル(アルキルチオ、アルキルアミノ、アルコキシ等)、シクロアルキル、置換シクロアルキル、シクロヘテロアルキル、及び置換シクロヘテロアルキルを含む)、アリール(置換アリール、ヘテロアリール又は置換ヘテロアリールを含む)、カルボニル、アルコール、アミノ、アミド、ニトロ、エーテル、エステル、アルデヒド、スルホニル、スルホキシル、カルバモイル、アシル、シアノ、チオシアナト、ケイ素部分、ハロゲン、硫黄含有部分、リン含有部分等から独立して選択することができる。一部の実施形態では、本明細書中に記載されているように、R置換基は、レドックス活性部分(ReAM)を含む。一部の実施形態では、場合によってR及びR'は、これらが結合している原子と一緒になって、シクロアルキル(シクロヘテロアルキルを含む)及び/又はシクロアリール(シクロヘテロアリールを含む)を形成し、これらは、所望する場合、更に置換することもできる。本明細書で描写されている構造において、Rは、その位置が非置換である場合、水素である。一部の位置が2つ又は3つの置換基、R、R'、及びR"を許容する場合があり、この場合、R、R'、及びR"基は同じでも異なってもよいことに注意すべきである。   Also included within the definition of “alkyl” are “substituted alkyl”. “Substituted” is commonly designated herein as “R” and refers to a group in which one or more hydrogen atoms are independently replaced with the same or different substituents. R substituents include, but are not limited to, hydrogen, halogen, alkyl (including substituted alkyl (alkylthio, alkylamino, alkoxy, etc.), cycloalkyl, substituted cycloalkyl, cycloheteroalkyl, and substituted cycloheteroalkyl), aryl (Including substituted aryl, heteroaryl or substituted heteroaryl), carbonyl, alcohol, amino, amide, nitro, ether, ester, aldehyde, sulfonyl, sulfoxyl, carbamoyl, acyl, cyano, thiocyanato, silicon moiety, halogen, sulfur-containing moiety , And can be selected independently from the phosphorus-containing portion and the like. In some embodiments, the R substituent comprises a redox active moiety (ReAM) as described herein. In some embodiments, optionally R and R ′, together with the atoms to which they are attached, include cycloalkyl (including cycloheteroalkyl) and / or cycloaryl (including cycloheteroaryl). These can be further substituted if desired. In the structures depicted herein, R is hydrogen when the position is unsubstituted. Note that some positions may allow 2 or 3 substituents, R, R ′, and R ″, in which case the R, R ′, and R ″ groups may be the same or different. Should.

一部の実施形態では、R基(サブユニット)は、対象化合物のレドックス電位を調整するために使用される。したがって、以下及び本明細書で引用された参考文献においてより完全に記載されているように、R基、例えばレドックス活性サブユニット等は、そのレドックス電位を変化させるために、大環状分子、特にポルフィリン大環状分子に加えることができる。ある特定の好ましい置換基として、これらに限定されないが、4-クロロフェニル、3-アセトアミドフェニル、2,4-ジクロロ-4-トリフルオロメチル、及びフェロセン(フェロセン誘導体を含む)が挙げられる。置換基がレドックス電位を変化させるために使用される場合、好ましい置換基は、約5ボルト未満、好ましくは約2ボルト未満、より好ましくは約1ボルト未満のレドックス電位範囲をもたらす。   In some embodiments, the R group (subunit) is used to adjust the redox potential of the subject compound. Thus, as described more fully below and in the references cited herein, an R group, such as a redox active subunit, can be used to change its redox potential, particularly macrocyclic molecules, particularly porphyrins. Can be added to macrocycles. Certain preferred substituents include, but are not limited to, 4-chlorophenyl, 3-acetamidophenyl, 2,4-dichloro-4-trifluoromethyl, and ferrocene (including ferrocene derivatives). When substituents are used to change the redox potential, preferred substituents provide a redox potential range of less than about 5 volts, preferably less than about 2 volts, more preferably less than about 1 volt.

ある特定の実施形態では、R基は、参照により本明細書に組み込まれている米国仮特許出願第60/687,464号の図及びテキストにおいて定義及び描写されている通りである。いくつかの適切なプロリガンド及び錯体、並びに適切な置換基は、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,728,129号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号;米国特許第6,381,169号;米国特許第6,208,553号;米国特許第6,657,884号;米国特許第6,272,038号;米国特許第6,484,394号;及び米国特許出願第10/040,059号;米国特許出願第10/682,868号;米国特許出願第10/445,977号;米国特許出願第10/834,630号;米国特許出願第10/135,220号;米国特許出願第10/723,315号;米国特許出願第10/456,321号;米国特許出願第10/376,865号において概要が述べられており、これらのすべて、特にそこに描写されているこれらの構造及び説明については参照により明示的に組み込まれており、これにより、置換基が内部に描写されている特定の大環状分子、及び更なる置換誘導体の両方について、置換基実施形態として明示的に組み込まれている。   In certain embodiments, the R group is as defined and depicted in the figures and text of US Provisional Patent Application No. 60 / 687,464, incorporated herein by reference. Some suitable proligands and complexes, and suitable substituents are described in U.S. Patent 6,212,093; U.S. Patent 6,728,129; U.S. Patent 6,451,942; U.S. Patent 6,777,516; U.S. Patent 6,381,169; U.S. Patent 6,657,884; U.S. Patent 6,272,038; U.S. Patent 6,484,394; and U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; U.S. Patent Application No. 10 / 682,868; U.S. Patent Application No. 10 / 445,977; Outlined in patent application 10 / 834,630; U.S. patent application 10 / 135,220; U.S. patent application 10 / 723,315; U.S. patent application 10 / 456,321; U.S. patent application 10 / 376,865. All of these, especially those structures and descriptions depicted therein, are expressly incorporated by reference, thereby allowing certain macrocycles with substituents depicted therein, and further Substituent embodiments for both substituted derivatives It is expressly incorporated.

「アリール」又は本明細書での文法的同等物は、5〜14個の炭素原子を一般的に有する芳香族の単環式又は多環式炭化水素部分(ただし、より大きな多環式環構造が作製され得る)及びその任意の炭素環式ケトン、イミン、又はチオケトン誘導体を意味し、自由原子価を有する炭素原子は、芳香族環の構成員である。芳香族基として、アリーレン基及び2個よりも多くの原子が除去された芳香族基が挙げられる。本出願の目的のため、アリールにはヘテロアリールが含まれる。「ヘテロアリール」は、前述した炭素原子のうちの1〜5個が、窒素、酸素、硫黄、リン、ホウ素及びケイ素から選ばれるヘテロ原子で置き換えられている芳香族基を意味し、自由原子価を有する原子は、芳香族環、及びその任意のヘテロ環式ケトン及びチオケトン誘導体の構成員である。したがって、ヘテロ環として、単環及び多環系の両方、例えばチエニル、フリル、ピロリル、ピリミジニル、インドリル、プリニル、キノリル、イソキノリル、チアゾリル、イミダゾリル、ナフタレン、フェナントロリン等が挙げられる。同様にアリールの定義内に含まれるのは、本明細書で定義され、上記及び本明細書で概要が述べられているような1つ又は複数の置換基「R」を有する置換アリールである。例えば、「パーフルオロアリール」が含まれており、これは、すべての水素原子がフッ素原子で置き換えられているアリール基を指す。同様に含まれているのはオキサリルである。   “Aryl” or grammatical equivalents herein refer to aromatic monocyclic or polycyclic hydrocarbon moieties generally having from 5 to 14 carbon atoms (but larger polycyclic ring structures And any carbocyclic ketone, imine, or thioketone derivative thereof, and a carbon atom having a free valence is a member of an aromatic ring. Aromatic groups include arylene groups and aromatic groups from which more than two atoms have been removed. For the purposes of this application, aryl includes heteroaryl. “Heteroaryl” means an aromatic group in which 1 to 5 of the carbon atoms are replaced with a heteroatom selected from nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, boron and silicon, and the free valence Are members of an aromatic ring and any of its heterocyclic ketone and thioketone derivatives. Thus, heterocycles include both monocyclic and polycyclic systems such as thienyl, furyl, pyrrolyl, pyrimidinyl, indolyl, purinyl, quinolyl, isoquinolyl, thiazolyl, imidazolyl, naphthalene, phenanthroline, and the like. Also included within the definition of aryl are substituted aryls having one or more substituents “R” as defined herein and outlined above and herein. For example, “perfluoroaryl” is included, which refers to an aryl group in which all hydrogen atoms are replaced with fluorine atoms. Also included is oxalyl.

本明細書で使用する場合、「ハロゲン」という用語は、周期表のVIIA族(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、及びアスタチン)の電気陰性元素のうちの1つを指す。   As used herein, the term “halogen” refers to one of the electronegative elements of Group VIIA (fluorine, chlorine, bromine, iodine, and astatine) of the periodic table.

「ニトロ」という用語は、-NO2基を指す。 The term “nitro” refers to the —NO 2 group.

「アミノ基」又は本明細書での文法的同等物は、-NH2、-NHR及びNRR'基を意味し、R及びR'は、独立して、本明細書中で定義された通りである。 “Amino group” or grammatical equivalents herein means a —NH 2 , —NHR and NRR ′ group, where R and R ′ are independently as defined herein. is there.

本明細書で使用する場合、「ピリジル」という用語は、1つのCHユニットが窒素原子で置き換えられている、アリール基を指す。   As used herein, the term “pyridyl” refers to an aryl group in which one CH unit is replaced with a nitrogen atom.

本明細書で使用する場合、「シアノ」という用語は、-CN基を指す。   As used herein, the term “cyano” refers to a —CN group.

ここで使用する場合、「チオシアナト」という用語は、-SCN基を指す。   As used herein, the term “thiocyanato” refers to a —SCN group.

「スルホキシル」という用語は、アルキル(シクロアルキル、パーフルオロアルキル等)、又はアリール(例えば、パーフルオロアリール基)を含む、組成物RS(O)-(式中、Rは本明細書中で定義された通りの置換基である)の基を指す。例として、これらに限定されないがメチルスルホキシル、フェニルスルホキシル等が挙げられる。   The term `` sulfoxyl '' includes alkyl (cycloalkyl, perfluoroalkyl, etc.) or aryl (e.g., a perfluoroaryl group) composition RS (O)-, where R is defined herein. Which is a substituent as defined). Examples include, but are not limited to, methylsulfoxyl, phenylsulfoxyl, and the like.

「スルホニル」という用語は、アルキル、アリール、(シクロアルキル、パーフルオロアルキル、又はパーフルオロアリール基を含む)を有する、組成物RSO2-(式中、Rは、本明細書中で定義された通りの置換基である)の基を指す。例として、これらに限定されないがメチルスルホニル、フェニルスルホニル、p-トルエンスルホニル等が挙げられる。 The term “sulfonyl” is a composition RSO 2 — (wherein R is defined herein) having an alkyl, aryl, (including cycloalkyl, perfluoroalkyl, or perfluoroaryl group). Which is a normal substituent). Examples include, but are not limited to, methylsulfonyl, phenylsulfonyl, p-toluenesulfonyl, and the like.

「カルバモイル」という用語は、組成物R(R')NC(O)-(式中、R及びR'は、本明細書中で定義された通りである)の基を指す。例として、これらに限定されないがN-エチルカルバモイル、N,N-ジメチルカルバモイル等が挙げられる。   The term “carbamoyl” refers to a group of the composition R (R ′) NC (O) —, where R and R ′ are as defined herein. Examples include, but are not limited to, N-ethylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, and the like.

「アミド」という用語は、組成物R1CONR2-(式中、R1及びR2は、本明細書中で定義された通りの置換基である)の基を指す。例として、これらに限定されないがアセトアミド、N-エチルベンズアミド等が挙げられる。 The term “amido” refers to a group of the composition R 1 CONR 2 —, where R 1 and R 2 are substituents as defined herein. Examples include, but are not limited to, acetamide, N-ethylbenzamide, and the like.

「イミン」という用語は、=NRを指す。   The term “imine” refers to ═NR.

ある特定の実施形態では、金属が、例えば「M」又は「Mn」(式中、nは整数である)と指定された場合、この金属は、対イオンを伴うことができることが認識される。 In certain embodiments, if a metal is designated, for example, as “M” or “M n ” (where n is an integer), it is recognized that the metal can be accompanied by a counter ion. .

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電流測定デバイス」という用語は、特定の電場電位(「電圧」)をかけた結果として電気化学セル内に生成された電流を測定することが可能なデバイスである。   As used herein and unless otherwise stated, the term “current measuring device” measures the current generated in an electrochemical cell as a result of applying a specific electric field potential (“voltage”). Is a device that can.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「アリールオキシ基」という用語は、-O-アリール基(式中、アリールは本明細書中で定義された通りである)を意味する。アリールオキシ基は、非置換であるか、又は1つ若しくは2つの適切な置換基で置換することができる。好ましくは、アリールオキシ基のアリール環は単環式環であり、この環は、6個の炭素原子を含み、本明細書で「(C6)アリールオキシ」と呼ばれる。   As used herein and unless otherwise stated, the term “aryloxy group” means an —O-aryl group, where aryl is as defined herein. . An aryloxy group can be unsubstituted or substituted with one or two suitable substituents. Preferably, the aryl ring of the aryloxy group is a monocyclic ring, which contains 6 carbon atoms and is referred to herein as “(C6) aryloxy”.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「ベンジル」という用語は、-CH2-フェニルを意味する。 As used herein and unless otherwise indicated, the term “benzyl” means —CH 2 -phenyl.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「カルボニル」基という用語は、式-C(O)-の二価の基である。   As used herein and unless otherwise indicated, the term “carbonyl” group is a divalent group of formula —C (O) —.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電量測定デバイス」という用語は、電気化学セルへの電位場をかけている(「電圧」)間に生成される実効電荷を測定することが可能なデバイスである。   As used herein and unless otherwise stated, the term “coulometric device” measures the net charge generated while applying a potential field to an electrochemical cell (“voltage”). Is a device that can.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「シアノ」という用語は、-CN基を指す。   As used herein and unless otherwise indicated, the term “cyano” refers to a —CN group.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「異なる及び区別できる」という用語は、2つの以上の酸化状態について言及している場合、実体(原子、分子、凝集体、サブユニット等)上の実効電荷が2つの異なる状態で存在することができることを意味する。これらの状態の差が室温での熱エネルギーを超える場合、これらの状態は「区別できる」と言われる。   As used herein and unless otherwise stated, the term “different and distinguishable” refers to an entity (atom, molecule, aggregate, subunit, etc.) when referring to two or more oxidation states. ) Means that the effective charge can exist in two different states. If the difference between these states exceeds the thermal energy at room temperature, these states are said to be “distinguishable”.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「E1/2」という用語は、E=E0+(RT/nF)1n(Dox/Dred)(式中、Rは気体定数であり、TはK(ケルビン)での温度であり、nはこのプロセスに関与する電子の数であり、FはFaraday定数(96,485Coulomb/モル)であり、Doxは酸化種の拡散率であり、Dredは還元種の拡散率である)により定義されるようなレドックスプロセスの見掛け電位(E0)の実用的な定義を指す。 As used herein and unless otherwise stated, the term “E 1/2 ” refers to E = E 0 + (RT / nF) 1n (D ox / D red ) where R is a gas is a constant, T is temperature in K (Kelvin), n is the number of electrons involved in the process, F is the Faraday constant (96,485Coulomb / mol), D ox is the diffusion rate of the oxidizing species Where D red is the diffusivity of the reducing species) and refers to a practical definition of the apparent potential (E 0 ) of the redox process.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電気的にカップリングした」という用語は、記憶分子及び/又は記憶媒体並びに電極に関して使用された場合、電子が記憶媒体/分子から電極へ、又は電極から記憶媒体/分子へ移動し、これによって記憶媒体/分子の酸化状態を変化させるような、記憶媒体又は分子と電極との間の結合を指す。電気的カップリングとして、記憶媒体/分子と電極との間の直接的共有結合的連結、間接的共有結合カップリング(例えばリンカーを介して)、記憶媒体/分子と電極との間の直接的若しくは間接的イオン結合又は他の結合(例えば疎水結合)を挙げることができる。更に、実際の結合が必要ではないこともあり、記憶媒体/分子は単に電極表面に接触しているだけでよい。同様に、電極が記憶媒体/分子に十分に近接していることによって、媒体/分子と電極との間の電子トンネル効果が可能な場合には、電極と記憶媒体/分子との間の接触は必ずしも必要ではない。   As used herein and unless otherwise stated, the term “electrically coupled” means that when used with respect to storage molecules and / or storage media and electrodes, electrons are stored from the storage media / molecules to the electrodes. Refers to a bond between the storage medium or molecule and the electrode, such as moving to or from the electrode to the storage medium / molecule, thereby changing the oxidation state of the storage medium / molecule. As electrical coupling, direct covalent coupling between storage medium / molecule and electrode, indirect covalent coupling (e.g. via a linker), direct or between storage medium / molecule and electrode Mention may be made of indirect ionic bonds or other bonds (eg hydrophobic bonds). Furthermore, the actual binding may not be necessary and the storage medium / molecule may simply be in contact with the electrode surface. Similarly, if the electrode is sufficiently close to the storage medium / molecule so that electron tunneling between the medium / molecule and the electrode is possible, the contact between the electrode and the storage medium / molecule is It is not always necessary.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電気化学セル」という用語は、最小限には、基準電極、作用電極、レドックス活性媒体(例えば、記憶媒体)、必要に応じて、電極間に及び/又は電極と媒体との間に電気伝導率をもたらすための何らかの手段(例えば、誘電体)からなる。一部の実施形態では、誘電体は、記憶媒体の1つの構成要素である。   As used herein and unless otherwise stated, the term `` electrochemical cell '' includes, at a minimum, a reference electrode, a working electrode, a redox active medium (e.g., a storage medium), as appropriate, It consists of some means (eg, a dielectric) for providing electrical conductivity between the electrodes and / or between the electrode and the medium. In some embodiments, the dielectric is a component of the storage medium.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「電極」という用語は、電荷(例えば、電子)を記憶分子へ、及び/又は記憶分子から輸送することが可能な任意の媒体を指す。好ましい電極は、金属又は伝導性有機分子である。電極は、ほぼあらゆる2次元又は3次元の形状(例えば、不連続ライン、パッド、平面、球、円柱)へと製造することができる。   As used herein and unless otherwise stated, the term `` electrode '' refers to any medium capable of transporting charge (e.g., electrons) to and / or from a storage molecule. . Preferred electrodes are metals or conductive organic molecules. The electrodes can be fabricated into almost any two-dimensional or three-dimensional shape (eg, discontinuous lines, pads, planes, spheres, cylinders).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「固定された電極」という用語は、電極は本質的に安定しており、記憶媒体に対して動かすことができないという事実を反映することを意図する。すなわち、電極及び記憶媒体は、互いに本質的に固定された幾何学的関係で配置されている。熱変化による媒体の拡張及び収縮が原因で、又は電極及び/又は記憶媒体を構成する分子の立体配置における変化が原因で、この関係はいくらか変化することは当然認識されている。それにもかかわらず、全体的な空間的配置は、本質的に不変のままである。   As used herein and unless otherwise stated, the term “fixed electrode” reflects the fact that the electrode is inherently stable and cannot be moved relative to the storage medium. Intended. That is, the electrode and the storage medium are arranged in a geometric relationship that is essentially fixed to each other. It is naturally recognized that this relationship changes somewhat due to expansion and contraction of the medium due to thermal changes or due to changes in the configuration of the molecules that make up the electrodes and / or storage medium. Nevertheless, the overall spatial arrangement remains essentially unchanged.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「リンカー」という用語は、2個の異なる分子、分子の2つのサブユニット、又は分子を基材へカップリングさせるために使用される分子である。   As used herein and unless otherwise stated, the term “linker” refers to two different molecules, two subunits of a molecule, or a molecule used to couple a molecule to a substrate. It is.

本明細書中に記載されている化合物の多くが、本明細書で「R」として一般的に描写されている置換基を利用している。適切なR基として、これらに限定されないが、水素、アルキル、アルコール、アリール、アミノ、アミド、ニトロ、エーテル、エステル、アルデヒド、スルホニル、ケイ素部分、ハロゲン、シアノ、アシル、硫黄含有部分、リン含有部分、Sb、イミド、カルバモイル、リンカー、付加部分、ReAM及び他のサブユニットが挙げられる。一部の位置が2つの置換基、R及びR'を許容する場合があり、この場合、R及びR'基は同じでも異なっていてもよく、置換基のうちの1つが水素であることが一般的に好ましいことに注意すべきである。一部の実施形態では、R基は、米国の図及びテキストにおいて定義及び示されている通りである。いくつかの適切なプロリガンド及び錯体、並びに適切な置換基は、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,728,129号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号;米国特許第6,381,169号;米国特許第6,208,553号;米国特許第6,657,884号;米国特許第6,272,038号;米国特許第6,484,394号;及び米国特許出願第10/040,059号;米国特許出願第10/682,868号;米国特許出願第10/445,977号;米国特許出願第10/834,630号;米国特許出願第10/135,220号;米国特許出願第10/723,315号;米国特許出願第10/456,321号;米国特許出願第10/376,865号において概要が述べられており、これらのすべて、特にそこに描写されているこれらの構造及び説明については参照により明示的に組み込まれており、これにより、置換基が内部に描写されている特定の大環状分子、及び更なる置換誘導体の両方について、置換基実施形態として明示的に組み込まれている。   Many of the compounds described herein utilize a substituent that is generally depicted herein as “R”. Suitable R groups include, but are not limited to, hydrogen, alkyl, alcohol, aryl, amino, amide, nitro, ether, ester, aldehyde, sulfonyl, silicon moiety, halogen, cyano, acyl, sulfur-containing moiety, phosphorus-containing moiety , Sb, imide, carbamoyl, linker, addition moiety, ReAM and other subunits. Some positions may allow two substituents, R and R ′, in which case the R and R ′ groups may be the same or different, and one of the substituents may be hydrogen. It should be noted that it is generally preferred. In some embodiments, the R group is as defined and shown in US figures and text. Some suitable proligands and complexes, and suitable substituents are described in U.S. Patent 6,212,093; U.S. Patent 6,728,129; U.S. Patent 6,451,942; U.S. Patent 6,777,516; U.S. Patent 6,381,169; U.S. Patent 6,657,884; U.S. Patent 6,272,038; U.S. Patent 6,484,394; and U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; U.S. Patent Application No. 10 / 682,868; U.S. Patent Application No. 10 / 445,977; Outlined in patent application 10 / 834,630; U.S. patent application 10 / 135,220; U.S. patent application 10 / 723,315; U.S. patent application 10 / 456,321; U.S. patent application 10 / 376,865. All of these, especially those structures and descriptions depicted therein, are expressly incorporated by reference, thereby allowing certain macrocycles with substituents depicted therein, and further Substituent embodiments for both substituted derivatives It is expressly incorporated.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「サブユニット」という用語は、分子のレドックス活性部分を指す。   As used herein and unless otherwise noted, the term “subunit” refers to the redox active portion of a molecule.

本発明のホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物
本明細書で詳細に記載されているように、本発明の新規のホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物の実施形態は、望ましい特性及び特に高い熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲、高いイオン伝導率、及び広い電気化学的安定性ウィンドウのうちの少なくとも2つ以上の組合せを示す。1つの組成物内での望ましいレベルまでの組合せ、及び一部の実施形態では、望ましいレベルでのこれらの特性のすべての組合せは、予期せぬものであり、予想されておらず、公知のイオン組成物よりも重要な利点をもたらす。このような特性を示す本発明のホスホニウム組成物の実施形態は、以前に入手可能ではなかった用途及びデバイスを可能にする。
Phosphonium Ionic Liquids, Salts, and Compositions of the Invention As described in detail herein, the novel phosphonium ionic liquids, salts, and composition embodiments of the present invention have desirable properties and particularly high heat. Shows a combination of at least two or more of mechanical stability, low volatility, wide liquid phase range, high ionic conductivity, and wide electrochemical stability window. Combinations up to the desired level within one composition, and in some embodiments, all combinations of these properties at the desired level are unexpected, unexpected, known ions It provides significant advantages over the composition. Embodiments of the phosphonium compositions of the present invention that exhibit such properties enable applications and devices that were not previously available.

一部の実施形態では、本発明のホスホニウムイオン液体は、選択されたアニオンとカップリングした、選択された分子量及び置換パターンを有するホスホニウムカチオンを含むことによって、熱力学的安定性、イオン伝導率、液相範囲、及び低い揮発性特性の調節可能な組合せを有するイオン液体を形成する。   In some embodiments, the phosphonium ionic liquids of the present invention comprise a phosphonium cation having a selected molecular weight and substitution pattern coupled with a selected anion, thereby providing thermodynamic stability, ionic conductivity, An ionic liquid is formed having an adjustable combination of liquid phase range and low volatility properties.

一部の実施形態では、本明細書の「イオン液体」とは、100℃以下で液状である塩を意味する。「室温」イオン液体は、室温以下で液状であると本明細書で更に定義される。   In some embodiments, “ionic liquid” herein means a salt that is liquid at 100 ° C. or lower. A “room temperature” ionic liquid is further defined herein as being liquid at or below room temperature.

他の実施形態では、「電解質」又は「電解質溶液」又は「電解質組成物」又は「イオン電解質」又は「イオン伝導性電解質」又は「イオン伝導性組成物」又は「イオン組成物」という用語が使用され、この用語は、本明細書では、以下のうちのいずれか1つ又は複数であると定義される:(a)イオン液体、(b)室温イオン液体、(c)少なくとも1つの溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩、及び(d)少なくとも1つの溶媒中に、少なくとも1つのポリマーと共に溶解することでゲル電解質を形成している1つ又は複数の塩。更に、この1つ又は複数の塩には、以下が含まれると定義される:(a)100℃以下の温度で固体である1つ又は複数の塩、及び(b)100℃以下の温度で液体である1つ又は複数の塩。   In other embodiments, the term “electrolyte” or “electrolyte solution” or “electrolyte composition” or “ion electrolyte” or “ion conductive electrolyte” or “ion conductive composition” or “ionic composition” is used. The term is defined herein as any one or more of the following: (a) an ionic liquid, (b) a room temperature ionic liquid, (c) in at least one solvent. One or more salts dissolved, and (d) one or more salts forming a gel electrolyte by dissolving with at least one polymer in at least one solvent. Further, the one or more salts are defined to include: (a) one or more salts that are solid at a temperature of 100 ° C. or lower, and (b) at a temperature of 100 ° C. or lower. One or more salts that are liquids.

一部の実施形態では、本発明は、約400℃の温度まで、更に普通は約375℃の温度までの熱力学的安定性を示すホスホニウムイオン液体及びホスホニウム電解質を含む。これほど高い温度までの熱安定性を示すことは重要な発展であり、広い範囲の用途での本発明のホスホニウムイオン液体の使用を可能にする。本発明のホスホニウムイオン液体及びホスホニウム電解質の実施形態は、室温で、少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を更に示す。本発明のホスホニウムイオン液体及びホスホニウム電解質の実施形態は、これらの窒素ベースの類似体と比較して約20%低い揮発性を示す。高い熱安定性、高いイオン伝導率、広い液相範囲、及び低い揮発性のこの組合せは、非常に望ましく、予期しないものであった。従来技術では一般的に、イオン液体の熱安定性及びイオン伝導率は、逆相関を示すことが判明している。   In some embodiments, the present invention includes phosphonium ionic liquids and phosphonium electrolytes that exhibit thermodynamic stability up to a temperature of about 400 ° C., more usually up to a temperature of about 375 ° C. Showing thermal stability to such high temperatures is an important development and allows the use of the phosphonium ionic liquids of the present invention in a wide range of applications. Embodiments of the phosphonium ionic liquids and phosphonium electrolytes of the present invention are at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / at room temperature. It further exhibits an ionic conductivity of cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm. Embodiments of the phosphonium ionic liquids and phosphonium electrolytes of the present invention exhibit volatility that is about 20% lower compared to these nitrogen-based analogs. This combination of high thermal stability, high ionic conductivity, wide liquid phase range, and low volatility was highly desirable and unexpected. In the prior art, it has generally been found that the thermal stability and ionic conductivity of ionic liquids exhibit an inverse correlation.

一部の実施形態では、ホスホニウムイオン液体及びホスホニウム電解質は、500ダルトン以下の分子量を有するカチオンで構成される。他の実施形態では、ホスホニウムイオン液体及びホスホニウム電解質は、より低い熱安定領域において、イオン液体に対して200〜500ダルトンの範囲の分子量を有するカチオンで構成される。   In some embodiments, the phosphonium ionic liquid and phosphonium electrolyte are composed of cations having a molecular weight of 500 Daltons or less. In other embodiments, the phosphonium ionic liquid and phosphonium electrolyte are composed of cations having a molecular weight in the range of 200-500 Daltons relative to the ionic liquid in the lower thermal stability region.

本発明のホスホニウムイオン組成物は、一般式:
R1R2R3R4P (1)
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)のホスホニウムベースのカチオンで構成される。一部の実施形態では、カチオンは開鎖で構成される。
The phosphonium ion composition of the present invention has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P (1)
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent). In some embodiments, the cation is composed of open chains.

一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立してアルキル基である。一実施形態では、アルキル基のうちの少なくとも1つは、他の2つとは異なる。一実施形態では、アルキル基のいずれもがメチルではない。一部の実施形態では、アルキル基は、2〜7個の炭素原子、更に普通は、1〜6個の炭素原子で構成される。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、2〜14個の炭素原子で構成される異なるアルキル基である。一部の実施形態では、アルキル基は分枝を有しない。一実施形態では、脂肪族、ヘテロ環式部分においてR1=R2である。あるいは、芳香族、ヘテロ環式部分において、R1=R2である。 In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group. In one embodiment, at least one of the alkyl groups is different from the other two. In one embodiment, none of the alkyl groups are methyl. In some embodiments, the alkyl group consists of 2 to 7 carbon atoms, more usually 1 to 6 carbon atoms. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are each independently a different alkyl group composed of 2-14 carbon atoms. In some embodiments, the alkyl group has no branches. In one embodiment, R 1 = R 2 in the aliphatic, heterocyclic moiety. Alternatively, R 1 = R 2 in the aromatic or heterocyclic moiety.

一部の実施形態では、R1又はR2は、フェニル又は置換アルキルフェニルで構成される。一部の実施形態では、R1及びR2は同じであり、テトラメチレン(ホスホラン)又はペンタメチレン(ホスホリナン)で構成される。あるいは、R1及びR2は同じであり、テトラメチニル(ホスホール)で構成される。更なる実施形態では、R1及びR2は同じであり、ホスホラン又はホスホリナンで構成される。更に、別の実施形態では、R2、R3及びR4は同じであり、ホスホラン、ホスホリナン又はホスホールで構成される。 In some embodiments, R 1 or R 2 is composed of phenyl or substituted alkylphenyl. In some embodiments, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethylene (phosphorane) or pentamethylene (phosphorinane). Alternatively, R 1 and R 2 are the same and are composed of tetramethynyl (phosphole). In a further embodiment, R 1 and R 2 are the same and are composed of phospholane or phosphorinane. In yet another embodiment, R 2 , R 3 and R 4 are the same and are composed of phospholane, phosphorinane or phosphole.

一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つ、それ以上、又はすべては、以下に記載されているレドックス活性分子(ReAM)と反応する官能基をそれぞれが有しないように選択される。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも1つ、それ以上、又はすべては、ハロゲン化物、金属又はO、N、P、若しくはSbを含有しない。 In some embodiments, at least one, more than, or all of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 have a functional group that reacts with a redox active molecule (ReAM) as described below. Each is chosen not to have. In some embodiments, at least one, more or all of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 do not contain halide, metal or O, N, P, or Sb.

一部の実施形態では、アルキル基は1〜7個の炭素原子を含む。他の実施形態では、すべてのアルキル基の炭素原子の合計は12個以下である。更に他の実施形態では、アルキル基は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子、更に通常では、1〜5個の炭素原子で構成される。   In some embodiments, the alkyl group contains 1-7 carbon atoms. In another embodiment, the total number of carbon atoms in all alkyl groups is 12 or less. In still other embodiments, each alkyl group is independently composed of 1-6 carbon atoms, more usually 1-5 carbon atoms.

別の実施形態では、ホスホニウムイオン組成物が提供され、このホスホニウムイオン組成物は、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩から構成され、この1つ又は複数の塩は、一般式:
R1R2R3R4P (1)
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、これらに限定されないが、以下に記載されているようなアルキル基等の置換基である)の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含む。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子、更に普通は、1〜4個の炭素原子で構成されるアルキル基である。一部の実施形態では、R基のうちの1つ又は複数の中の水素原子のうちの1個又は複数はフッ素で置換されている。塩のうちのいずれか1つ又は複数は、100℃以下の温度で液体であっても固体であってもよい。一部の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び1つのアニオンで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び複数のアニオンで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのアニオン及び複数のカチオンで構成される。更なる実施形態では、塩は、複数のカチオン及び複数のアニオンで構成される。適切な溶媒の例示的実施形態として、これらに限定されないが、以下のうちの1つ又は複数が挙げられる:アセトニトリル、エチレンカーボネート(EC)、炭酸プロピレン(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)又はメチルエチルカーボネート(MEC)、プロピオン酸メチル(MP)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、フルオロベンゼン(FB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(PhEC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、ジエトキシエタン(DEE)、ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、γ-ブチロラクトン(GBL)、及びγ-バレロラクトン(GVL)。
In another embodiment, a phosphonium ion composition is provided, the phosphonium ion composition being composed of one or more salts dissolved in a solvent, the one or more salts having the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P (1)
One or more of the formulas wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent such as, but not limited to, an alkyl group as described below A phosphonium-based cation and one or more anions. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 6 carbon atoms, more usually 1 to 4 carbon atoms. It is. In some embodiments, one or more of the hydrogen atoms in one or more of the R groups are substituted with fluorine. Any one or more of the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. or lower. In some embodiments, the salt is composed of one cation and one anion. In other embodiments, the salt is composed of one cation and multiple anions. In other embodiments, the salt is composed of one anion and multiple cations. In a further embodiment, the salt is composed of multiple cations and multiple anions. Exemplary embodiments of suitable solvents include, but are not limited to, one or more of the following: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate (VC), Vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (PhEC), propyl methyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL), and γ-valero Lactone (GVL).

例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In an exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
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別の例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更に別の例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In yet another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In a further exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更に別の例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In yet another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる別の例示的実施形態では、ホスホニウムカチオンは以下の式で構成される:   In yet another exemplary embodiment, the phosphonium cation is composed of the following formula:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の例示的実施形態は、以下の式で構成されるホスホニウムカチオンを提供する:   Another exemplary embodiment provides a phosphonium cation composed of the following formula:

Figure 2016507888
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以下の式で構成されるホスホニウムカチオンが更に提供される:   Further provided are phosphonium cations composed of the following formula:

Figure 2016507888
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一部の実施形態では、適切なホスホニウムカチオンの例として、これらに限定されないが、ジ-n-プロピルエチルホスホニウム;n-ブチルn-プロピルエチルホスホニウム;n-ヘキシルn-ブチルエチルホスホニウム等が挙げられる。   In some embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, di-n-propylethylphosphonium; n-butyl n-propylethylphosphonium; n-hexyl n-butylethylphosphonium, and the like. .

他の実施形態では、適切なホスホニウムカチオンの例として、これらに限定されないが、エチルホスホラン;n-プロピルホスホラン;n-ブチルホスホラン;n-ヘキシルホスホラン;及びフェニルホスホランが挙げられる。   In other embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, ethylphosphorane; n-propylphosphorane; n-butylphosphorane; n-hexylphosphorane; and phenylphosphorane.

更なる実施形態では、適切なホスホニウムカチオンの例として、これらに限定されないが、エチルホスホール;n-プロピルホスホール;n-ブチルホスホール;n-ヘキシルホスホール;及びフェニルホスホールが挙げられる。   In further embodiments, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, ethyl phosphole; n-propyl phosphole; n-butyl phosphole; n-hexyl phosphole; and phenyl phosphole.

更に別の実施形態では、適切なホスホニウムカチオンの例として、これらに限定されないが、1-エチルホスファシクロヘキサン;n-プロピルホスファシクロヘキサン;n-ブチルホスファシクロヘキサン;n-ヘキシルホスファシクロヘキサン;及びフェニルホスファシクロヘキサンが挙げられる。   In yet another embodiment, examples of suitable phosphonium cations include, but are not limited to, 1-ethylphosphacyclohexane; n-propylphosphacyclohexane; n-butylphosphacyclohexane; n-hexylphosphacyclohexane; and And phenylphosphacyclohexane.

本発明のホスホニウムイオン液体又は塩は、カチオン及びアニオンで構成される。当業者であれば理解することになるように、多種類の、可能なカチオン及びアニオンの組合せが存在する。本発明のホスホニウムイオン液体又は塩は、上に記載のようなカチオンを、一般式:
C+A-
(式中、C+はカチオンであり、A+はアニオンである)の試薬又は溶媒と容易にイオン交換される化合物から一般的に選択されるアニオンと共に含む。有機溶媒の場合、C+は好ましくはLi+、K+、Na+、NH4 +又はAg+である。水性溶媒の場合、C+は好ましくはAg+である。
The phosphonium ionic liquid or salt of the present invention is composed of a cation and an anion. There will be a wide variety of possible cation and anion combinations, as will be appreciated by those skilled in the art. The phosphonium ionic liquid or salt of the present invention comprises a cation as described above having the general formula:
C + A -
(Wherein C + is a cation and A + is an anion) with an anion generally selected from compounds that are readily ion exchanged with reagents or solvents. In the case of organic solvents, C + is preferably Li + , K + , Na + , NH 4 + or Ag + . In the case of an aqueous solvent, C + is preferably Ag + .

多くのアニオンが選択され得る。好ましい一実施形態において、アニオンは、ビス-パーフルオロメチルスルホニルイミドである。適切なアニオンの例示的実施形態として、これらに限定されないが、以下のうちのいずれか1つ又は複数が挙げられる:NO3 -、O3SCF3 -、N(SO2CF3)2 -、PF6 -、O3SC6H4CH3 -、O3SCF2CF2CF3 -、O3SCH3 -、I-、C(CN)3 --O3SCF3-N(SO2)2CF3、CF3BF3 --O3SCF2CF2CF3、SO4 2--O2CCF3-O2CCF2CF2CF3、又は-N(CN)2Many anions can be selected. In one preferred embodiment, the anion is bis-perfluoromethylsulfonylimide. Exemplary embodiments of suitable anions include, but are not limited to, any one or more of the following: NO 3 , O 3 SCF 3 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , PF 6 -, O 3 SC 6 H 4 CH 3 -, O 3 SCF 2 CF 2 CF 3 -, O 3 SCH 3 -, I -, C (CN) 3 -, - O 3 SCF 3, - N (SO 2) 2 CF 3, CF 3 BF 3 -, - O 3 SCF 2 CF 2 CF 3, SO 4 2-, - O 2 CCF 3, - O 2 CCF 2 CF 2 CF 3, or - N (CN) 2 .

一部の実施形態では、本発明のホスホニウムイオン液体又は塩は、単一のカチオン-アニオンペアで構成される。あるいは、2つ以上のホスホニウムイオン液体又は塩を使用して、共通の二成分系、混合した二成分系、共通の三成分系、混合した三成分系等を形成することができる。二成分系、三成分系等に対する組成範囲は、各成分カチオン及び各成分アニオンに対して1ppmから999,999ppmまでを含む。別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、塩は、100℃の温度で液体であっても固体であってもよい。一部の実施形態では、塩は、単一のカチオン-アニオンペアで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び複数のアニオンで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのアニオン及び複数のカチオンで構成される。更なる他の実施形態では、塩は、複数のカチオン及び複数のアニオンで構成される。   In some embodiments, the phosphonium ionic liquids or salts of the invention are composed of a single cation-anion pair. Alternatively, two or more phosphonium ionic liquids or salts can be used to form a common binary system, a mixed binary system, a common ternary system, a mixed ternary system, and the like. Composition ranges for binary, ternary, etc. include from 1 ppm to 999,999 ppm for each component cation and each component anion. In another embodiment, the phosphonium electrolyte is composed of one or more salts dissolved in a solvent, and the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. In some embodiments, the salt is composed of a single cation-anion pair. In other embodiments, the salt is composed of one cation and multiple anions. In other embodiments, the salt is composed of one anion and multiple cations. In still other embodiments, the salt is composed of multiple cations and multiple anions.

本発明の一部の実施形態による電解質組成物は、本明細書と同時に出願し、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれている、同時係属の米国特許出願番号 (代理人整理番号057472-058)において更に記載されている。 An electrolyte composition according to some embodiments of the present invention is filed concurrently with the present specification and is a co-pending US patent application number, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. (Attorney Docket No. 057472-058).

好ましい一実施形態において、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 1A及びTable 1B(表1及び表2)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される。別の好ましい実施形態では、ホスホニウム電解質は、以下のTable 1C、Table 1D、Table 1E及びTable 1F(表3、表4及び表5)に示されているカチオン及びアニオンの組合せで構成される。明確にするために、式では電荷の符号が省略されている。   In a preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 1A and Table 1B below (Tables 1 and 2). In another preferred embodiment, the phosphonium electrolyte is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 1C, Table 1D, Table 1E and Table 1F (Table 3, Table 4 and Table 5) below. For clarity, the sign of the charge is omitted in the formula.

Table 1A(表1)は、共通のカチオンを有するアニオン二成分系の例を例示している:   Table 1A illustrates an example of an anionic binary system with a common cation:

Figure 2016507888
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Table 1B(表2)は、カチオン及びアニオンの組合せの例を例示している:   Table 1B illustrates examples of combinations of cations and anions:

Figure 2016507888
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別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、以下のTable 1C-1〜Table 1C-3(表3)に示されているようなカチオンを有する塩で構成される:   In another embodiment, the phosphonium electrolyte is composed of salts with cations as shown in Table 1C-1 to Table 1C-3 (Table 3) below:

Figure 2016507888
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別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、以下のTable 1D-1〜Table 1D-4(表4)に示されているようなアニオンを有する塩で構成される:   In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt having an anion as shown in Table 1D-1 to Table 1D-4 (Table 4) below:

Figure 2016507888
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更なる実施形態では、ホスホニウム電解質組成物は、以下のTable 1E-1〜Table 1E-4(表5)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せを有する塩で構成される:   In a further embodiment, the phosphonium electrolyte composition is comprised of a salt having a combination of cations and anions as shown in Table 1E-1 to Table 1E-4 below (Table 5):

Figure 2016507888
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一部の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、以下の式の1つ又は複数のカチオン:
P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y(x、y=0〜4であり、x+y≦4である)
P(CF3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y(x、y=0〜4であり、x+y≦4である)
P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
及び以下の式の1つ又は複数のアニオン:
(CF3)xBR4-x(x=0〜4である)
(CF3(CF2)n)xPF6-x(n=0〜2であり、x=0〜4である)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CF2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B(n=0〜2である)
(-OCO(CF2)nCOO-)2B(n=0〜2である)
(-OOR)x(CF3)BF3-x(x=0〜3である)
(-OCOCOCOO-)(CF3)xBF2-x(x=0〜2である)
(-OCOCOCOO-)2B
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2-x(x=0〜2である)
(-OSOCF2SOO-)(CF3)xBF2-x(x=0〜2である)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6-2x-y(x=1〜3であり、y=0〜4であり、2x+y≦6である)
で構成される。
In some embodiments, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising one or more cations of the following formula:
P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 4-xy (x, y = 0 to 4 and x + y ≦ 4)
P (CF 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 4-xy (x, y = 0 to 4 and x + y ≦ 4)
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (x, y = 0-2, x + y (≦ 2)
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (x, y = 0-2, x (+ y ≦ 2)
And one or more anions of the following formula:
(CF 3 ) x BR 4-x (x = 0 ~ 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6-x (n = 0-2, x = 0-4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (n = 0-2, x = 0-2)
(-OCO (CF 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (n = 0-2, x = 0-2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (n = 0-2)
(-OCO (CF 2 ) n COO-) 2 B (n = 0-2)
(-OOR) x (CF 3 ) BF 3-x (where x = 0 to 3)
(-OCOCOCOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (x = 0 ~ 2)
(-OCOCOCOO-) 2 B
(-OSOCH 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (x = 0 ~ 2 )
(-OSOCF 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3 ) y PF 6-2x-y (x = 1-3, y = 0-4, 2x + y ≦ 6)
Consists of.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式:
P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y(式中、x、y=0〜4であり、x+y≦4である)
の1つ又は複数のカチオン
及び
式:
(CF3)xBF4-x(式中、x=0〜4である)
(CF3(CF2)n)xPF6-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜4である)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B(式中、n=0〜2である)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2-x(式中、x=0〜2である)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6-2x-y(x=1〜3であり、y=0〜4であり、2x+y≦6である)
の1つ又は複数のアニオンで構成される。
In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt having the formula:
P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 4-xy (where x, y = 0 to 4 and x + y ≦ 4)
One or more cations and formula:
(CF 3 ) x BF 4-x (where x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3 ) y PF 6-2x-y (x = 1-3, y = 0-4, 2x + y ≦ 6)
Of one or more anions.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式:
P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(式中、x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(式中、x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
の1つ又は複数のカチオン
及び
式:
(CF3)xBF4-x(式中、x=0〜4である)
(CF3(CF2)n)xPF6-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜4である)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B(式中、n=0〜2である)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2-x(式中、x=0〜2である)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6-2x-y(x=1〜3であり、y=0〜4であり、2x+y≦6である)
の1つ又は複数のアニオンで構成される。
In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt having the formula:
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (where x, y = 0 to 2, x + y ≦ 2)
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (where x, y = 0 to 2 Yes, x + y ≦ 2)
One or more cations and formula:
(CF 3 ) x BF 4-x (where x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3 ) y PF 6-2x-y (x = 1-3, y = 0-4, 2x + y ≦ 6)
Of one or more anions.

一実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、PF6、(CF3)3PF3、(CF3)4PF2、(CF3CF2)4PF2、(CF3CF2CF2)4PF2、(-OCOCOO-)PF4、(-OCOCOO-)(CF3)3PF、(-OCOCOO-)3P、BF4、CF3BF3、(CF3)2BF2、(CF3)3BF、(CF3)4B、(-OCOCOO-)BF2、(-OCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOO-)(CF3)2B、(-OSOCH2SOO-)BF2、(-OSOCF2SOO-)BF2、(-OSOCH2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCF2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCH2SOO-)B(CF3)2、(-OSOCF2SOO-)B(CF3)2、CF3SO3、(CF3SO2)2N、(-OCOCOO-)2PF2、(CF3CF2)3PF3、(CF3CF2CF2)3PF3、(-OCOCOO-)2B、(-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)B(CF3)2、(-OCOCR2COO-)2B、CF3BF(-OOR)2、CF3B(-OOR)3、CF3B(-OOR)F2、(-OCOCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOCOO-)B(CF3)2、(-OCOCOCOO-)2B、(-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3)、及び(-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2(式中、R、R1、及びR2は、それぞれ独立して、H又はFである)からなる群から選択される1つ又は複数のアニオンで構成される。 In one embodiment, the phosphonium electrolyte is composed of a salt dissolved in a solvent, which is PF 6 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 CF 2 ) 4 PF 2 , (-OCOCOO-) PF 4 , (-OCOCOO-) (CF 3 ) 3 PF, (-OCOCOO-) 3 P, BF 4 , CF 3 BF 3 , (CF 3 ) 2 BF 2 , (CF 3 ) 3 BF, (CF 3 ) 4 B, (-OCOCOO-) BF 2 , (-OCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOO-) (CF 3 ) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2 , (-OSOCF 2 SOO-) BF 2 , (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCF 2 SOO-) BF (CF 3 ), ( -OSOCH 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , (-OSOCF 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N, (-OCOCOO-) 2 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 3 PF 3 , (CF 3 CF 2 CF 2 ) 3 PF 3 , (-OCOCOO-) 2 B, (-OCO (CH 2 ) n COO-) BF (CF 3 ), (-OCOCR 2 COO-) BF (CF 3 ), (-OCOCR 2 COO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCR 2 COO-) 2 B, CF 3 BF (-OOR) 2 , CF 3 B (-OOR) 3 , CF 3 B (-OOR) F 2 , (-OCOCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOCOO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCOCOO-) 2 B, (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3 ), and (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) B (CF 3 ) 2 wherein R, R 1 , and R 2 are each independently one or more anions selected from the group consisting of H or F.

一実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式:(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+のカチオン及び式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In one embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P + and the formula : BF 4 -, PF 6 - , CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2) 2 N - consists of or any one or more anions of these combinations.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3)(CH3CH2)3P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P + and a formula BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, It is composed of (CF 3 SO 2 ) 2 N - or any one or more anions of these combinations.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P + and formula BF 4 , PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN ) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or a combination of any one or more anions thereof.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3CH2CH2)3(CH3)P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 ) P + and a formula BF 4 , PF 6. -, CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - or a combination of any one or more anions thereof.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3CH2CH2)3(CH3CH2)P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 CH 2 ) P + and a formula BF 4 , PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN ) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N or a combination of any one or more anions thereof.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3CH2CH2)2(CH3CH2)(CH3)P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) 2 (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) P + and a formula BF 4 -, PF 6 -, CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 - , C (CN) 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N −, or a combination thereof, and any one or more anions.

別の実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、式(CH3CH2)4P+のカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In another embodiment, the phosphonium electrolyte is comprised of a salt dissolved in a solvent, the salt comprising a cation of formula (CH 3 CH 2 ) 4 P + and a formula BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3. -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, (CF 3 SO 2 ) It is composed of one or more anions of 2 N - or combinations thereof.

更なる実施形態では、ホスホニウム電解質は、溶媒中に溶解した塩で構成され、この塩は、モル比1:3:1の式(CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)Pのカチオン及び式BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される。 In a further embodiment, the phosphonium electrolyte consists of a salt dissolved in a solvent, which salt has the formula (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2) (CH 3 CH 2) 2 (CH 3) P cations and formula BF 4 -, PF 6 - , CF 3 BF 3 -, ( - OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - or a combination of any one or more anions thereof.

一部の実施形態では、アニオンは、[BF4 -]:[CF3BF3 -]のモル比100/1〜1/1の範囲の濃度のBF4 -及びCF3BF3 -の混合物で構成される。他の実施形態では、アニオンは、[PF6 -]:[CF3BF3 -]のモル比100/1〜1/1の範囲の濃度のPF6 -及びCF3BF3 -の混合物で構成される。また更なる実施形態では、アニオンは、[PF6 -]:[BF4 -]のモル比100/1〜1/1の範囲の濃度のPF6 -及びBF4 -の混合物で構成される。 In some embodiments, the anion is a mixture of BF 4 and CF 3 BF 3 at a concentration ratio of [BF 4 ]: [CF 3 BF 3 ] ranging from 100/1 to 1/1. Composed. In another embodiment, the anion is composed of a mixture of PF 6 and CF 3 BF 3 at a concentration ratio of [PF 6 ]: [CF 3 BF 3 ] ranging from 100/1 to 1/1. Is done. In yet a further embodiment, the anion is comprised of a mixture of PF 6 and BF 4 at a concentration ratio of [PF 6 ]: [BF 4 ] ranging from 100/1 to 1/1.

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 2(表6)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 2 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 3(表7)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 3 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 4(表8)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In a further preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of combinations of cations and anions as shown in Table 4 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更に更なる好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 5(表9)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In still further preferred embodiments, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 5 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 6(表10)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 6 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 7(表11)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 7 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 8(表12)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 8 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 9(表13)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 9 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい実施形態では、ホスホニウムイオン液体組成物は、以下のTable 10(表14)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成される:   In another preferred embodiment, the phosphonium ionic liquid composition is composed of a combination of cations and anions as shown in Table 10 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

更なる好ましい実施形態は、以下のTable 11(表15)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成されるホスホニウムイオン液体組成物を含む:   Further preferred embodiments include phosphonium ionic liquid compositions composed of combinations of cations and anions as shown in Table 11 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

以下のTable 12(表16)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成されるホスホニウムイオン液体組成物の更なる好ましい実施形態が提供される:   Further preferred embodiments of phosphonium ionic liquid compositions composed of combinations of cations and anions as shown in Table 12 below are provided:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

別の好ましい例示的実施形態は、以下のTable 13(表17)に示されているようなカチオン及びアニオンの組合せで構成されるホスホニウムイオン液体組成物を含む:   Another preferred exemplary embodiment includes a phosphonium ionic liquid composition composed of a combination of cations and anions as shown in Table 13 below:

Figure 2016507888
Figure 2016507888

一部の実施形態では、適切なホスホニウムイオン液体組成物の更なる例として、これらに限定されないが、ジ-n-プロピルエチルメチルホスホニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ブチル n-プロピルエチルメチルホスホニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ヘキシル n-ブチルエチルメチルホスホニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド等が挙げられる。   In some embodiments, additional examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, di-n-propylethylmethylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butyl n-propyl And ethylmethylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexyl n-butylethylmethylphosphonium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide and the like.

適切なホスホニウムイオン液体組成物の例示的例として、これらに限定されないが、1-エチル-1-メチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-プロピルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ブチルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド; n-ヘキシルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;及びフェニルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが更に挙げられる。   Illustrative examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphoranium bis- (tri Fluoromethylsulfonyl) imide; n-butylmethylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexylmethylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; and phenylmethylphosphoranium bis- (tri Further examples include fluoromethylsulfonyl) imide.

別の実施形態では、適切なホスホニウムイオン液体組成物の例として、これらに限定されないが、1-エチル-1-メチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-プロピルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ブチルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ヘキシルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;及びフェニルメチルホスホラニウムビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが挙げられる。   In another embodiment, examples of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphoranium Bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butylmethylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexylmethylphosphoranium bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; and phenylmethylphosphoranium Bis- (trifluoromethylsulfonyl) imide is mentioned.

適切なホスホニウムイオン液体組成物の更なる例示的実施形態として、これらに限定されないが、1-エチル-1-メチルホスファシクロヘキサンビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-プロピルメチルホスファシクロヘキサンビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ブチルメチルホスファシクロヘキサンビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;n-ヘキシルメチルホスファシクロヘキサンビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミド;及びフェニルメチルホスファシクロヘキサンビス-(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが挙げられる。   Further exemplary embodiments of suitable phosphonium ionic liquid compositions include, but are not limited to, 1-ethyl-1-methylphosphacyclohexanebis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-propylmethylphosphacyclohexanebis -(Trifluoromethylsulfonyl) imide; n-butylmethylphosphacyclohexanebis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; n-hexylmethylphosphacyclohexanebis- (trifluoromethylsulfonyl) imide; and phenylmethylphosphacyclohexanebis -(Trifluoromethylsulfonyl) imide is mentioned.

本発明のホスホニウムイオン液体はまた、一部の実施形態に従い、1つ若しくは複数の固体、又は固体及び液体から共晶を形成し得る。この場合、「イオン液体」という用語は、イオン固体、又はイオン液体及びイオン固体、例えば二成分系、三成分系等から生じた共晶であるイオン液体を含むと更に定義される。   The phosphonium ionic liquids of the present invention may also form eutectics from one or more solids, or solids and liquids, according to some embodiments. In this case, the term “ionic liquid” is further defined to include ionic liquids that are ionic solids or eutectics originating from ionic liquids and ionic solids, such as binary, ternary, etc.

レドックス活性分子
本明細書中に記載されている本発明のホスホニウムイオン液体は、広い範囲のハイブリッドコンポーネント及び/又はデバイス、例えばメモリーデバイス及び素子等を合成するために利用することができる。例示的実施形態では、本明細書のホスホニウムイオン液体は、情報がレドックス活性情報記憶分子に記憶される分子メモリーデバイスを形成するために使用される。
Redox Active Molecules The phosphonium ionic liquids of the present invention described herein can be utilized to synthesize a wide range of hybrid components and / or devices, such as memory devices and elements. In exemplary embodiments, the phosphonium ionic liquids herein are used to form molecular memory devices in which information is stored in redox active information storage molecules.

本明細書の「レドックス活性分子(ReAM)」という用語は、例えば、適切な電圧をかけることにより、酸化又は還元することが可能な分子又は分子の成分を指すことを意図する。以下に記載されているように、ReAMとして、これらに限定されないがポルフィリン及びポルフィリン誘導体を含めた大環状分子、並びに非大環状化合物を挙げることができ、サンドイッチ化合物、例えば本明細書中に記載されているようなもの等が挙げられる。ある特定の実施形態では、ReAMは、例えばダイアド(dyad)又はトリアド(triad)の場合等は複数のサブユニットを含むことができる。ReAMとして、フェロセン、Bipy、PAH、ビオローゲン等を挙げることができる。一般的に、以下に記載されているように、大環状及び非大環状部分を含めて、すべて多座プロリガンドベースの、本発明において有用ないくつかのタイプのReAMが存在する。いくつかの適切なプロリガンド及び錯体、並びに適切な置換基は、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,728,129号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号;米国特許第6,381,169号;米国特許第6,208,553号;米国特許第6,657,884号;米国特許第6,272,038号;米国特許第6,484,394号;及び米国特許出願第10/040,059号;米国特許出願第10/682,868号;米国特許出願第10/445,977号;米国特許出願第10/834,630号;米国特許出願第10/135,220号;米国特許出願第10/723,315号;米国特許出願第10/456,321号;米国特許出願第10/376,865号において概要が述べられており、これらのすべて、特にそこに描写されているこれらの構造及び説明については参照により明示的に組み込まれている。   As used herein, the term “redox active molecule (ReAM)” is intended to refer to a molecule or component of a molecule that can be oxidized or reduced, eg, by applying an appropriate voltage. As described below, ReAM can include macrocycles, including but not limited to porphyrins and porphyrin derivatives, and non-macrocyclic compounds, including sandwich compounds such as those described herein. And the like. In certain embodiments, the ReAM can include multiple subunits, such as in the case of a dyad or triad. Examples of ReAM include ferrocene, Bipy, PAH, and viologen. In general, as described below, there are several types of ReAM useful in the present invention, all based on multidentate proligands, including macrocyclic and non-macrocyclic moieties. Some suitable proligands and complexes, and suitable substituents are described in U.S. Patent No. 6,212,093; U.S. Patent No. 6,728,129; U.S. Patent No. 6,451,942; U.S. Patent No. 6,777,516; U.S. Patent No. 6,381,169; U.S. Patent No. 6,381,169; U.S. Patent No. 6,657,884; U.S. Patent No. 6,272,038; U.S. Patent No. 6,484,394; and U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; U.S. Patent Application No. 10 / 682,868; U.S. Patent Application No. 10 / 445,977; Outlined in patent application 10 / 834,630; U.S. patent application 10 / 135,220; U.S. patent application 10 / 723,315; U.S. patent application 10 / 456,321; U.S. patent application 10 / 376,865. All of these, and particularly their structure and description depicted therein, are expressly incorporated by reference.

適切なプロリガンドは、2つのカテゴリーに分かれる:窒素、酸素、硫黄、炭素又はリン原子(金属イオンに応じて)を配位原子として使用するリガンド(文献ではシグマ(σ)供与体と一般的に呼ばれる)及び有機金属リガンド、例えばメタロセンリガンド等(文献ではパイ(π) 供与体と一般的に呼ばれ、本明細書ではLmとして描写されている)。   Suitable proligands fall into two categories: ligands that use nitrogen, oxygen, sulfur, carbon, or phosphorus atoms (depending on the metal ion) as coordination atoms (in the literature, sigma (σ) donors and generally And organometallic ligands such as metallocene ligands (commonly referred to in the literature as pi (π) donors and depicted herein as Lm).

更に、単一のReAMは、2つ以上のレドックス活性を有し得る。例えば、米国特許出願公開第2007/0108438号の図13Aは、2つのレドックス活性サブユニット、ポルフィリン(金属の不在下で示されている)、及びフェロセンを示している。同様に、サンドイッチ配位化合物は単一のReAMと考えられる。これは、これらReAMがモノマーとして重合されている場合と区別されることになる。更に本発明の金属イオン/錯体は、本明細書で一般的に示されていない対イオンを伴ってもよい。   In addition, a single ReAM can have more than one redox activity. For example, FIG. 13A of US Patent Application Publication No. 2007/0108438 shows two redox active subunits, porphyrin (shown in the absence of metal), and ferrocene. Similarly, a sandwich coordination compound is considered a single ReAM. This is distinguished from the case where these ReAMs are polymerized as monomers. Furthermore, the metal ions / complexes of the present invention may be accompanied by counter ions not generally shown herein.

大環状リガンド
一実施形態では、ReAMは大環状リガンドであり、この大環状リガンドは、大環状プロリガンド及び大環状錯体の両方を含む。本明細書の「大環状プロリガンド」とは、これらが金属イオンと結合できるように方向づけられたドナー原子(本明細書では時々「配位原子」と呼ばれる)を含有し、金属原子を取り囲むのに十分な大きさの環式化合物を意味する。一般的にドナー原子は、これらに限定されないが、窒素、酸素及び硫黄を含めたヘテロ原子であり、窒素が特に好ましい。しかし、当業者であれば理解することになるように、異なる金属イオンは、異なるヘテロ原子に優先的に結合し、したがって使用されるヘテロ原子は、所望の金属イオンによって異なり得る。更に一部の実施形態では、単一の大環状分子は、異なるタイプのヘテロ原子を含有することができる。
Macrocyclic Ligand In one embodiment, ReAM is a macrocyclic ligand, which includes both macrocyclic proligands and macrocyclic complexes. As used herein, "macrocyclic proligands" contain donor atoms (sometimes referred to herein as "coordination atoms") that are oriented so that they can bind to a metal ion and surround the metal atoms. Means a cyclic compound having a sufficient size. Generally, the donor atom is a heteroatom including, but not limited to, nitrogen, oxygen and sulfur, with nitrogen being particularly preferred. However, as will be appreciated by those skilled in the art, different metal ions preferentially bind to different heteroatoms, and thus the heteroatoms used can vary depending on the desired metal ion. Further, in some embodiments, a single macrocycle can contain different types of heteroatoms.

「大環状錯体」は、少なくとも1つの金属イオンを有する大環状プロリガンドであり、一部の実施形態では、大環状錯体は、単一の金属イオンを含むが、ただし、以下に記載されているように、多核大環状錯体を含む多核錯体もまた想定される。   A “macrocyclic complex” is a macrocyclic proligand having at least one metal ion, and in some embodiments, the macrocyclic complex comprises a single metal ion, but is described below. As such, multinuclear complexes including polynuclear macrocyclic complexes are also envisioned.

多種多様な大環状リガンドが、電子的にコンジュゲートしたもの及びそうでない可能性のあるものを含めて、本発明において使用が見出されているが、しかし、本発明の大環状リガンドは、好ましくは少なくとも1つの、好ましくは2つ以上の酸化状態を有し、4、6及び8つの酸化状態は特に意義がある。   A wide variety of macrocyclic ligands have found use in the present invention, including those that are electronically conjugated and those that may not, but the macrocyclic ligands of the present invention are preferably Has at least one, preferably two or more oxidation states, with 4, 6 and 8 oxidation states being particularly significant.

適切な大環状リガンドのおおまかな概略図は、米国特許出願公開第2007/0108438号の図11及び図14に示され、記載されており、図11及び図14に加えてそのすべてが参照により本明細書に組み込まれている。ポルフィリンをほぼベースとする本実施形態では、16員環(-X-部分が単一原子を含有する場合、炭素又はヘテロ原子のいずれか)、17員環(-X-部分の1つが2個の骨格原子を含有する場合)、18員環(-X-部分の2つが2個の骨格原子を含有する場合)、19員環(-X-部分の3つが2個の骨格原子を含有する場合)又は20員環(-X-部分の4つすべてが2個の骨格原子を含有する場合)がすべて想定される。各-X-基は独立して選択される。-Q-部分は、骨格の-C-ヘテロ原子-C(炭素及びヘテロ原子を独立して接続する一重結合又は二重結合のいずれかを有する)と一緒になって、1つ若しくは2つの(5員環の場合)又は1つ、2つ、若しくは3つの(6員環の場合)独立して選択されるR2基で場合によって置換されている、5又は6員環を形成する。一部の実施形態では、化合物が結果として電子的にコンジュゲートするように、及び最低でも少なくとも2つの酸化状態を有するように、環、結合及び置換基が選ばれる。 A rough schematic of a suitable macrocyclic ligand is shown and described in FIGS. 11 and 14 of US Patent Application Publication No. 2007/0108438, all in addition to FIGS. It is incorporated in the description. In this embodiment, which is largely based on porphyrin, a 16-membered ring (either the carbon or heteroatom if the -X- moiety contains a single atom), a 17-membered ring (two of the -X- moieties are two ), 18-membered ring (when two of the -X- moieties contain two skeleton atoms), 19-membered ring (three of the -X- moieties contain two skeletal atoms) ) Or 20-membered rings (when all four of the -X- moieties contain two skeletal atoms) are all envisioned. Each -X- group is independently selected. The -Q- moiety, together with the backbone -C-heteroatom-C (which has either a single bond or a double bond that independently connects the carbon and heteroatom), is one or two ( In the case of a 5-membered ring) or one, two or three (in the case of a 6-membered ring) form a 5- or 6-membered ring optionally substituted with independently selected R 2 groups. In some embodiments, the rings, bonds, and substituents are chosen such that the compound is electronically conjugated as a result and has at least two oxidation states.

一部の実施形態では、本発明の大環状リガンドは、ポルフィリン(特に以下に定義された通りのポルフィリン誘導体)、及びシクレン誘導体からなる群から選択される。   In some embodiments, the macrocyclic ligand of the present invention is selected from the group consisting of porphyrins (particularly porphyrin derivatives as defined below) and cyclen derivatives.

ポルフィリン
本発明において適切な大環状分子の特に好ましいサブセットはポルフィリン誘導体を含めたポルフィリンである。このような誘導体として、ポルフィリン核にオルト縮合した、又はオルトペリ縮合した追加の環を有するポルフィリン、ポルフィリン環の1個又は複数の炭素原子が別の元素の原子で置き換えられているポルフィリン(骨格置換)、ポルフィリン環の窒素原子が別の元素の原子で置き換えられている誘導体(窒素の骨格置換)、水素以外の置換基がポルフィリンの周辺原子(メソ-、β-又は核原子に位置する誘導体、ポルフィリンの1つ又は複数の結合の飽和を有する誘導体(ヒドロポルフィリン、例えば、クロリン、バクテリオクロリン、イソバクテリオクロリン、デカヒドロポルフィリン、コルフィン、ピロコルフィン等)、ピロールユニット及びピロメテニル(pyrromethenyl)ユニットを含む1つ又は複数の原子がポルフィリン環に挿入された誘導体(拡張ポルフィリン)、1つ又は複数の基がポルフィリン環から除去された誘導体(縮小ポルフィリン、例えば、コリン、コロール)並びに前述の誘導体の組合せ(例えばフタロシアニン、サブフタロシアニン、及びポルフィリン異性体)が挙げられる。更なる適切なポルフィリン誘導体として、これらに限定されないが、エチオフィリン(etiophyllin)、ピロポルフィリン、ロードポルフィリン、フィロポルフィリン、フィロエリスリン、クロロフィルa及びbを含めたクロロフィル基、並びにジュウテロポルフィリン、ジュウテロヘミン、ヘミン、ヘマチン、プロトポルフィリン、メソヘミン、ヘマトポルフィリン、メソポルフィリン、コプロポルフィリン、ウルポルフィリン(uruporphyrin)及びツラシン(turacin)を含めたヘモグロビン基、並びにテトラアリールアザジピロメチンの系列が挙げられる。
Porphyrins A particularly preferred subset of macrocycles suitable in the present invention are porphyrins including porphyrin derivatives. Such derivatives include porphyrins having an additional ring ortho-fused or ortho-perifused to the porphyrin nucleus, or porphyrins in which one or more carbon atoms of the porphyrin ring are replaced by atoms of another element (skeleton substitution) Derivatives in which the nitrogen atom of the porphyrin ring is replaced by an atom of another element (nitrogen skeletal substitution), Derivatives in which substituents other than hydrogen are located in the peripheral atoms of the porphyrin (meso-, β- or nuclear atoms, porphyrin One or more of the derivatives having a saturation of one or more bonds (e.g. hydroporphyrin, e.g., chlorin, bacteriochlorin, isobacteriochlorin, decahydroporphyrin, colfin, pyrocorphine, etc.), a pyrrole unit and a pyromethenyl unit A derivative in which multiple atoms are inserted into the porphyrin ring (extended Phyllins), derivatives in which one or more groups have been removed from the porphyrin ring (reduced porphyrins such as choline, corrole) and combinations of the aforementioned derivatives (such as phthalocyanines, subphthalocyanines and porphyrin isomers). Suitable porphyrin derivatives include, but are not limited to, etiophyllin, pyroporphyrin, rhodoporphyrin, philoporphyrin, chlorophyll groups including phyloerythrin, chlorophyll a and b, and deuteroporphyrin, deuterohemin, Hemoglobin groups including hemin, hematin, protoporphyrin, mesohemin, hematoporphyrin, mesoporphyrin, coproporphyrin, uruporphyrin and turacin, and tetraarylazadipi A series of lomethin can be mentioned.

本明細書で概要を述べた化合物についてそうであるように、及び当業者であれば理解することになるように、各不飽和位置は、炭素又はヘテロ原子のいずれでも、本明細書で定義されたような1つ又は複数の置換基を、この系の所望の原子価に応じて含むことができる。   As is the case for the compounds outlined herein, and as will be appreciated by those skilled in the art, each unsaturation position is defined herein as either a carbon or a heteroatom. One or more such substituents may be included depending on the desired valence of the system.

好ましい一実施形態では、レドックス活性分子はメタロセンであってよく、このメタロセンは、本明細書で独立して選択されるR基を使用して任意の適当な位置で置換することができる。本発明において特定の使用が見出されているメタロセンとして、フェロセン及びその誘導体が挙げられる。本実施形態では、好ましい置換基として、これらに限定されないが、4-クロロフェニル、3-アセトアミドフェニル、2,4-ジクロロ-4-トリフルオロメチルが挙げられる。好ましい置換基は、約2ボルト未満のレドックス電位範囲をもたらす。   In a preferred embodiment, the redox active molecule can be a metallocene, which can be substituted at any suitable position using the R group independently selected herein. Metallocenes that find particular use in the present invention include ferrocene and its derivatives. In this embodiment, preferred substituents include, but are not limited to, 4-chlorophenyl, 3-acetamidophenyl, 2,4-dichloro-4-trifluoromethyl. Preferred substituents provide a redox potential range of less than about 2 volts.

これらの系列のメンバーの酸化電位は、金属(M)又は置換基を変更することによって、通常通りに変化させることができることが理解される。   It is understood that the oxidation potential of these series members can be varied as usual by changing the metal (M) or substituent.

ポルフィリンで構成されるレドックス活性分子の別の例が、米国特許出願公開第2007/018438号の図12H(ここで、Fは、レドックス活性サブユニット(例えば、フェロセン、置換フェロセン、メタロポルフィリン、又はメタロクロリン等)であり、J1はリンカーであり、Mは金属(例えばZn、Mg、Cd、Hg、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Co、Rh、Ir、Mn、B、Al、Ga、Pb及びSn等)であり、S1及びS2は、独立して、アリール、フェニル、シクロアルキル、アルキル、ハロゲン、アルコキシ、アルキルチオ、パーフルオロアルキル、パーフルオロアリール、ピリジル、シアノ、チオシアナト、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、アシル、スルホキシル、スルホニル、イミド、アミド、及びカルバモイルの群から選択され、前記置換基は、約2ボルト未満のレドックス電位範囲をもたらし、K1、K2、K3及びK4は、独立して、N、O、S、Se、Te及びCHの群から選択され、Lはリンカーであり、Xは、基材、基材へのカップリング、及び基材にイオンカップリングすることができる反応部位の群から選択される)に示されている。好ましい実施形態では、X又はL-Xは、アルコール又はチオールであってよい。一部の実施形態では、L-Xは排除され、S1又はS2と同じ群から独立して選択される置換基で置き換えることができる。   Another example of a redox active molecule composed of a porphyrin is shown in FIG. 12H of U.S. Patent Application Publication No. 2007/018438 (where F is a redox active subunit (e.g., ferrocene, substituted ferrocene, metalloporphyrin, or metallochlorin). J1 is a linker, M is a metal (for example, Zn, Mg, Cd, Hg, Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Co, Rh, Ir, Mn, B, Al, Ga, Pb and Sn, etc.), and S1 and S2 are independently aryl, phenyl, cycloalkyl, alkyl, halogen, alkoxy, alkylthio, perfluoroalkyl, perfluoroaryl, pyridyl, cyano, thiocyanato, nitro, amino, Selected from the group of alkylamino, acyl, sulfoxyl, sulfonyl, imide, amide, and carbamoyl, wherein the substituent has a redox potential range of less than about 2 volts K1, K2, K3 and K4 are independently selected from the group of N, O, S, Se, Te and CH, L is a linker, and X is a substrate, coupling to the substrate And selected from the group of reaction sites that can be ion-coupled to the substrate). In preferred embodiments, X or L-X may be an alcohol or thiol. In some embodiments, L-X can be eliminated and replaced with a substituent independently selected from the same group as S1 or S2.

本発明のメモリーデバイスに使用されるレドックス活性分子のレドックス活性ユニットのホール蓄積及びホールホッピング特性に対する制御により、メモリーデバイスのアーキテクチャーに対する細かい制御が可能となる。   The control over the hole accumulation and hole hopping characteristics of the redox active unit of the redox active molecule used in the memory device of the present invention allows fine control over the architecture of the memory device.

このような制御は、合成設計によって実行される。ホール蓄積特性は、これら自体が本発明のデバイスに使用される記憶媒体である、又はこの記憶媒体を組み立てるために使用される、レドックス活性ユニット又はサブユニットの酸化電位によって異なる。ホール蓄積特性及びレドックス電位は、基本分子、結合する金属及び周辺置換基の選択により正確に調節することができ(Yangら(1999) J. Porphyrins Phthalocyanines、3: 117〜147頁)、この開示は本参照により本明細書に組み込まれている。   Such control is executed by synthetic design. The hole storage characteristics depend on the oxidation potential of the redox active unit or subunit that is itself the storage medium used in the device of the present invention or that is used to assemble this storage medium. The hole accumulation properties and redox potential can be precisely adjusted by the choice of the base molecule, the metal to be bound and the peripheral substituents (Yang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines, 3: 117-147), the disclosure of which This reference is incorporated herein by reference.

例えば、ポルフィリンの場合、Mgポルフィリンは、Znポルフィリンよりも容易に酸化され、電子求引性又は電子放出性のアリール基は、予測通りに酸化特性を調節することができる。ホールホッピングは、ナノ構造内の等エネルギーポルフィリン間で生じ、ポルフィリンをつないでいる共有結合リンカーを介して仲介される(Sethら(1994) J. Am. Chem. Soc.、116: 10578〜10592頁、Sethら(1996) J. Am. Chem. Soc.、118: 11194〜11207頁、Strachanら(1997) J. Am. Chem. Soc.、119: 11191〜11201頁、Liら(1997) J. Mater. Chem.、7: 1245〜1262頁、Strachanら(1998) Inorg. Chem.、37: 1191〜1201頁、Yangら(1999) J. Am. Chem. Soc.、121: 4008〜4018頁)、これらの開示は、それらの全体が本参照により本明細書に具体的に組み込まれている。   For example, in the case of porphyrins, Mg porphyrins are more easily oxidized than Zn porphyrins, and electron-withdrawing or electron-emitting aryl groups can adjust their oxidation properties as expected. Hole hopping occurs between isoenergetic porphyrins in the nanostructure and is mediated through covalent linkers linking the porphyrins (Seth et al. (1994) J. Am. Chem. Soc., 116: 10578-10592). Seth et al. (1996) J. Am. Chem. Soc., 118: 11194-11207, Strachan et al. (1997) J. Am. Chem. Soc., 119: 11191-11201, Li et al. (1997) J. Am. Mater. Chem., 7: 1245-1262, Strachan et al. (1998) Inorg. Chem., 37: 191-11201, Yang et al. (1999) J. Am. Chem. Soc., 121: 4008-4018) These disclosures are specifically incorporated herein by reference in their entirety.

予測されたレドックス電位を有する化合物の設計は、当業者に周知である。一般的に、レドックス活性ユニット又はサブユニットの酸化電位は、当業者に周知であり、調べることができる(例えば、Handbook of Electrochemistry of the Elementsを参照されたい)。更に、一般的に、分子のレドックス電位に対する様々な置換基の効果は、一般的に加算性である。したがって、理論的酸化電位は、任意の電位データ記憶分子に対して容易に予測することができる。実際の酸化電位、特に情報記憶分子又は情報記憶媒体の酸化電位は、標準的な方法に従い測定することができる。通常、酸化電位は、基本分子の実験的に求めた酸化電位を、1つの置換基を有する基本分子の酸化電位と比較して、その特定の置換基に起因する電位のシフトを求めることにより予測される。次いで、それぞれの置換基に対するこのような置換基依存性電位シフトの合計から、予測酸化電位が得られる。   The design of compounds with predicted redox potentials is well known to those skilled in the art. In general, the oxidation potential of redox active units or subunits is well known to those skilled in the art and can be examined (see, eg, Handbook of Electrochemistry of the Elements). Furthermore, in general, the effect of various substituents on the redox potential of a molecule is generally additive. Thus, the theoretical oxidation potential can be easily predicted for any potential data storage molecule. The actual oxidation potential, in particular the oxidation potential of the information storage molecule or information storage medium, can be measured according to standard methods. Usually, the oxidation potential is predicted by comparing the experimentally determined oxidation potential of a basic molecule with the oxidation potential of a basic molecule with one substituent and determining the potential shift due to that particular substituent. Is done. The predicted oxidation potential is then obtained from the sum of such substituent-dependent potential shifts for each substituent.

本発明の方法に使用するための特定のレドックス活性分子の適合性は、容易に求めることができる。本発明の方法に従い、対象となる分子は簡単に重合され、表面(例えば水素で不動態化された表面)にカップリングされる。次いで(例えば、本明細書中又は米国特許第6,272,038号;米国特許第6,212,093号;及び米国特許第6,208,553号、国際公開第01/03126号、又は(Rothら(2000) Vac. Sci. Technol. B 18:2359〜2364頁、Rothら(2003) J.Am. Chem. Soc. 125:505〜517頁)に記載されているように)、正弦波ボルタンメトリーを実施することによって、以下を評価することができる:1)分子が表面にカップリングされているかどうか、2)被覆(カップリング)の程度、3)分子がカップリング手順の間に分解するかどうか、及び4)複数の読み出し/書き込み操作に対する分子の安定性。   The suitability of a particular redox active molecule for use in the methods of the present invention can be readily determined. In accordance with the method of the present invention, the molecule of interest is simply polymerized and coupled to a surface (eg, a hydrogen passivated surface). (E.g., herein or in U.S. Pat.No. 6,272,038; U.S. Pat.No. 6,212,093; and U.S. Pat.No. 6,208,553, WO 01/03126, or (Roth et al. (2000) Vac. Sci. 18: 2359-2364; Roth et al. (2003) J. Am. Chem. Soc. 125: 505-517)) to evaluate the following by performing sinusoidal voltammetry): 1) whether the molecule is coupled to the surface, 2) degree of coverage, 3) whether the molecule degrades during the coupling procedure, and 4) multiple read / write operations Stability of the molecule against.

更に「ポルフィリン」の定義内に含まれるのは、ポルフィリンプロリガンドと少なくとも1つの金属イオンとを含むポルフィリン錯体である。ポルフィリン化合物に対して適切な金属は、配位原子として使用されるヘテロ原子によって異なることになるが、一般的に遷移金属イオンから選択される。「遷移金属」という用語は、本明細書で使用する場合、通常、周期表の3〜12族の中の38個の元素を指す。通常、遷移金属は、これらの原子価電子、又は他の元素と組み合わせるためにそれらが使用する電子が複数の殻内に存在し、結果的に多くの場合いくつかの共通の酸化状態を示すという事実によって特徴づけられる。ある特定の実施形態では、本発明の遷移金属として、これらに限定されないが、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、ラザホジウム、及び/又はこれらの酸化物、及び/又は窒化物、及び/又は合金、及び/又は混合物のうちの1つ又は複数が挙げられる。   Also included within the definition of “porphyrin” is a porphyrin complex comprising a porphyrin proligand and at least one metal ion. Suitable metals for porphyrin compounds will vary with the heteroatoms used as coordination atoms, but are generally selected from transition metal ions. The term “transition metal” as used herein generally refers to 38 elements in groups 3-12 of the periodic table. Usually, transition metals say that these valence electrons, or the electrons they use to combine with other elements, are present in multiple shells, often resulting in some common oxidation state. Characterized by facts. In certain embodiments, transition metals of the present invention include, but are not limited to, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, Ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, ruzafodium, and / or their oxides and / or nitrides, and / or alloys, and One or more of the mixtures may be mentioned.

他の大環状分子
シクレン誘導体をベースとするいくつかの大環状分子が存在する。米国特許出願公開第2007/0108438号の図17及び図13Cは、独立して選択された炭素又はヘテロ原子の包含による骨格拡張を含むことができる、シクレン/シクラム誘導体を大体ベースとするいくつかの大環状プロリガンドを示している。一部の実施形態では、少なくとも1つのR基は、好ましくは金属に電子的にコンジュゲートしたレドックス活性サブユニットである。一部の実施形態では、少なくとも1つのR基がレドックス活性サブユニットである場合を含めて、2つ以上の隣接するR2基が環又はアリール基を形成する。
Other macrocycles There are several macrocycles based on cyclene derivatives. FIGS. 17 and 13C of U.S. Patent Application Publication No. 2007/0108438 show several examples based on cyclene / cyclam derivatives that can include skeletal expansion by inclusion of independently selected carbon or heteroatoms. The macrocyclic proligand is shown. In some embodiments, at least one R group is a redox active subunit, preferably electronically conjugated to a metal. In some embodiments, two or more adjacent R 2 groups form a ring or an aryl group, including when at least one R group is a redox active subunit.

更に、一部の実施形態では、有機金属リガンドに依存する大環状錯体が使用される。レドックス部分として使用するための純粋な有機化合物、及びヘテロ環式又は環外の置換基としてのドナー原子を有するδ結合有機リガンドを有する様々な遷移金属配位錯体に加えて、π結合有機リガンドを有する、多種多様な遷移金属有機金属化合物が利用可能である(Advanced Inorganic Chemistry、第5版、Cotton & Wilkinson、John Wiley & Sons、1988、26章;Organometallics, A Concise Introduction、Elschenbroichら、第2版、1992、VCH;及びComprehensive Organometallic Chemistry II, A Review of the Literature 1982〜1994、Abelら編、7巻、7, 8, 10 及び11章、Pergamon Pressを参照されたい、これらは本明細書によって参照により明示的に組み込まれている)。このような有機金属リガンドは、シクロペンタジエニドイオン[C5H5(-1)]等の環式芳香族化合物、並びにビス(シクロペンタジエニル)金属化合物(すなわちメタロセン)のクラスを生成する、インデニライド(indenylide)(-1)イオン等の様々な環置換及び環縮合誘導体を含む、例えば参照により組み込まれた、Robinsら、J. Am. Chem. Soc. 104:1882〜1893頁(1982)、及びGassmanら、J. Am. Chem. Soc. 108:4228〜4229頁(1986)を参照されたい。これらのうち、フェロセン[(C5H5)2Fe]及びその誘導体は、多種多様な化学的(参照により組み込まれた、Connellyら、Chem. Rev. 96:877〜910頁(1996))及び電気化学的(参照により組み込まれた、Geigerら、Advances in Organometallic Chemistry 23:1〜93頁及びGeigerら、Advances in Organometallic Chemistry 24:87頁)電子移動又は「レドックス」反応に使用されてきた典型的な例である。様々な第1、第2及び第3周期の遷移金属のメタロセン誘導体は、レドックス部分(及びレドックスサブユニット)として有用である。他の潜在的に適切な有機金属リガンドとして、ビス(アレーン)金属化合物を生成するための、ベンゼン等の環式アレーン、及びこれらの環置換及び環縮合誘導体が挙げられ、中でもビス(ベンゼン)クロムは典型的な例である。アリル(-1)イオン、又はブタジエン等、他の非環式π結合リガンドは、潜在的に適切な有機金属化合物を生成し、すべてのこのようなリガンドは、他のπ結合及びδ結合リガンドと併せて、その内部に金属炭素結合が存在する有機金属化合物の一般的なクラスを構成する。架橋有機リガンド、及び更なる非架橋リガンドを有する、並びに金属-金属結合を有する及び有さない、このような化合物の様々なダイマー及びオリゴマーの電気化学的研究はすべて有用である。   Further, in some embodiments, macrocyclic complexes that rely on organometallic ligands are used. In addition to pure organic compounds for use as redox moieties, and various transition metal coordination complexes with δ-bonded organic ligands having donor atoms as heterocyclic or exocyclic substituents, π-bonded organic ligands A wide variety of transition metal organometallic compounds are available (Advanced Inorganic Chemistry, 5th Edition, Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 1988, Chapter 26; Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et al., 2nd Edition 1992, VCH; and Comprehensive Organometallic Chemistry II, A Review of the Literature 1982-1994, edited by Abel et al., 7, 7, 8, 10 and 11, Pergamon Press, which are hereby incorporated by reference. Explicitly incorporated by). Such organometallic ligands include cyclic aromatic compounds such as cyclopentadienide ion [C5H5 (-1)], as well as indenides (classes of metallocenes) that form a class of bis (cyclopentadienyl) metal compounds (ie, metallocenes). indenylide) (-1) ions, etc., including various ring-substituted and ring-fused derivatives, eg, incorporated by reference, Robins et al., J. Am. Chem. Soc. 104: 1882-1893 (1982), and Gassman Et al., J. Am. Chem. Soc. 108: 4228-4229 (1986). Of these, ferrocene [(C5H5) 2Fe] and its derivatives are a wide variety of chemicals (Connelly et al., Chem. Rev. 96: 877-910 (1996) incorporated by reference) and electrochemical ( Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 23: 1-93 and Geiger et al., Advances in Organometallic Chemistry 24:87, incorporated by reference), are typical examples that have been used for electron transfer or "redox" reactions. . A variety of first, second and third period transition metal metallocene derivatives are useful as redox moieties (and redox subunits). Other potentially suitable organometallic ligands include cyclic arenes, such as benzene, and their ring substituted and fused derivatives to produce bis (arene) metal compounds, among which bis (benzene) chromium Is a typical example. Other acyclic π-bonded ligands, such as allyl (-1) ions, or butadiene, produce potentially suitable organometallic compounds, and all such ligands can be combined with other π-bonded and δ-bonded ligands. Together, it constitutes a general class of organometallic compounds in which a metal carbon bond is present. Electrochemical studies of various dimers and oligomers of such compounds with crosslinked organic ligands and additional non-crosslinked ligands and with and without metal-metal bonds are all useful.

1つ又は複数の共リガンド(co-ligand)が有機金属リガンドである場合、このリガンドは、一般的に、有機金属リガンドの炭素原子のうちの1個を介して付加されているが、ただし、付加は、ヘテロ環式リガンドに対して他の原子を介してもよい。好ましい有機金属リガンドとして、置換誘導体及びメタロセネオファン(Cotton and Wilkenson、前出の1174頁を参照されたい)を含めたメタロセンリガンドが挙げられる。例えば、メタロセンリガンドの誘導体、例えば、メチルシクロペンタジエニル等は、ペンタメチルシクロペンタジエニル等の複数のメチル基を有するものが好ましいが、これを使用することによって、メタロセンの安定性を増大させることができる。一部の実施形態では、特にサブユニット又はその部分のレドックス電位を変化させるために、メタロセンは、本明細書で概要が述べられているような1つ又は複数の置換基で誘導体化される。   When the one or more co-ligands are organometallic ligands, the ligand is generally attached via one of the carbon atoms of the organometallic ligand, provided that The addition may be through other atoms to the heterocyclic ligand. Preferred organometallic ligands include metallocene ligands including substituted derivatives and metallocene neophanes (see Cotton and Wilkenson, supra, page 1174). For example, a derivative of a metallocene ligand, such as methylcyclopentadienyl, preferably has a plurality of methyl groups such as pentamethylcyclopentadienyl. By using this, the stability of metallocene is increased. be able to. In some embodiments, the metallocene is derivatized with one or more substituents as outlined herein, particularly to alter the redox potential of the subunit or portion thereof.

本明細書中に記載されているように、リガンドの任意の組合せを使用することができる。好ましい組合せとして、以下が挙げられる:a)すべてのリガンドが窒素供与リガンドである;b)すべてのリガンドが有機金属リガンドである。   Any combination of ligands can be used as described herein. Preferred combinations include: a) all ligands are nitrogen donor ligands; b) all ligands are organometallic ligands.

サンドイッチ配位錯体
一部の実施形態では、ReAMはサンドイッチ配位錯体である。「サンドイッチ配位化合物」又は「サンドイッチ配位錯体」という用語は、式L-Mn-Lの化合物(式中、各Lはヘテロ環式リガンド(以下に記載されている通り)であり、各Mは金属であり、nは2以上であり、最も好ましくは2又は3であり、各金属は、一対のリガンドの間に位置し、(金属の酸化状態に応じて)各リガンド内の1個又は複数のヘテロ原子(通常は複数のヘテロ原子、例えば、2、3、4、5個等)に結合している)を指す。したがって、サンドイッチ配位化合物は、金属が炭素原子に結合している、フェロセン等の有機金属化合物ではない。サンドイッチ配位化合物内のリガンドは、一般的に積み重なる方向に配置される(すなわち、一般的には共平面的に配向され、互いに軸方向に整列しているが、ただしこれらは、互いに対して、その軸の周りを回転していてもいなくてもよい)(例えば、参照により組み込まれた、Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433〜442頁を参照されたい)。サンドイッチ配位錯体として、これらに限定されないが「ダブルデッカーサンドイッチ配位化合物」及び「トリプルデッカーサンドイッチ配位化合物」が挙げられる。サンドイッチ配位化合物の合成及び使用は、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号に詳細に記載されており、これらの分子の重合は、米国特許出願公開第2007/0123618号に記載されており、これらのすべて、特にサンドイッチ錯体及び「単一の大環状分子」錯体の両方において使用が見出される個々の置換基は本明細書に含まれている。
Sandwich coordination complex In some embodiments, ReAM is a sandwich coordination complex. The term “sandwich coordination compound” or “sandwich coordination complex” refers to a compound of formula L-Mn-L, wherein each L is a heterocyclic ligand (as described below) and each M Is a metal, n is 2 or more, most preferably 2 or 3, and each metal is located between a pair of ligands and (depending on the oxidation state of the metal) one or each in each ligand A plurality of heteroatoms (usually bonded to a plurality of heteroatoms, eg, 2, 3, 4, 5 etc.). Therefore, sandwich coordination compounds are not organometallic compounds such as ferrocene, in which the metal is bonded to a carbon atom. The ligands in the sandwich coordination compound are generally arranged in a stacking direction (i.e., generally coplanarly oriented and axially aligned with each other, provided that they are relative to each other, It may or may not be rotated about its axis) (see, eg, Ng and Jiang (1997) Chemical Society Reviews 26: 433-442, incorporated by reference). Sandwich coordination complexes include, but are not limited to, “double-decker sandwich coordination compounds” and “triple-decker sandwich coordination compounds”. The synthesis and use of sandwich coordination compounds is described in detail in U.S. Patent No. 6,212,093; U.S. Patent No. 6,451,942; U.S. Patent No. 6,777,516, and the polymerization of these molecules is described in U.S. Patent Application Publication No. 2007/0123618. All of these, especially the individual substituents found to be used in both sandwich complexes and “single macrocycle” complexes, are included herein.

「ダブルデッカーサンドイッチ配位化合物」という用語は、上に記載のような、nが2であるサンドイッチ配位化合物、したがって式L'-M'-LZ(式中、L'及びLZのそれぞれは同じでも異なっていてもよい)を有するサンドイッチ配位化合物を指し(例えば、Jiangら(1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322〜328頁及び米国特許第6,212,093号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号を参照されたい)、これらの分子の重合は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第2007/0123618号に記載されている。   The term “double-decker sandwich coordination compound” refers to a sandwich coordination compound where n is 2, as described above, and thus the formula L′-M′-LZ, wherein each of L ′ and LZ is the same (E.g., Jiang et al. (1999) J. Porphyrins Phthalocyanines 3: 322-328 and U.S. Pat.No. 6,212,093; U.S. Pat.No. 6,451,942; U.S. Pat.No. 6,777,516). The polymerization of these molecules is described in US Patent Application Publication No. 2007/0123618, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

「トリプルデッカーサンドイッチ配位化合物」という用語は、上に記載のような、nが3であるサンドイッチ配位化合物、したがって式L'-M'LZ-MZ-L3(式中、L'、LZ及びL3のそれぞれは同じでも異なっていてもよく、M'及びMZは同じでも異なっていてもよい)を有するサンドイッチ配位化合物を指し(例えば、Arnoldら(1999) Chemistry Letters 483〜484頁及び米国特許第6,212,093号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号を参照されたい)、これらの分子の重合は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第2007/0123618号に記載されている。   The term “triple-decker sandwich coordination compound” refers to a sandwich coordination compound where n is 3, as described above, and thus the formula L′-M′LZ-MZ-L3 (where L ′, LZ and Refers to sandwich coordination compounds having each of L3, which may be the same or different, and M ′ and MZ may be the same or different (see, for example, Arnold et al. (1999) Chemistry Letters 483-484 and US Pat. No. 6,212,093; U.S. Pat.No. 6,451,942; U.S. Pat.No. 6,777,516) .The polymerization of these molecules is described in U.S. Patent Application Publication No. 2007/0123618, which is incorporated herein by reference in its entirety. In the issue.

更に、これらのサンドイッチ化合物のポリマーもまた有用であり、これには、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号に記載されているような「ダイアド」及び「トリアド」が含まれ、これらの分子の重合は、参照により組み込まれている米国特許出願公開第2007/0123618号に記載されている。   In addition, polymers of these sandwich compounds are also useful, including “dyads” and “triads” as described in US Pat. No. 6,212,093; US Pat. No. 6,451,942; US Pat. No. 6,777,516. The polymerization of these molecules, which are included, is described in US Patent Publication No. 2007/0123618, which is incorporated by reference.

非大環状プロリガンド及び錯体
一般的な規定として、非大環状キレート化剤を含むReAMは、金属イオンに結合することによって、非大環状キレート化合物を形成し、この理由は、金属の存在により、複数のプロリガンドが一緒に結合することによって、複数の酸化状態を得ることが可能になるためである。
Non-macrocyclic proligands and complexes As a general rule, ReAM containing a non-macrocyclic chelator forms a non-macrocyclic chelate by binding to a metal ion, because of the presence of the metal, This is because a plurality of oxidation states can be obtained by binding a plurality of proligands together.

一部の実施形態では、窒素供与プロリガンドが使用される。適切な窒素供与プロリガンドは当技術分野で周知であり、これらに限定されないが、NH2;NHR;NRR';ピリジン;ピラジン;イソニコチンアミド;イミダゾール;ビピリジン及びビピリジンの置換誘導体;テルピリジン及び置換誘導体;フェナントロリン、特に1,10-フェナントロリン(短縮してphen)及びフェナントロリンの置換誘導体、例えば4,7-ジメチルフェナントロリン及びジピリドル(dipyridol)[3,2-a:2',3'-c]フェナジン(短縮してdppz)等;ジピリドフェナジン;1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン(短縮してhat);9,10-フェナントレンキノンジイミン(短縮してphi);1,4,5,8-テトラアザフェナントレン(短縮してtap);1,4,8,11-テトラ-アザシクロテトラデカン(短縮してcyclam)並びにイソシアニドが挙げられる。縮合誘導体を含めた置換誘導体もまた使用することができる。金属イオンを配位的に飽和させず、別のプロリガンドの追加を必要とする大環状リガンドは、この目的のためには非大環状と考えられることに注意すべきである。当業者であれば理解することになるように、いくつかの「非大環状」リガンドを共有結合で付加することによって、配位的に飽和した化合物を形成することは可能であるが、それは環式骨格を欠いている。 In some embodiments, a nitrogen donating proligand is used. Suitable nitrogen donating proligands are well known in the art and include, but are not limited to, NH 2 ; NHR; NRR ′; pyridine; pyrazine; isonicotinamide; imidazole; substituted derivatives of bipyridine and bipyridine; terpyridine and substituted derivatives Phenanthroline, especially 1,10-phenanthroline (short for phen) and substituted derivatives of phenanthroline such as 4,7-dimethylphenanthroline and dipyridol [3,2-a: 2 ', 3'-c] phenazine ( Dipyridphenazine; 1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene (shortened hat); 9,10-phenanthrenequinone diimine (shortened phi); 1 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene (abbreviated tap); 1,4,8,11-tetra-azacyclotetradecane (abbreviated cyclam) and isocyanide. Substituted derivatives including fused derivatives can also be used. It should be noted that macrocyclic ligands that do not coordinately saturate metal ions and require the addition of another proligand are considered non-macrocyclic for this purpose. As those skilled in the art will appreciate, it is possible to form a coordinately saturated compound by covalently adding several “non-macrocyclic” ligands, but Lack of formula skeleton.

炭素、酸素、硫黄及びリンを用いる適切なシグマ供与リガンドは、当技術分野で公知である。例えば、適切なシグマ炭素供与体は、参照により本明細書に組み込まれている、Cotton and Wilkenson、Advanced Organic Chemistry、第5版、John Wiley & Sons、1988(例えば、38頁を参照されたい)に見出される。同様に、適切な酸素リガンドは、クラウンエーテル、水及び当技術分野で公知の他のものを含む。ホスフィン及び置換ホスフィンもまた適切である、Cotton and Wilkensonの38頁を参照されたい。   Suitable sigma donating ligands using carbon, oxygen, sulfur and phosphorus are known in the art. For example, suitable sigma carbon donors can be found in Cotton and Wilkenson, Advanced Organic Chemistry, 5th edition, John Wiley & Sons, 1988 (see, e.g., page 38), incorporated herein by reference. Found. Similarly, suitable oxygen ligands include crown ethers, water and others known in the art. Phosphine and substituted phosphines are also suitable, see Cotton and Wilkenson, page 38.

酸素、硫黄、リン及び窒素供与リガンドは、ヘテロ原子が配位原子として機能することを可能にするようなかたちで付加される。   Oxygen, sulfur, phosphorus and nitrogen donor ligands are added in such a way as to allow the heteroatom to function as a coordination atom.

多核化プロリガンド及び錯体
更に、一部の実施形態では、多核化リガンドである多座リガンドを利用し、例えばこれらの多座リガンドは、複数の金属イオンを結合することが可能である。これらの多座リガンドは、大環状であっても、又は非大環状であってもよい。
Multinucleated proligands and complexes Further, some embodiments utilize multidentate ligands that are multinucleated ligands, eg, these multidentate ligands can bind multiple metal ions. These multidentate ligands may be macrocyclic or non-macrocyclic.

いくつかの適切なプロリガンド及び錯体、並びに適切な置換基は、米国特許第6,212,093号;米国特許第6,728,129号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号;米国特許第6,381,169号;米国特許第6,208,553号;米国特許第6,657,884号;米国特許第6,272,038号;米国特許第6,484,394号;及び米国特許出願第10/040,059号;米国特許出願第10/682,868号;米国特許出願第10/445,977号;米国特許出願第10/834,630号;米国特許出願第10/135,220号;米国特許出願第10/723,315号;米国特許出願第10/456,321号;米国特許出願第10/376,865号において概要が述べられており、これらのすべて、特にそこに示されているこれらの構造及び説明については参照により明示的に組み込まれている。   Some suitable proligands and complexes, and suitable substituents are described in U.S. Patent No. 6,212,093; U.S. Patent No. 6,728,129; U.S. Patent No. 6,451,942; U.S. Patent No. 6,777,516; U.S. Patent No. 6,381,169; U.S. Patent No. 6,381,169; U.S. Patent No. 6,657,884; U.S. Patent No. 6,272,038; U.S. Patent No. 6,484,394; and U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; U.S. Patent Application No. 10 / 682,868; U.S. Patent Application No. 10 / 445,977; Outlined in patent application 10 / 834,630; U.S. patent application 10 / 135,220; U.S. patent application 10 / 723,315; U.S. patent application 10 / 456,321; U.S. patent application 10 / 376,865. All of these, and in particular their structure and description shown therein, are expressly incorporated by reference.

ホスホニウムイオン液体又は塩の用途及び使用
本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「メモリー素子」、「メモリーセル」又は「記憶セル」という用語は、情報を記憶するために使用することができる電気化学セルを指す。好ましい「記憶セル」は、少なくとも1つ、好ましくは2つの電極(例えば作用電極及び基準電極)によりアドレスされる記憶媒体の不連続領域である。記憶セルは、個々にアドレスすることができ(例えば、独特の電極は各メモリー素子を伴う)、又は、特に、異なるメモリー素子の酸化状態が区別できる場合、複数のメモリー素子は、単一の電極によりアドレスすることができる。メモリー素子は、誘電体(例えば、対イオンを含浸させた誘電体)を場合によって含むことができる。
Applications and Uses of Phosphonium Ionic Liquids or Salts As used herein and unless otherwise noted, the terms “memory element”, “memory cell” or “memory cell” are used to store information. Refers to an electrochemical cell that can. A preferred “storage cell” is a discontinuous region of the storage medium addressed by at least one, preferably two electrodes (eg, working electrode and reference electrode). A memory cell can be individually addressed (eg, a unique electrode is associated with each memory element), or multiple memory elements can be a single electrode, particularly if the oxidation states of different memory elements can be distinguished. Can be addressed. The memory element can optionally include a dielectric (eg, a dielectric impregnated with counter ions).

本明細書で使用する場合、「電極」という用語は、電荷(例えば、電子)を記憶分子へ、及び/又は記憶分子から輸送することが可能な任意の媒体を指す。好ましい電極は、これらに限定されないが、第III族元素(ドープ及び酸化した第III族元素を含む)、第IV族元素(ドープ及び酸化した第IV族元素を含む)、第V族元素(ドープ及び酸化した第V族元素を含む)及び遷移金属(遷移金属酸化物及び遷移金属窒化物を含む)を含めた、金属及び伝導性有機分子である。電極は、ほぼあらゆる2次元又は3次元の形状(例えば、不連続ライン、パッド、平面、球、円柱)へと製造することができる。   As used herein, the term “electrode” refers to any medium capable of transporting charge (eg, electrons) to and / or from a storage molecule. Preferred electrodes include, but are not limited to, Group III elements (including doped and oxidized Group III elements), Group IV elements (including doped and oxidized Group IV elements), Group V elements (doped And oxidized organic group V elements) and transition metals (including transition metal oxides and transition metal nitrides) and metals and conductive organic molecules. The electrodes can be fabricated into almost any two-dimensional or three-dimensional shape (eg, discontinuous lines, pads, planes, spheres, cylinders).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「複数の酸化状態」という用語は、1つよりも多い酸化状態を意味する。好ましい実施形態では、酸化状態は、電子の増加(還元)又は電子の損失(酸化)を反映し得る。   As used herein and unless otherwise stated, the term “plural oxidation states” means more than one oxidation state. In preferred embodiments, the oxidation state may reflect an increase in electrons (reduction) or a loss of electrons (oxidation).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「マルチポルフィリンアレイ」という用語は、離散的な数の2つ以上の共有結合で連結しているポルフィリンの大環状分子を指す。マルチポルフィリンアレイは、直鎖状、環状、又は分枝状であってよい。   As used herein and unless otherwise stated, the term “multiporphyrin array” refers to a macrocycle of porphyrins linked by a discrete number of two or more covalent bonds. The multiporphyrin array may be linear, cyclic, or branched.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「集積回路の出力」という用語は、1つ若しくは複数の集積回路及び/又は1つ若しくは複数の集積回路の構成要素により生成された電圧又はシグナルを指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “output of an integrated circuit” refers to a voltage generated by one or more integrated circuits and / or one or more integrated circuit components. Or it refers to a signal.

本明細書で使用する場合及び他に別段の記載がない限り、「単一の平面上に存在する」という用語は、本発明のメモリーデバイスに関連して使用された場合、対象の構成要素(例えば記憶媒体、電極等)がデバイスの同じ物理的平面上に存在する(例えば、単一の薄板上に存在する)という事実を指す。同じ平面上にある構成要素は、通常同時に、例えば、単一の操作で製作することができる。したがって、例えば単一の平面上のすべての電極は、通常、単一の(例えば、スパッタリング)ステップ(これらがすべて同じ物質からなると仮定して)で適用させることができる。   As used herein and unless otherwise stated, the term `` existing on a single plane '' when used in connection with the memory device of the present invention is the subject component ( Refers to the fact that the storage media, electrodes, etc.) are on the same physical plane of the device (eg, on a single sheet). Components that lie on the same plane can usually be fabricated simultaneously, eg, in a single operation. Thus, for example, all electrodes on a single plane can typically be applied in a single (eg, sputtering) step (assuming they all consist of the same material).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、電位差測定デバイスは、電気化学セルのレドックス分子の平衡濃度における差から生じる、界面全域にわたる電位を測定することが可能なデバイスである。   As used herein and unless otherwise stated, a potentiometric device is a device capable of measuring the potential across an interface resulting from a difference in the equilibrium concentration of redox molecules in an electrochemical cell.

本明細書で使用する場合及び他に別段の記載がない限り、「酸化」という用語は、元素、化合物、又は化学的な置換基/サブユニット中の1つ又は複数の電子の損失を指す。酸化反応において、反応に関与する元素の原子により電子が失われる。次いでこれらの原子に対する電荷はより陽性になるはずである。電子は、酸化が生じている種から失われ、したがって、電子は酸化反応において生成物として出現する。反応Fe2+(水性)→Fe3+(水性)+e-において酸化が起こっており、この理由は、酸化反応において「遊離」した実体として電子が明らかに生成じるにもかかわらず、酸化される種であるFe2+(水性)から電子が失われるからである。逆に還元という用語は、元素、化合物、又は化学的な置換基/サブユニットによる1つ又は複数の電子の増加を指す。 As used herein and unless otherwise stated, the term “oxidation” refers to the loss of one or more electrons in an element, compound, or chemical substituent / subunit. In the oxidation reaction, electrons are lost by the atoms of the elements involved in the reaction. The charge on these atoms should then be more positive. The electrons are lost from the species undergoing oxidation, and thus the electrons appear as products in the oxidation reaction. Oxidation occurs in the reaction Fe 2+ (aqueous) → Fe 3+ (aqueous) + e , because the electrons are clearly generated as “free” entities in the oxidation reaction. This is because electrons are lost from the Fe 2+ (aqueous) species. Conversely, the term reduction refers to the increase of one or more electrons by an element, compound, or chemical substituent / subunit.

本明細書で使用する場合及び他に別段の記載がない限り、「酸化状態」という用語は、電気的に中性の状態又は元素、化合物、又は化学的な置換基/サブユニットへの電子の増加若しくは損失により生成される状態を指す。好ましい実施形態では、「酸化状態」という用語は、中性の状態及び電子の増加又は損失(還元又は酸化)により引き起こされる中性の状態以外の任意の状態を含めた状態を指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “oxidation state” refers to the state of an electron in an electrically neutral state or element, compound, or chemical substituent / subunit. It refers to a state created by an increase or loss. In a preferred embodiment, the term “oxidation state” refers to a state including a neutral state and any state other than a neutral state caused by an increase or loss (reduction or oxidation) of electrons.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「読み出し」又は「質問」という用語は、1つ又は複数の分子(例えば記憶媒体を構成する分子)の酸化状態を判定することを指す。   As used herein and unless otherwise stated, the terms `` read out '' or `` question '' refer to determining the oxidation state of one or more molecules (e.g., molecules that make up a storage medium). .

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「レドックス活性ユニット」又は「レドックス活性サブユニット」という用語は、適切な電圧をかけることにより、酸化又は還元することが可能な分子又は分子の成分を指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “redox active unit” or “redox active subunit” refers to a molecule or molecule that can be oxidized or reduced by applying an appropriate voltage. Refers to the ingredients.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「リフレッシュ」という用語は、記憶分子又は記憶媒体に関連して使用する場合、記憶分子又は記憶媒体へ電圧をかけることによって、その記憶分子又は記憶媒体の酸化状態を既定の状態(例えば、記憶分子又は記憶媒体が読み出し直前に置かれていた酸化状態)に再設定することを指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “refresh”, when used in connection with a storage molecule or storage medium, applies the voltage to the storage molecule or storage medium by applying a voltage to the storage molecule or storage medium. Alternatively, it refers to resetting the oxidation state of the storage medium to a predetermined state (eg, the oxidation state in which the storage molecule or storage medium was placed immediately before reading).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「基準電極」という用語は、作用電極から記録した測定用の基準(例えば、特定の基準電圧)を提供する1つ又は複数の電極を指すために使用される。好ましい実施形態では、本発明のメモリーデバイスの基準電極は同じ電位にあるが、ただし、一部の実施形態では必ずしもそうであるとは限らない。   As used herein and unless otherwise stated, the term `` reference electrode '' refers to one or more electrodes that provide a measurement reference (e.g., a specific reference voltage) recorded from the working electrode. Used to point. In a preferred embodiment, the reference electrodes of the memory device of the present invention are at the same potential, although this is not necessarily the case in some embodiments.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「正弦波ボルタンメーター」は、電気化学セルの周波数領域特性を求めることが可能なボルタンメトリーデバイスである。   As used herein and unless otherwise noted, a “sinusoidal voltammeter” is a voltammetric device capable of determining the frequency domain characteristics of an electrochemical cell.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「記憶密度」という用語は、記憶することができる、1容積当たりのビット数及び/又は1分子当たりのビット数を指す。記憶媒体が1分子当たり1ビットを超える記憶密度を有すると言われた場合、これは、好ましくは、記憶媒体は、単一の分子が情報の少なくとも1ビットを記憶することが可能な分子を含むという事実を指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “memory density” refers to the number of bits per volume and / or the number of bits per molecule that can be stored. If the storage medium is said to have a storage density of more than 1 bit per molecule, this preferably means that the storage medium contains molecules that allow a single molecule to store at least 1 bit of information. Refers to the fact that

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「記憶場所」という用語は、記憶媒体が配置されている不連続な領域又はエリアを指す。1つ又は複数の電極でアドレスされる場合、その記憶場所は、記憶セルを形成し得る。しかし、2つの記憶場所が同じ記憶倍媒体を含んで本質的に同じ酸化状態を有し、両方の記憶場所が共通してアドレスされる場合は、これらは1つの機能的記憶セルを形成し得る。   As used herein and unless otherwise noted, the term “storage location” refers to a discrete area or area in which a storage medium is located. When addressed with one or more electrodes, the storage location may form a storage cell. However, if two storage locations contain the same storage medium and have essentially the same oxidation state and both storage locations are commonly addressed, they can form a functional storage cell .

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「記憶媒体」という用語は、本発明の記憶分子、好ましくは基板に結合している本発明の記憶分子を含む組成物を指す。   As used herein and unless otherwise stated, the term “storage medium” refers to a composition comprising a memory molecule of the invention, preferably a memory molecule of the invention bound to a substrate.

基板は、好ましくは固体の、1つ又は複数の分子の付加に対して適切な物質である。基板は、これらに限定されないが、ガラス、プラスチック、ケイ素、無機材料(例えば、クオーツ)、半導体物質、セラミック、金属等を含めた物質で形成することができる。   The substrate is a material suitable for the addition of one or more molecules, preferably solid. The substrate can be formed of materials including, but not limited to, glass, plastic, silicon, inorganic materials (eg, quartz), semiconductor materials, ceramics, metals, and the like.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「ボルタンメトリーデバイス」という用語は、電圧をかけた結果又は電圧を変更した結果、電気化学セルに生成される電流を測定することが可能なデバイスである。   As used herein and unless otherwise stated, the term “voltammetric device” is capable of measuring the current generated in an electrochemical cell as a result of applying a voltage or changing a voltage. It is a device.

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、電圧源は、標的(例えば、電極)に電圧をかけることが可能な任意の供給源(例えば分子、デバイス、回路等)である。   As used herein and unless otherwise noted, a voltage source is any source (eg, molecule, device, circuit, etc.) that can apply a voltage to a target (eg, an electrode).

本明細書で使用する場合及び別段の記載がない限り、「作用電極」という用語は、記憶媒体及び/又は記憶分子の状態を設定する又は読み出すために使用される1つ又は複数の電極を指すために使用される。   As used herein and unless otherwise noted, the term “working electrode” refers to one or more electrodes used to set or read the state of a storage medium and / or storage molecule. Used for.

デバイス
本発明のホスホニウムイオン液体組成物の一部の実施形態は、様々なハイブリッド電気デバイスを形成するのに有用である。例えば、一実施形態では、第1の電極と、第2の電極と、イオン液体組成物で構成される電解質とを含むデバイスが提供され、このイオン液体組成物は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含み、前記電解質は、前記第1の及び第2の電極のうちの少なくとも1つに電気的にカップリングしている。一部の実施形態において、第1の電極は、上に詳細に記載されているようなレドックス活性分子(ReAM)で構成される。
Devices Some embodiments of the phosphonium ionic liquid compositions of the present invention are useful in forming a variety of hybrid electrical devices. For example, in one embodiment, a device is provided that includes a first electrode, a second electrode, and an electrolyte comprised of an ionic liquid composition, the ionic liquid composition having the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent group, and one or more anions. An electrolyte is electrically coupled to at least one of the first and second electrodes. In some embodiments, the first electrode is composed of a redox active molecule (ReAM) as described in detail above.

別の実施形態では、電気キャパシタンスを提供できるように構成された作用電極及び対電極と、上記一般式の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンを含むイオン伝導性組成物とを含む分子記憶デバイスが提供され、このイオン伝導性組成物は、少なくとも作用電極及び対電極に電気的にカップリングしている。   In another embodiment, a molecular storage device comprising a working electrode and a counter electrode configured to provide electrical capacitance, and an ion conductive composition comprising one or more phosphonium-based cations of the above general formula Provided, the ionically conductive composition is electrically coupled to at least the working electrode and the counter electrode.

別の実施形態では、本発明は、スイッチングデバイスと、このスイッチングデバイスにカップリングしたビット線及びワード線と、このスイッチングデバイスを介してアクセス可能な分子記憶デバイスとを含む分子メモリー素子を包含する。この分子記憶デバイスは、2つ以上の別個の状態に置くことが可能であり、この場合分子記憶デバイスは、ビット及びワード線に加えられたシグナルにより別個の状態のうちの1つに置かれる。分子記憶デバイスは、第1の電極と、第2の電極と、第1の及び第2の電極の間の、ホスホニウムベースのカチオン及び適切なアニオンの電解質とを含む。別の実施形態は、各分子記憶素子を2つ以上の別個の状態に置くことが可能な複数の分子記憶素子を含む分子メモリーアレイを包含する。複数のビット線及びワード線は、各分子記憶素子が少なくとも1つのビット線及び少なくとも1つのワード線にカップリングし、これらによってアドレス可能となるように、複数の分子記憶素子にカップリングしている。   In another embodiment, the present invention encompasses a molecular memory element comprising a switching device, bit lines and word lines coupled to the switching device, and a molecular storage device accessible via the switching device. The molecular storage device can be placed in two or more distinct states, where the molecular storage device is placed in one of the distinct states by signals applied to the bit and word lines. The molecular storage device includes a first electrode, a second electrode, and a phosphonium-based cation and a suitable anion electrolyte between the first and second electrodes. Another embodiment includes a molecular memory array that includes a plurality of molecular storage elements that can place each molecular storage element in two or more distinct states. The plurality of bit lines and word lines are coupled to the plurality of molecular storage elements such that each molecular storage element is coupled to and addressable by at least one bit line and at least one word line. .

分子メモリーデバイスは、分子記憶素子のアドレス可能なアレイを含み得る。アドレスデコーダーはコード化したアドレスを受け取り、このコード化したアドレスに対応するワード線シグナルを作成する。ワード線ドライバーは、アドレスデコーダーとカップリングし、増幅したワード線シグナルを生成する。増幅したワード線シグナルは、分子記憶素子のアレイのメンバーをビット線に選択的にカップリングするスイッチを制御する。ビット線にカップリングした読み出し/書き込みロジックが、分子メモリーデバイスが読み出しモード又は書き込みモードにあるか否かを判定する。読み出しモードでは、各ビット線にカップリングしたセンス増幅器は、選択的にカップリングした分子記憶素子の電子状態を検出し、選択的にカップリングした分子記憶素子の電子状態を示すデータシグナルをビット線上に生成する。書き込みモードでは、読み出し/書き込みロジックは、データシグナルをビット線及び選択的にカップリングした分子記憶素子上に運ぶ。   A molecular memory device may include an addressable array of molecular storage elements. The address decoder receives the coded address and creates a word line signal corresponding to the coded address. The word line driver is coupled with the address decoder and generates an amplified word line signal. The amplified word line signal controls a switch that selectively couples a member of the array of molecular storage elements to the bit line. Read / write logic coupled to the bit line determines whether the molecular memory device is in read or write mode. In the read mode, the sense amplifier coupled to each bit line detects the electronic state of the selectively coupled molecular memory element and outputs a data signal indicating the electronic state of the selectively coupled molecular memory element on the bit line. To generate. In write mode, read / write logic carries data signals onto the bit lines and selectively coupled molecular storage elements.

別の実施形態は、埋込型分子メモリーデバイスで集積したロジックを含むデバイス、例えば、特定用途向け集積回路(ASIC)及びシステムオンチップ(SOC)デバイス等を包含する。このような実装体は、分子メモリーデバイスでモノリシックに形成され、分子メモリーデバイスに相互接続された1つ又は複数の機能コンポーネントを含む。機能コンポーネントは、固体電子デバイス及び/又は分子電子デバイスを含んでもよい。   Another embodiment includes devices that include logic integrated with an embedded molecular memory device, such as application specific integrated circuit (ASIC) and system on chip (SOC) devices. Such an implementation includes one or more functional components formed monolithically with a molecular memory device and interconnected to the molecular memory device. Functional components may include solid state electronic devices and / or molecular electronic devices.

特定の実施形態では、分子記憶デバイスは、内部に活性デバイスが形成された半導体基板に続いて、及びその上に形成された積層構造として実装される。他の実施形態では、分子記憶デバイスは、内部に活性デバイスが形成された半導体基板にミクロン又はナノメートルサイズの穴として実装される。分子記憶デバイスは、半導体基板及び半導体基板内に以前に形成された活性デバイスに適合性のある加工技術を使用して製作される。分子記憶デバイスは、例えば、電解質(例えば、セラミック又は固体電解質)で分離された2つ以上の電極表面を有する電気化学セルを含む。記憶分子(例えば、記憶する情報に対して使用することができる1つ又は複数の酸化状態を有する分子)は、電気化学セル内の電極表面にカップリングされる。   In certain embodiments, the molecular storage device is implemented as a stacked structure formed subsequent to and on a semiconductor substrate having an active device formed therein. In other embodiments, the molecular storage device is implemented as a micron or nanometer sized hole in a semiconductor substrate having an active device formed therein. Molecular storage devices are fabricated using processing techniques that are compatible with semiconductor substrates and active devices previously formed in the semiconductor substrates. Molecular storage devices include, for example, an electrochemical cell having two or more electrode surfaces separated by an electrolyte (eg, a ceramic or solid electrolyte). A storage molecule (eg, a molecule having one or more oxidation states that can be used for information to be stored) is coupled to an electrode surface within the electrochemical cell.

本発明の他の実施形態は、電界効果トランジスタを含むトランジスタスイッチングデバイス;ワード線にカップリングした行デコーダー;ビット線にカップリングした列デコーダー;ビット線に接続した電流前置増幅器;ビット線に接続したセンス増幅器、コード化したアドレスを受け取り、このコード化したアドレスに対応するワード線シグナルを作成するアドレスデコーダー、アドレスデコーダーにカップリングしたラインドライバー(ラインドライバーは、増幅したワード線シグナルを生成する(場合によって、増幅したワード線シグナルは、分子記憶素子のアレイのメンバーをビット線に選択的にカップリングするスイッチを制御する))、ビット線にカップリングした読み出し/書き込みロジック(読み出し/書き込みロジックは、分子メモリーデバイスが読み出しモード又は書き込みモードにあるか判定する)、各ビット線にカップリングしたセンス増幅器(デバイスが読み出しモードにある場合、各ビット線にカップリングしたセンス増幅器は、選択的にカップリングした分子記憶素子の電子状態を検出し、選択的にカップリングした分子記憶素子の電子状態を示すデータシグナルをビット線上に生成する(デバイスが書き込みモードにある場合、読み出し/書き込みロジックが、データシグナルをビット線及び選択的にカップリングした分子記憶素子上に運ぶように));電解質層;及びこれらの組合せから独立して選択される構成要素の使用を含む。   Other embodiments of the invention include transistor switching devices including field effect transistors; row decoders coupled to word lines; column decoders coupled to bit lines; current preamplifiers connected to bit lines; connected to bit lines Sense amplifier, an address decoder that receives a coded address and generates a word line signal corresponding to the coded address, a line driver coupled to the address decoder (the line driver generates an amplified word line signal ( In some cases, the amplified word line signal controls a switch that selectively couples a member of the array of molecular storage elements to the bit line)), and the read / write logic coupled to the bit line (the read / write logic is , Molecular memory Sense amplifier coupled to each bit line (if the device is in read mode, the sense amplifier coupled to each bit line is a selectively coupled numerator). Detects the electronic state of the storage element and generates a data signal on the bit line indicating the electronic state of the selectively coupled molecular storage element (if the device is in write mode, the read / write logic will bit the data signal Including the use of components selected independently from lines and selectively coupled molecular memory elements))); electrolyte layers; and combinations thereof.

更なる実施形態は、地面にカップリングされている第2の電極、及び垂直又は平行のいずれかであるビット及びワード線を包含する。   Further embodiments include a second electrode coupled to the ground and bit and word lines that are either vertical or parallel.

更なる実施形態は、DRAM若しくはSRAM等の揮発性メモリー、又はフラッシュ若しくは強誘電体メモリー等の非揮発性メモリーを含む、本発明のメモリーアレイを有する。   Further embodiments have the memory array of the present invention including volatile memory such as DRAM or SRAM, or non-volatile memory such as flash or ferroelectric memory.

更なる実施形態は、分子記憶デバイスが、第1の電極上に形成された付加層を含み、付加層が開口部を含み、分子の物質が開口部内にあり、付加層上に形成された第2の電極層及び電解質層に電子的にカップリングしているアレイを提供する。   In a further embodiment, the molecular storage device includes an additional layer formed on the first electrode, the additional layer includes an opening, the molecular material is in the opening, and the first layer is formed on the additional layer. An array is provided that is electronically coupled to the two electrode layers and the electrolyte layer.

別の実施形態は、特定の機能を実施するように構成されたロジックデバイスと、このロジックデバイスにカップリングした本発明の埋込型分子メモリーデバイスとを含むモノリシック集積したデバイスを包含する。このデバイスは、特定用途向け集積回路(ASIC)、システムオンチップ(SOC)、固体電子デバイス又は分子電子デバイスを場合によって含んでもよい。   Another embodiment includes a monolithically integrated device that includes a logic device configured to perform a particular function and an implantable molecular memory device of the present invention coupled to the logic device. The device may optionally include an application specific integrated circuit (ASIC), system on chip (SOC), solid state electronic device or molecular electronic device.

本発明のメモリーデバイスは、当業者に周知の標準的な方法を使用して製作することができる。好ましい実施形態では、標準的な周知の方法に従い(例えば、Rai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication、SPIE Optical Engineering Press;Bard & Faulkner (1997) Fundamentals of Microfabricationを参照されたい)、電極層を適切な基板(例えば、シリカ、ガラス、プラスチック、セラミック等)に適用する。様々な技法が以下並びに米国特許第6,212,093号;米国特許第6,728,129号;米国特許第6,451,942号;米国特許第6,777,516号;米国特許第6,381,169号;米国特許第6,208,553号;米国特許第6,657,884号;米国特許第6,272,038号;米国特許第6,484,394号;及び米国特許出願第10/040,059号;米国特許出願第10/682,868号;米国特許出願第10/445,977号;米国特許出願第10/834,630号;米国特許出願第10/135,220号;米国特許出願第10/723,315号;米国特許出願第10/456,321号;米国特許出願第10/376,865号;及び米国特許出願公開第2007/0123618号にも記載されており、これらのすべて、特にそこに概要が述べられている製作技法については参照により明示的に組み込まれている。   The memory device of the present invention can be fabricated using standard methods well known to those skilled in the art. In a preferred embodiment, following standard well-known methods (see, e.g., Rai-Choudhury (1997) The Handbook of Microlithography, Micromachining, and Microfabrication, SPIE Optical Engineering Press; Bard & Faulkner (1997) Fundamentals of Microfabrication). The electrode layer is applied to a suitable substrate (eg, silica, glass, plastic, ceramic, etc.). Various techniques include: U.S. Patent 6,212,093; U.S. Patent 6,728,129; U.S. Patent 6,451,942; U.S. Patent 6,777,516; U.S. Patent 6,381,169; U.S. Patent 6,208,553; U.S. Patent 6,657,884; U.S. Patent No. 6,272,038; U.S. Patent No. 6,484,394; and U.S. Patent Application No. 10 / 040,059; U.S. Patent Application No. 10 / 682,868; U.S. Patent Application No. 10 / 445,977; U.S. Patent Application No. 10 / 834,630; U.S. Patent Application U.S. Patent Application No. 10 / 723,315; U.S. Patent Application No. 10 / 456,321; U.S. Patent Application No. 10 / 376,865; and U.S. Patent Application Publication No. 2007/0123618, All of these, particularly the fabrication techniques outlined there, are expressly incorporated by reference.

分子メモリーの使用から恩恵を受ける多種多様なデバイス及びシステムのアーキテクチャーが存在する。   There are a wide variety of device and system architectures that benefit from the use of molecular memory.

メモリーデバイスは、N-ビットの行アドレスを行アドレスデコーダー内に、M-ビットの列アドレスを列アドレスデコーダー内に受け取ることによって動作する。行アドレスデコーダーは、1つのワード線上にシグナルを生成する。ワード線は、高い電流シグナルをワード線上に運ぶワード線ドライバー回路を含み得る。ワード線は、チップ表面の大半にわたり延伸する、長く細い伝導体である傾向があるので、ワード線シグナルを運ぶためのかなりの量の電流及び大きな電力スイッチが必要となる。その結果、ラインドライバー回路は、他のロジックに対して動作電力を提供する電源回路(示されていない)に加えて電源を備えている場合が多い。したがって、ワード線ドライバーは、大きな構成要素を含む傾向があり、大きな電流の高速切替は、ノイズを作り、電源及び電力レギュレーターの限界を圧迫し、単離構造を圧迫する傾向がある。   The memory device operates by receiving an N-bit row address in the row address decoder and an M-bit column address in the column address decoder. The row address decoder generates a signal on one word line. The word line may include a word line driver circuit that carries a high current signal on the word line. Because wordlines tend to be long and thin conductors that extend over most of the chip surface, a significant amount of current and a large power switch are required to carry the wordline signal. As a result, line driver circuits often include a power supply in addition to a power supply circuit (not shown) that provides operating power to other logic. Therefore, word line drivers tend to include large components, and high current fast switching tends to create noise, squeeze the limits of power supplies and power regulators, and squeeze isolated structures.

慣用の記憶アレイには、行(ワード線)よりも多数の列(ビット線)が存在し、この理由は、リフレッシュ操作中に、各ワード線がアクティブになることによって、そのワード線にカップリングした記憶素子のすべてをリフレッシュするからである。したがって、行の数が少ないほど、行のすべてをリフレッシュするのに要する時間は少なくて済む。本発明の1つの特徴は、分子メモリー素子は、通常のキャパシタに比べて、10秒、100秒、1000秒のオーダーで、又は効果的には無制限の秒数、かなりより長い間のデータ保持性を示すように構成することができることである。したがって、リフレッシュサイクルは、数桁低い頻度で実施するか、又はすっかり省略することができる。したがって、メモリーアレイの物理的レイアウトに実際に影響を及ぼすリフレッシュについての考慮は、緩和することができ、様々な形状のアレイを実装することができる。例えば、メモリーアレイはより多数のワード線で容易に製造することができ、これによって、各ワード線がより短くなる。その結果、各ワード線を高速で駆動するのに必要な電流がより少なくなるので、ワード線のドライバー回路を小さくする又は排除することができる。あるいは又はこれに加えて、より短いワード線をより速く駆動することによって、読み出し/書き込みアクセス時間を向上させることができる。更に別の代替法として、メモリー場所の各行が複数のワード線を備えることによって、各メモリー場所における情報の複数の状態を記憶するためのメカニズムを得ることができる。   A conventional storage array has more columns (bit lines) than rows (word lines) because each word line becomes active during a refresh operation and is coupled to that word line. This is because all of the storage elements that have been refreshed are refreshed. Thus, the smaller the number of rows, the less time is required to refresh all of the rows. One feature of the present invention is that molecular memory devices have data retention on the order of 10 seconds, 100 seconds, 1000 seconds, or effectively an unlimited number of seconds, much longer than normal capacitors. It can be configured to show. Thus, the refresh cycle can be carried out with a frequency that is several orders of magnitude lower or can be omitted altogether. Thus, the refresh considerations that actually affect the physical layout of the memory array can be relaxed and various shaped arrays can be implemented. For example, a memory array can be easily manufactured with a larger number of word lines, which makes each word line shorter. As a result, less current is required to drive each word line at high speed, and the word line driver circuit can be reduced or eliminated. Alternatively or additionally, read / write access time can be improved by driving shorter word lines faster. As yet another alternative, a mechanism for storing multiple states of information in each memory location can be obtained by providing each row of memory locations with multiple word lines.

センス増幅器は、各ビット線にカップリングし、そのビット線にカップリングしたメモリー素子の状態を示すビット線109上のシグナルを検出するために動作し、その状態を適当なロジックレベルのシグナルまで増幅する。一実施形態では、センス増幅器は実質的に慣用の設計と共に実装してもよく、この理由は、このような慣用の設計は、分子メモリー素子からのシグナルを検出及び増幅するために動作することになるからである。あるいは、慣用キャパシタとは異なり、一部の分子記憶素子は、これらの状態を示す極めて特徴のあるシグナルを提供する。これら特徴のあるシグナルは、分子記憶デバイスからの状態シグナルは、慣用キャパシタ内に記憶されたシグナルよりも、読み出し/書き込みロジックバッファーにより容易に及び確実にラッチすることができるので、慣用のセンス増幅器ロジックに対する必要性を低減させることができる。すなわち、本発明は、センス増幅器の必要性をなくしてしまう程十分に大きなデバイスを提供することができる。   The sense amplifier is coupled to each bit line and operates to detect a signal on the bit line 109 that indicates the state of the memory element coupled to that bit line and amplifies the state to a signal of an appropriate logic level. To do. In one embodiment, the sense amplifier may be implemented with a substantially conventional design because such a conventional design operates to detect and amplify signals from molecular memory devices. Because it becomes. Alternatively, unlike conventional capacitors, some molecular memory elements provide highly characteristic signals that indicate these states. These characteristic signals can be more easily and reliably latched by the read / write logic buffer than the state signal from the molecular storage device is stored in the conventional capacitor, so that conventional sense amplifier logic The need for can be reduced. That is, the present invention can provide a device that is large enough to eliminate the need for a sense amplifier.

読み出し/書き込みロジックは、メモリーデバイスを読み出し又は書き込み状態に置くための回路を含む。読み出し状態では、分子アレイからのデータは(センス増幅器の作動あり又はなしで)ビット線上に置かれ、読み出し/書き込みロジックのバッファー/ラッチによりキャプチャーされる。列アドレスデコーダーは、特定の読み出し操作においてどのビット線がアクティブであるか選択することになる。書き込み操作では、読み出し/書き込みロジックは、ワード線がアクティブになった際にそのデータがアドレスしたメモリー素子内にすでに記憶されている任意のデータを上書きするように、選択されたビット線上にデータシグナルを運ぶ。   The read / write logic includes circuitry for placing the memory device in a read or write state. In the read state, data from the molecular array is placed on the bit line (with or without the activation of the sense amplifier) and captured by the read / write logic buffer / latch. The column address decoder will select which bit line is active in a particular read operation. In a write operation, the read / write logic causes the data signal on the selected bit line to overwrite any data already stored in the memory element that the data addressed when the word line becomes active. carry.

リフレッシュ操作は、読み出し操作と実質的に同様であるが、しかし、ワード線は外部から適用されたアドレスではなく、むしろリフレッシュ回路(示されていない)により駆動される。リフレッシュ操作では、センス増幅器が使用されている場合にはそれがメモリー素子の現在の状態を示すシグナルレベルまでビット線を駆動し、その値は自動的にメモリー素子に書き直される。読み出し操作とは異なり、ビット線の状態は、リフレッシュ中に読み出し/書き込みロジックにカップリングされない。この操作は、使用した分子の電荷保持時間が使用したデバイスの稼働寿命(例えば、フラッシュメモリーの10年程度)よりも短い場合のみ必要とされる。   The refresh operation is substantially similar to the read operation, but the word line is driven by a refresh circuit (not shown) rather than an externally applied address. In a refresh operation, if a sense amplifier is used, it drives the bit line to a signal level that indicates the current state of the memory element, and its value is automatically rewritten to the memory element. Unlike the read operation, the bit line state is not coupled to the read / write logic during the refresh. This operation is required only when the charge retention time of the molecules used is shorter than the operating life of the device used (eg, about 10 years for flash memory).

中央処理ユニットと分子メモリーとを含む例示的埋込型システムにおいて、メモリーバスは、CPU及び分子メモリーデバイスとカップリングすることによって、アドレス、データ、及び制御シグナルを交換する。場合によって、埋込型システムはまた、メモリーバスにカップリングした慣用のメモリーを含んでいてもよい。慣用のメモリーは、ランダムアクセスメモリー(例えば、DRAM、SRAM、SDRAM等)、又はリードオンリーメモリー(例えば、ROM、EPROM、EEPROM等)を含んでもよい。これらの他のタイプのメモリーは、データ分子メモリーデバイスをキャッシングすること、オペレーティングシステム又はBIOSファイルを記憶すること等に対して有用となり得る。埋込型システムは、CPUと外部デバイス及びシステムとの通信を可能にする、1つ又は複数の入力/出力(I/O)インターフェイスを含んでもよい。I/Oインターフェイスは、シリアルポート、パラレルポート、無線周波数ポート、光ポート、赤外線ポート等により実装されてもよい。更に、インターフェイスは、パケットベースのプロトコルを含めた任意の利用可能なプロトコルを使用して通信するように構成してもよい。   In an exemplary embedded system that includes a central processing unit and molecular memory, the memory bus exchanges address, data, and control signals by coupling with the CPU and molecular memory devices. In some cases, the embedded system may also include a conventional memory coupled to a memory bus. Conventional memory may include random access memory (eg, DRAM, SRAM, SDRAM, etc.) or read only memory (eg, ROM, EPROM, EEPROM, etc.). These other types of memory can be useful for caching data molecular memory devices, storing operating system or BIOS files, and so on. The embedded system may include one or more input / output (I / O) interfaces that allow the CPU to communicate with external devices and systems. The I / O interface may be implemented by a serial port, a parallel port, a radio frequency port, an optical port, an infrared port, or the like. Further, the interface may be configured to communicate using any available protocol, including packet-based protocols.

電池
本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、電池用途の電解質によく適している。一実施形態では、陽極と、陰極と、前記陽極及び陰極の間のセパレーターと、電解質とを含む電池が提供される。電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のイオン液体又は塩で構成される。一実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するイオン液体で構成され、このイオン液体組成物は、375℃以下の熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲、及び室温で少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cmのイオン伝導率を示す。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有する、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、この電解質組成物は、室温で、少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を示す。
Batteries The phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for electrolytes for battery applications. In one embodiment, a battery is provided that includes an anode, a cathode, a separator between the anode and cathode, and an electrolyte. The electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ion comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent Consists of one or more ionic liquids or salts dissolved in a liquid composition or solvent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability of 375 ° C. or less. A liquidus range wider than 400 ° C. and an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts dissolved in a solvent having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the electrolyte composition comprising: At room temperature, at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm The ionic conductivity of is shown.

本発明の実施形態による電解質組成物を含む電池は、本明細書と同時に出願し、その全体の開示が参照により本明細書に援用する、同時係属の米国特許出願番号 (代理人整理番号057472-060)において更に記載されている。 Batteries comprising electrolyte compositions according to embodiments of the present invention are filed concurrently with this specification and are hereby incorporated by reference in their entirety. (Attorney Docket No. 057472-060).

一部の実施形態では、電解質組成物は、これらに限定されないが以下の溶媒のうちの1つ又は複数で更に構成される:アセトニトリル、エチレンカーボネート(EC)、炭酸プロピレン(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)又はメチルエチルカーボネート(MEC)、プロピオン酸メチル(MP)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、フルオロベンゼン(FB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(PhEC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、ジエトキシエタン(DEE)、ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、γ-ブチロラクトン(GBL)、及びγ-バレロラクトン(GVL)。   In some embodiments, the electrolyte composition is further comprised of, but not limited to, one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate ( BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene Carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (PhEC), propyl methyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL) , And γ-valerolactone (GVL).

一部の実施形態では、電解質組成物は、PF6、(CF3)3PF3、(CF3)4PF2、(CF3CF2)4PF2、(CF3CF2CF2)4PF2、(-OCOCOO-)PF4、(-OCOCOO-)(CF3)3PF、(-OCOCOO-)3P、BF4、CF3BF3、(CF3)2BF2、(CF3)3BF、(CF3)4B、(-OCOCOO-)BF2、(-OCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOO-)(CF3)2B、(-OSOCH2SOO-)BF2、(-OSOCF2SOO-)BF2、(-OSOCH2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCF2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCH2SOO-)B(CF3)2、(-OSOCF2SOO-)B(CF3)2、CF3SO3、(CF3SO2)2N、(-OCOCOO-)2PF2、(CF3CF2)3PF3、(CF3CF2CF2)3PF3、(-OCOCOO-)2B、(-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)B(CF3)2、(-OCOCR2COO-)2B、CF3BF(-OOR)2、CF3B(-OOR)3、CF3B(-OOR)F2、(-OCOCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOCOO-)B(CF3)2、(-OCOCOCOO-)2B、(-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3)、及び(-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2(式中、R、R1、及びR2は、それぞれ独立して、H又はFである)からなる群から選択される1つ又は複数のアニオンを有する1つ又は複数のリチウム塩で構成される。 In some embodiments, the electrolyte composition comprises PF 6 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 CF 2 ) 4 PF 2 , (-OCOCOO-) PF 4 , (-OCOCOO-) (CF 3 ) 3 PF, (-OCOCOO-) 3 P, BF 4 , CF 3 BF 3 , (CF 3 ) 2 BF 2 , (CF 3 ) 3 BF, (CF 3 ) 4 B, (-OCOCOO-) BF 2 , (-OCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOO-) (CF 3 ) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2 , (-OSOCF 2 SOO-) BF 2 , (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCF 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCH 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , (-OSOCF 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N, (-OCOCOO-) 2 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 3 PF 3 , ( CF 3 CF 2 CF 2 ) 3 PF 3 , (-OCOCOO-) 2 B, (-OCO (CH 2 ) n COO-) BF (CF 3 ), (-OCOCR 2 COO-) BF (CF 3 ), ( -OCOCR 2 COO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCR 2 COO-) 2 B, CF 3 BF (-OOR) 2 , CF 3 B (-OOR) 3 , CF 3 B (-OOR) F 2 , (-OCOCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOCOO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCOCOO-) 2 B, (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3 ) , And (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) B (CF 3 ) 2 (wherein R, R 1 and R 2 are each independently , H or F), and is composed of one or more lithium salts having one or more anions selected from the group consisting of.

更なる実施形態において、電解質組成物は、これらに限定されないが、以下のリチウム塩のうちの1つ又は複数で構成される:ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム又はリチウムトリフラート(LiCF3SO3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3SO2)2N又はLiIm)、及びビス(ペンタフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3CF2SO2)2N又はLiBETI)。 In further embodiments, the electrolyte composition is composed of, but not limited to, one or more of the following lithium salts: lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2) 2 N or LiIm), and bis (pentafluorophenyl) imide lithium (Li (CF 3 CF 2 SO 2) 2 N or LiBETI).

更なる態様では、ホスホニウム電解質は、より低い可燃性を有し、したがって電池動作の安全性を向上させる。更なる態様では、ホスホニウムイオン液体又は塩は、添加剤として使用することによって、固体電解質界面相(SEI)層又は電極保護層の形成を促進することができる。SEI層は、電気化学的安定性ウィンドウを拡大し、電池劣化又は分解反応を抑制し、したがって電池のサイクル寿命を向上させることを助ける。   In a further aspect, the phosphonium electrolyte has lower flammability and thus improves the safety of battery operation. In a further aspect, the phosphonium ionic liquid or salt can be used as an additive to facilitate the formation of a solid electrolyte interphase (SEI) layer or electrode protection layer. The SEI layer helps to widen the electrochemical stability window, suppress battery degradation or decomposition reactions and thus improve battery cycle life.

本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、リチウムイオン電池及び充電式リチウム金属電池(本明細書では時々総合的に「リチウム電池」と呼ばれている)を含めた、様々な電池、例えばリチウム一次電池及びリチウム二次電池等の電解質によく適している。リチウム一次電池の例として、これらに限定されないが、以下が挙げられる:リチウム/二酸化マンガン(Li/MnO2)、リチウム/一フッ化炭素(Li/CFx)、リチウム/銀バナジウム酸化物(Li/Ag2V4O11)、Li-(CF)x、リチウム/二硫化鉄(Li/FeS2)、及びリチウム/酸化銅(Li/CuO)。リチウムイオン電池(LIB)の例として、これらに限定されないが、以下が挙げられる:炭素、グラファイト、グラフェン、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、Si/Coドープした炭素、及び金属酸化物、例えばリチウムチタン酸化物(LTO)等のアノード、並びにリチウムコバルト酸化物(LCO)(LiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(LMO)(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LFP)(LiFePO4)、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物(NMC)(Li(NiMnCo)O2)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物(NCA)(Li(NiCoAl)O2)、リチウムニッケルマンガン酸化物(LNMO)(Li2NiMn3O8)、及びリチウムバナジウム酸化物(LVO)のカソード。充電式リチウム金属電池の例として、これらに限定されないが、以下が挙げられる:リチウムコバルト酸化物(LCO)(LiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(LMO)(Li/Mn2O4)、リン酸鉄リチウム(LFP)(LiFePO4)、リチウムニッケルマンガンコバルト(NMC)(Li(NiMnCo)O2)、リチウムニッケルコバルトアルミニウム(NCA)(Li(NiCoAl)O2)、リチウムニッケルマンガン酸化物(LNMO)(Li2NiMn3O8)のカソードとリチウム金属アノード、リチウム/硫黄電池、及びリチウム/空気電池。 Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention can vary, including lithium ion batteries and rechargeable lithium metal batteries (sometimes referred to herein collectively as “lithium batteries”). Are well suited for electrolytes such as lithium primary batteries and lithium secondary batteries. Examples of lithium primary batteries include, but are not limited to: lithium / manganese dioxide (Li / MnO 2 ), lithium / carbon monofluoride (Li / CFx), lithium / silver vanadium oxide (Li / Ag 2 V 4 O 11), Li- (CF) x, lithium / iron disulfide (Li / FeS 2), and lithium / copper oxide (Li / CuO). Examples of lithium ion batteries (LIB) include, but are not limited to: carbon, graphite, graphene, silicon (Si), tin (Sn), Si / Co doped carbon, and metal oxides such as Anode such as lithium titanium oxide (LTO), as well as lithium cobalt oxide (LCO) (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LMO) (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LFP) (LiFePO 4 ), Lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) (Li (NiMnCo) O 2 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA) (Li (NiCoAl) O 2 ), lithium nickel manganese oxide (LNMO) (Li 2 NiMn 3 O 8 ) and a cathode of lithium vanadium oxide (LVO). Examples of rechargeable lithium metal batteries include, but are not limited to: lithium cobalt oxide (LCO) (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LMO) (Li / Mn 2 O 4 ), phosphoric acid Iron Lithium (LFP) (LiFePO 4 ), Lithium Nickel Manganese Cobalt (NMC) (Li (NiMnCo) O 2 ), Lithium Nickel Cobalt Aluminum (NCA) (Li (NiCoAl) O 2 ), Lithium Nickel Manganese Oxide (LNMO) (Li 2 NiMn 3 O 8 ) cathode and lithium metal anode, lithium / sulfur battery, and lithium / air battery.

更なる実施形態では、エネルギー貯蔵に対する上記アプローチを電気化学二重層キャパシタ(EDLC)と組み合わせることによって、電池及びEDLCのアレイを含むハイブリッドエネルギー貯蔵システムを形成し得る。   In a further embodiment, the above approach to energy storage can be combined with an electrochemical double layer capacitor (EDLC) to form a hybrid energy storage system including an array of batteries and EDLC.

電気化学二重層キャパシタ
本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、電気化学的キャパシタ又はスーパーキャパシタ又はウルトラキャパシタとも呼ばれる電気化学二重層キャパシタ(EDLC)の電解質に非常に適している。EDLCは、従来のキャパシタよりもより多くのエネルギーを保存し、充電式電池より高い速度でこのエネルギーを放出することができるエネルギー蓄積デバイスである。加えて、電気化学的キャパシタのサイクル寿命は、電池システムのサイクル寿命をはるかに超えるはずである。EDLCは、パルスの形態で電力を必要とする最先端技術領域における潜在的用途にとって興味深い。このような用途の例として、ミリ秒の領域でパワーパルスを必要とするデジタル通信装置、及び高い電力需要が数秒から数分間まで持続する可能性のある電動輸送機器のトラクション電源システムが挙げられる。電池性能及びサイクル寿命は、電力需要が増加するにつれて激しく劣化する。キャパシタがピーク電力を扱い、電池がパルス間の支持荷重を提供するキャパシタ電池の組合せが提案されている。このようなハイブリッドパワーシステムは、システムのサイズ又は質量を増加させることなく、全体のパワー性能を向上させ、バッテリーのサイクル寿命を延ばすことができる。
Electrochemical Double Layer Capacitors Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are very suitable for electrochemical double layer capacitor (EDLC) electrolytes, also called electrochemical capacitors or supercapacitors or ultracapacitors. . An EDLC is an energy storage device that can store more energy than a conventional capacitor and release this energy at a higher rate than a rechargeable battery. In addition, the cycle life of the electrochemical capacitor should far exceed the cycle life of the battery system. EDLC is interesting for potential applications in the state of the art that require power in the form of pulses. Examples of such applications include digital communication devices that require power pulses in the millisecond range, and traction power systems for electric transport equipment where high power demand can persist from seconds to minutes. Battery performance and cycle life are severely degraded as power demand increases. Capacitor battery combinations have been proposed in which the capacitor handles peak power and the battery provides a support load between pulses. Such a hybrid power system can improve overall power performance and extend battery cycle life without increasing the size or mass of the system.

EDLCは基本的に、全般的な設計の点では電池と同じであるが、電極活性物質における電荷蓄積の性質が容量性であることが違う、すなわち、充電及び放電プロセスは、固体電子相を介した電子電荷の移動及び電解質溶液相を介したイオン移動しか含まない。EDLC装置の電極/電解質界面では速度を決定する及び寿命を限定する相変態が起こらないので、電池と比較して、より高い出力密度及びより長いサイクル寿命を達成することができる。   EDLC is basically the same as a battery in terms of overall design, except that the charge storage nature of the electrode active material is capacitive, that is, the charge and discharge processes are via a solid electronic phase. Only the movement of the electronic charge and the movement of ions through the electrolyte solution phase. Higher power density and longer cycle life can be achieved compared to batteries because no phase transformations that determine speed and limit life occur at the electrode / electrolyte interface of the EDLC device.

主要なEDLC技術は、高い表面積の炭素電極での二重層タイプの充電に基づき、この場合炭素表面に電子を充電することによって、キャパシタが炭素/電解質界面に形成され、その電荷との釣り合いを取るために溶液相内で対イオンが炭素表面へと移動する。別の技術は、ポリマー及び特定の金属酸化物を伝導する電極での擬似キャパシタンスタイプの充電に基づく。EDLCにおける使用のために伝導性ポリマーが調査された。充電は、外面だけでなく、活性のあるポリマー材料の容積全体にわたり生じるので、より高いエネルギー密度を達成することができる。EDLCにおける使用のために金属酸化物もまた調査された。このような活性物質内での充電は、材料の容積全体にわたり起こることが報告され、その結果、観察された充電及びエネルギー密度は、伝導性ポリマーに対して得られたものと同等、又は更により高いものである。   The main EDLC technology is based on double layer type charging with high surface area carbon electrodes, where the capacitor is formed at the carbon / electrolyte interface and balances its charge by charging electrons on the carbon surface. Therefore, the counter ion moves to the carbon surface in the solution phase. Another technique is based on pseudocapacitance-type charging at electrodes that conduct polymers and certain metal oxides. Conductive polymers have been investigated for use in EDLC. A higher energy density can be achieved because charging occurs not only on the outer surface, but also over the entire volume of active polymer material. Metal oxides have also been investigated for use in EDLC. Charging within such actives has been reported to occur over the entire volume of the material, so that the observed charging and energy density is equivalent to or even better than that obtained for conducting polymers. It is expensive.

本発明の一実施形態では、EDLCデバイスはシングルセルを含む。図1を参照すると、シングルセルEDLC10の概略断面図が示されており、このシングルセルEDLC10は、集電板14、14'に結合した一対の電極12、12'と、2つの電極の間に挟まれた分離フィルム又は膜16と、セパレーター及び1つ又は複数の電極の細孔に浸透し、これらを満たしている電解質溶液18(示されていない)とを含む。   In one embodiment of the invention, the EDLC device includes a single cell. Referring to FIG. 1, a schematic cross-sectional view of a single cell EDLC 10 is shown. The single cell EDLC 10 includes a pair of electrodes 12, 12 ′ coupled to current collector plates 14, 14 ′, and two electrodes. It includes a sandwiched separation film or membrane 16 and an electrolyte solution 18 (not shown) that penetrates and fills the pores of the separator and one or more electrodes.

本発明の別の実施形態では、図2A及び図2Bを参照すると、電池電極はバイポーラ配置20に製作することができ、ここで、2つの電極22、24は、「バイポーラ」集電体26の両側に付加している。マルチセルEDLCは、必要とされるより高い電圧(及び電力)を得るためにいくつかのシングルセルをバイポーラスタックに配置することによって製作することができる。例示的マルチセルEDLC30が図2Bに示されており、図の中でバイポーラスタックは、4つのユニットセル32〜38からなる。各セルは図1のシングルセル10と同じ構造を有する。バイポーラスタックにおいて、各セルは、セル間のイオンバリアとしての機能も果たす単一の集電板を有するその隣接するセルから分離されている。このような設計は、セルを介する電流路を最適化し、セル間のオームの損失を減少させ、電流収集によるパッケージングの質量を最小限に抑える。この結果がより高いエネルギー及び出力密度を有する効率的なキャパシタである。   In another embodiment of the present invention, referring to FIGS. 2A and 2B, the battery electrodes can be fabricated in a bipolar arrangement 20, where the two electrodes 22, 24 are connected to a “bipolar” current collector 26. It is attached on both sides. A multi-cell EDLC can be fabricated by placing several single cells in a bipolar stack to obtain the higher voltage (and power) needed. An exemplary multi-cell EDLC 30 is shown in FIG. 2B, in which the bipolar stack consists of four unit cells 32-38. Each cell has the same structure as the single cell 10 of FIG. In a bipolar stack, each cell is separated from its adjacent cells having a single current collector that also functions as an ion barrier between the cells. Such a design optimizes the current path through the cells, reduces ohmic losses between cells, and minimizes the packaging mass due to current collection. The result is an efficient capacitor with higher energy and power density.

一部の実施形態では、EDLCは、平面又はフラット構造の電極/セパレーター/電極集合体を用いて形成される。他の実施形態では、EDLCは、捲回したらせん状構造、例えば円柱状及び角柱状構造の電極/セパレーター/電極集合体を用いて形成される。   In some embodiments, the EDLC is formed using a planar or flat structure electrode / separator / electrode assembly. In other embodiments, the EDLC is formed using wound spiral structures, such as cylindrical and prismatic electrode / separator / electrode assemblies.

一部の実施形態では、電極は、活性物質の高表面積のミクロ粒子又はナノ粒子から作製され、この活性物質はバインダー材料によりまとめられて多孔質構造を形成する。バインダーと共に圧縮される粉末に加えて、活性物質は、繊維、織り繊維、フェルト、発泡体、布、エアロゲル、及びメソビーズ等の他の形態で製作することができる。活性物質の例として、これらに限定されないが、以下が挙げられる:カーボンブラック、グラファイト、グラフェンなどの炭素;炭素-金属複合材;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの伝導性ポリマー;リチウム、ルテニウム、タンタル、ロジウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、又はバナジウムの酸化物、塩化物、臭化物、硫酸塩、硝酸塩、硫化物、水素化物、窒化物、リン化物、又はセレン化物、及びこれらの組合せ。   In some embodiments, the electrodes are made from high surface area microparticles or nanoparticles of an active material that are grouped together by a binder material to form a porous structure. In addition to the powder that is compressed with the binder, the active material can be made in other forms such as fibers, woven fibers, felts, foams, fabrics, aerogels, and meso beads. Examples of active materials include, but are not limited to: carbon such as carbon black, graphite, graphene; carbon-metal composites; conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene; lithium, ruthenium, tantalum, Rhodium, iridium, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, or vanadium oxides, chlorides, bromides, sulfates, nitrates, sulfides, hydrides, nitrides, phosphides, or selenides, and combinations thereof.

一部の実施形態では、電極バインダー物質は、これらに限定されないが、以下のうちの1つ又は複数から選択される: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)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリレート、アクリレートタイプコポリマー(ACM)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニルエーテル(PVE)、又はこれらの組合せ。   In some embodiments, the electrode binder material is selected from, but not limited to, one or more of the following: polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polyacrylate, acrylate type copolymer (ACM), carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylic acid (PAA), polyamide, polyimide, polyurethane, polyvinyl ether (PVE), or combinations thereof.

一部の実施形態では、セパレーター物質は、これらに限定されないが、以下のうちの1つ又は複数から選択される:微多孔性ポリオレフィン、例えばポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、PVdFコーティングされたポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニル、レゾルシノールホルムアルデヒドポリマー等のフィルム又は膜、セルロース紙、ポリスチレン不織布、アクリル樹脂繊維、ポリエステル不織フィルム、ポリカーボネート膜、及び繊維ガラス紙、又はこれらの組合せ。   In some embodiments, the separator material is selected from, but not limited to, one or more of the following: microporous polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride ( PVdF), PVdF-coated polyolefin, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride, resorcinol formaldehyde polymer films or membranes, cellulose paper, polystyrene nonwoven fabric, acrylic fiber, polyester nonwoven film, polycarbonate membrane, and fiber Glass paper or a combination thereof.

一実施形態では、電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、これらに限定されないが、以下に記載されているようなアルキル基等の置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のイオン液体若しくは塩で構成される。一部の実施形態では、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、1〜6個の炭素原子、更に普通は、1〜4個の炭素原子で構成されるアルキル基である。塩のうちのいずれか1つ又は複数は、100℃以下の温度で液体であっても固体であってもよい。一部の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び1つのアニオンのペアで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのカチオン及び複数のアニオンで構成される。他の実施形態では、塩は、1つのアニオン及び複数のカチオンで構成される。更なる実施形態では、塩は、複数のカチオン及び複数のアニオンで構成される。
In one embodiment, the electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent such as, but not limited to, an alkyl group as described below. Of the phosphonium-based cation and one or more anions, or an ionic liquid composition or one or more ionic liquids or salts dissolved in a solvent. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 6 carbon atoms, more usually 1 to 4 carbon atoms. It is. Any one or more of the salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. or lower. In some embodiments, the salt is composed of one cation and one anion pair. In other embodiments, the salt is composed of one cation and multiple anions. In other embodiments, the salt is composed of one anion and multiple cations. In a further embodiment, the salt is composed of multiple cations and multiple anions.

一実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するイオン液体で構成され、このイオン液体組成物は、375℃以下の熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲、及び室温で少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cmのイオン伝導率を示す。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有する、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、この電解質組成物は、室温で、少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を示す。   In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability of 375 ° C. or less. Exhibit an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, at a liquidus range greater than 400 ° C. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts dissolved in a solvent having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the electrolyte composition comprising: At room temperature, at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm The ionic conductivity of is shown.

別の実施形態では、電解質組成物は、1つ又は複数の慣用の、非ホスホニウム塩を更に含む。一部の実施形態では、電解質組成物は慣用の塩で構成されていてもよく、この場合本明細書中に開示されているホスホニウムベースのイオン液体又は塩は添加剤である。一部の実施形態では、電解質組成物は、ホスホニウムベースのイオン液体又は塩及び1つ又は複数の慣用の塩で構成され、これらは、ホスホニウムベースのイオン液体又は塩:慣用の塩のモル(又はモル濃度)比1:100〜1:1の範囲で存在する。慣用の塩の例として、これらに限定されないが、テトラアルキルアンモニウム、例えば、(CH3CH2)4N+、(CH3CH2)3(CH3)N+、(CH3CH2)2(CH3)2N+、(CH3CH2)(CH3)3N+、(CH3)4N+等、イミダゾリウム、ピラゾリウム、ピリジニウム、ピラジニウム、ピリミジニウム、ピリダジニウム、ピロリジニウムからなる群から選択される1つ又は複数のカチオンと、ClO4 -、BF4 -、CF3SO3 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、(CF3SO2)2N-、(CF3CF2SO2)2N-、(CF3SO2)3C-からなる群から選択される1つ又は複数のアニオンとで構成される塩が挙げられる。一部の実施形態では、1つ又は複数の慣用の塩として、これらに限定されないが、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム(TEABF4)、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム(TEMABF4)、テトラフルオロホウ酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIBF4)、テトラフルオロホウ酸1-エチル-1-メチルピロリジニウム(EMPBF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMIIm)、ヘキサフルオロリン酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIPF6)が挙げられる。一部の実施形態では、1つ又は複数の慣用の塩は、これらに限定されないが、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム又はリチウムトリフラート(LiCF3SO3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3SO2)2N又はLiIm)、及びビス(ペンタフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3CF2SO2)2N又はLiBETI)を含めたリチウムベースの塩である。 In another embodiment, the electrolyte composition further comprises one or more conventional, non-phosphonium salts. In some embodiments, the electrolyte composition may be composed of conventional salts, in which case the phosphonium-based ionic liquids or salts disclosed herein are additives. In some embodiments, the electrolyte composition is comprised of a phosphonium-based ionic liquid or salt and one or more conventional salts, which are phosphonium-based ionic liquids or salts: moles of conventional salts (or (Molar concentration) ratio exists in the range of 1: 100 to 1: 1. Examples of conventional salts include, but are not limited to, tetraalkylammonium, such as (CH 3 CH 2 ) 4 N + , (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) N + , (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) 2 N + , (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 3 N + , (CH 3 ) 4 N + etc., selected from the group consisting of imidazolium, pyrazolium, pyridinium, pyrazinium, pyrimidinium, pyridazinium, pyrrolidinium And one or more cations formed, ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 3 C and a salt composed of one or more anions selected from the group consisting of. In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), tetrafluoroboric acid 1-ethyl-3-methylimidazolium (EMIBF 4 ), 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate (EMPBF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ( EMIIm) and 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ). In some embodiments, one or more conventional salts include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate or lithium triflate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N or LiIm), and Lithium-based salts including bis (pentafluoromethanesulfonyl) imidolithium (Li (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N or LiBETI).

一部の実施形態では、電解質組成物は、これらに限定されないが、以下の溶媒のうちの1つ又は複数で更に構成される:アセトニトリル、エチレンカーボネート(EC)、炭酸プロピレン(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)又はメチルエチルカーボネート(MEC)、プロピオン酸メチル(MP)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、フルオロベンゼン(FB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(PhEC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、ジエトキシエタン(DEE)、ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、γ-ブチロラクトン(GBL)、及びγ-バレロラクトン(GVL)。   In some embodiments, the electrolyte composition is further comprised of, but not limited to, one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), Vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (PhEC), propyl methyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL) ), And γ-valerolactone (GVL).

一実施形態では、本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物は、任意の適切な手段、例えば、浸漬、スプレー、スクリーン印刷等により、セルの組立て以前に多孔性電極及びセパレーターに適用してもよい。別の実施形態では、本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物は、任意の適切な手段、例えば、真空射出装置を使用すること等により、セルの組立て後に多孔性電極及びセパレーターに適用してもよい。別の実施形態では、本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物は、ポリマーゲル電解質フィルム又は膜に形成してもよい。あるいは、ポリマーゲル電解質を電極に直接適用してもよい。このような自立型ゲル電解質フィルム又はゲル電解質コーティングした電極の両方が、大量及び高生産性の製造プロセス、例えばロールツーロール巻取りプロセス等に対して特に適切である。このような電解質フィルムの別の利点は、電解質としてだけでなくセパレーターとしても機能することができる。このような電解質フィルムを電解質送達ビヒクルとして使用することによって、電解質溶液の量及び分布を正確に制御し、したがってセルの組立ての一貫性を向上させ、製品収量を増加させることもできる。一部の実施形態では、電解質フィルムは、2008年2月7日に出願し、その全体の開示が参照により本明細書に組み込まれている、同時係属の特許出願第12/027,924号に記載されているような膜で構成される。   In one embodiment, the phosphonium electrolyte composition disclosed herein is applied to the porous electrode and separator prior to cell assembly by any suitable means such as dipping, spraying, screen printing, etc. May be. In another embodiment, the phosphonium electrolyte composition disclosed herein is applied to the porous electrode and separator after cell assembly by any suitable means, such as by using a vacuum injection device. May be. In another embodiment, the phosphonium electrolyte composition disclosed herein may be formed into a polymer gel electrolyte film or membrane. Alternatively, the polymer gel electrolyte may be applied directly to the electrode. Both such free standing gel electrolyte films or gel electrolyte coated electrodes are particularly suitable for high volume and high productivity manufacturing processes such as roll-to-roll winding processes. Another advantage of such an electrolyte film is that it can function not only as an electrolyte but also as a separator. By using such an electrolyte film as an electrolyte delivery vehicle, the amount and distribution of the electrolyte solution can be precisely controlled, thus improving cell assembly consistency and increasing product yield. In some embodiments, the electrolyte film is described in co-pending patent application 12 / 027,924, filed on Feb. 7, 2008, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. It is composed of a film like

一部の実施形態では、集電体は、これらに限定されないが、以下のうちの1つ又は複数から選択される:アルミニウムの板又はホイル又はフィルム、カーボンコーティングされたアルミニウム、ステンレススチール、カーボンコーティングされたステンレススチール、金、白金、銀、高伝導性金属又はカーボンドープしたプラスチック、又はこれらの組合せ。   In some embodiments, the current collector is selected from, but not limited to, one or more of the following: aluminum plate or foil or film, carbon coated aluminum, stainless steel, carbon coating Stainless steel, gold, platinum, silver, highly conductive metal or carbon doped plastic, or combinations thereof.

一実施形態では、シングルセルEDLC10の両電極12、12'を同じタイプの活性物質で製作することによって、対称的な電極構成を提供することができる。あるいは、EDLCは、各電極が異なるタイプの活性物質で形成されている非対称的電極構成を有することもできる。対称的EDLCは好ましい実施形態であり、非対称的EDLCを製作するよりも簡単である。対称的EDLCはまた、2つの電極の両極性を逆転させることも可能であり、これは、長期的充電サイクリングの間に連続して高い性能を得るための有力な利点である。しかし、電極材料の選択が費用及び性能で決定される場合には非対称的EDLCを選択してもよい。   In one embodiment, a symmetrical electrode configuration can be provided by fabricating both electrodes 12, 12 'of a single cell EDLC 10 with the same type of active material. Alternatively, the EDLC can have an asymmetric electrode configuration where each electrode is formed of a different type of active material. Symmetric EDLC is the preferred embodiment and is simpler than making an asymmetric EDLC. Symmetric EDLC can also reverse the polarity of the two electrodes, which is a powerful advantage for continuous high performance during long term charge cycling. However, an asymmetric EDLC may be selected if the choice of electrode material is determined by cost and performance.

例示的実施形態では、EDLC装置は、アルミニウム集電体に結合した、活性炭で作製された一対の多孔質電極と、2つの電極の間に挟まれたNKKセルロースセパレーターと、セパレーター及び電極の細孔に浸透して、これらを満たす、本明細書で開示されているホスホニウム電解質とを含む。   In an exemplary embodiment, an EDLC device comprises a pair of porous electrodes made of activated carbon coupled to an aluminum current collector, an NKK cellulose separator sandwiched between two electrodes, and the pores of the separator and electrodes. And the phosphonium electrolyte disclosed herein that penetrates and fills these.

別の例示的実施形態では、EDLCは、セル成分のスタックとして作製される。活性炭粒子の電極活性物質及びバインダーは、集電体の片側に接着することによって、片面電極を形成するか、又は「バイポーラ」集電体の両側に接着することによって、図2A及び図2Bに例示されているようなバイポーラ又は両面電極を形成する。マルチセルスタックは、第1の片面電極の上に第1のNKKセルロースセパレーターを置き、第1のセパレーターの上に第1のバイポーラ電極を置き、第1のバイポーラ電極の上に第2のセパレーターを置き、第2のセパレーターの上に第2のバイポーラ電極を置き、第2のバイポーラ電極の上に第3のセパレーターを置き、第3のセパレーターの上に第3のバイポーラ電極を置き、第3のバイポーラ電極の上に第4のセパレーターを置き、第4のセパレーターの上に第2の片面電極を置いて、4セルスタックを形成することによって作製される。上に記載のようにマルチセルモジュールを最初に形成することによって、より多くのセルを含むEDLCを作製することができる。次いでモジュールは、所望の数のモジュールに到達するまで、1つのモジュールを別のモジュールの上に積み重ねる。電極/セパレーター/電極集合体は縁の周りを部分的に密閉する。縁が完全に密閉される前にセパレーター及び電極の細孔が満たされるように、本明細書中に開示されている十分な量のホスホニウム電解質を集合体に加える。   In another exemplary embodiment, the EDLC is made as a stack of cell components. The electrode active material and binder of activated carbon particles are illustrated in FIGS. 2A and 2B by forming a single-sided electrode by bonding to one side of the current collector, or by bonding to both sides of a “bipolar” current collector. Bipolar or double-sided electrodes as formed are formed. The multi-cell stack places the first NKK cellulose separator on the first single-sided electrode, the first bipolar electrode on the first separator, and the second separator on the first bipolar electrode. Place the second bipolar electrode on the second separator, place the third separator on the second bipolar electrode, place the third bipolar electrode on the third separator, and the third bipolar It is fabricated by placing a fourth separator on top of the electrode and placing a second single-sided electrode on top of the fourth separator to form a 4-cell stack. By first forming a multi-cell module as described above, an EDLC containing more cells can be made. The modules then stack one module on top of another module until the desired number of modules is reached. The electrode / separator / electrode assembly partially seals around the edges. A sufficient amount of the phosphonium electrolyte disclosed herein is added to the assembly such that the separator and electrode pores are filled before the edges are completely sealed.

別の例示的実施形態では、らせん状に捲回したEDLCが形成される。活性炭粒子の電極活性物質及びバインダーを集電体の両側に接着することによって、図2A及び図2Bに例示されている構造と同様の両面電極を形成する。電極/セパレータースタック又は集合体は、第1のCelgard(登録商標)ポリプロピレン/ポリエチレンセパレーターの上に第1の電極を置き、第1の電極の上に第2のセパレーターを置き、第2のセパレーターの上に第2の電極を置くことによって作製される。スタックは、円柱状構造を形成するための円形らせん又は角柱状構造を形成するための平坦らせんのいずれかの堅いセルコア部に巻きつける。次いでスタックは、縁を部分的に密閉するか、又は缶の中に入れる。本明細書中に記載されている電解質のいずれかの十分な量を最終の密封前にスタックのセパレーター及び電極の細孔に加える。   In another exemplary embodiment, a spirally wound EDLC is formed. A double-sided electrode similar to the structure illustrated in FIGS. 2A and 2B is formed by adhering an electrode active substance of activated carbon particles and a binder to both sides of the current collector. The electrode / separator stack or assembly is placed on the first Celgard® polypropylene / polyethylene separator, the second separator on the first electrode, and the second separator Made by placing a second electrode on top. The stack is wrapped around a rigid cell core that is either a circular helix to form a cylindrical structure or a flat helix to form a prismatic structure. The stack is then partially sealed at the edges or placed in a can. Sufficient amounts of any of the electrolytes described herein are added to the stack separator and electrode pores prior to final sealing.

別の例示的実施形態では、装置の全記憶密度を増加させるために、一方又は両方の電極上で電極活性物質として、本明細書で開示されているホスホニウム電解質組成物及び伝導性ポリマーを使用して、EDLC装置を構築することもできる。伝導性ポリマーは、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンを含めた伝導性有機物質のクラスのいずれかから選択することができる。特に興味深いのは、ポリチオフェン、例えば、ポリ(3-(4-フルオロフェニル)チオフェン)(PFPT)等であり、これは、電気化学的サイクリングに対して良好な安定性を有することで知られており、容易に処理することができる。   In another exemplary embodiment, the phosphonium electrolyte composition and conductive polymer disclosed herein are used as an electrode active material on one or both electrodes to increase the overall memory density of the device. An EDLC device can also be constructed. The conductive polymer can be selected from any of the classes of conductive organic materials including polyaniline, polypyrrole, and polythiophene. Of particular interest are polythiophenes, such as poly (3- (4-fluorophenyl) thiophene) (PFPT), which are known to have good stability against electrochemical cycling. Can be handled easily.

更なる例示的実施形態では、EDLCデバイスは、本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物、表面積の高い活性炭で作製されたカソード(陽極)及びリチウムイオンがインターカレーションされたグラファイトで作製されたアノード(陰極)を使用して構築し得る。形成されたEDLCは、リチウムイオンキャパシタ(LIC)と呼ばれる非対称的なハイブリッドキャパシタである。   In a further exemplary embodiment, an EDLC device is made of a phosphonium electrolyte composition disclosed herein, a cathode (anode) made of high surface area activated carbon, and graphite intercalated with lithium ions. Can be constructed using a modified anode (cathode). The formed EDLC is an asymmetric hybrid capacitor called a lithium ion capacitor (LIC).

エネルギーサイクル効率の増大及び最大電力の送達に対する重要な要求事項は、セルの等価直列抵抗(ESR)が低いことである。したがって、EDLC電解質がイオンの運きに対して高い伝導率を有することは有用である。驚くべきことに、本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物が、上に記載のように、慣用電解質に取って代わる場合、又はホスホニウム塩が慣用電解質と共に添加剤として使用される場合、イオン伝導率は有意に増大し、EDLCデバイスの性能安定性は、以下の実施例の中に見ることができるように、大いに向上している。   An important requirement for increased energy cycle efficiency and maximum power delivery is a low equivalent series resistance (ESR) of the cell. Therefore, it is useful that the EDLC electrolyte has a high conductivity for ion transport. Surprisingly, when the phosphonium electrolyte composition disclosed herein replaces a conventional electrolyte, as described above, or when a phosphonium salt is used as an additive with a conventional electrolyte, The ionic conductivity is significantly increased and the performance stability of the EDLC device is greatly improved, as can be seen in the examples below.

1つの例示的実施形態では、溶媒なしの希釈されていない(ニートの)ホスホニウムイオン液体(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3は、15.2mS/cmのイオン伝導率を示す。 In one exemplary embodiment, undiluted (neat) phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 without solvent is 15.2 mS The ionic conductivity is / cm.

別の例示的実施形態では、ホスホニウムイオン液体(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3は、アセトニトリル(ACN)の溶媒中に混合した場合、1.5〜2.0の間のACN/イオン液体体積比において75mS/cmのイオン伝導率を示す。 In another exemplary embodiment, the phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is 1.5% when mixed in a solvent of acetonitrile (ACN). It exhibits an ionic conductivity of 75 mS / cm at an ACN / ionic liquid volume ratio between ˜2.0.

別の例示的実施形態では、ホスホニウムイオン液体(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3は、炭酸プロピレン(PC)の溶媒中に混合した場合、0.75〜1.25の間のPC/イオン液体体積比において22mS/cmのイオン伝導率を示す。 In another exemplary embodiment, the phosphonium ionic liquid (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is mixed in a propylene carbonate (PC) solvent, It exhibits an ionic conductivity of 22 mS / cm at a PC / ionic liquid volume ratio between 0.75 and 1.25.

他の例示的実施形態では、様々なホスホニウム塩を、1.0Mの濃度でアセトニトリル(ACN)溶媒に溶解した。生成した電解質は、室温で約28mS/cmを超える、又は約34mS/cmを超える、又は約41mS/cmを超える、又は約55mS/cmを超える、又は約61mS/cmを超えるイオン伝導率を示す。   In other exemplary embodiments, various phosphonium salts were dissolved in acetonitrile (ACN) solvent at a concentration of 1.0M. The resulting electrolyte exhibits an ionic conductivity of greater than about 28 mS / cm, greater than about 34 mS / cm, greater than about 41 mS / cm, greater than about 55 mS / cm, or greater than about 61 mS / cm at room temperature. .

別の例示的実施形態では、EC(エチレンカーボネート)及びDEC(ジエチルカーボネート)の質量比1:1の混合溶媒(EC:DEC=1:1として記述)中1.0MのLiPF6の慣用電解質溶液に、10質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を加える。ホスホニウム添加剤の添加と共に、電解質のイオン伝導率は、-30℃で109%、並びに+20℃及び+60℃で約25%増大している。。一般的に、慣用電解質溶液のイオン伝導率は、ホスホニウム添加剤の結果として少なくとも25%増大している。。 In another exemplary embodiment, a conventional electrolyte solution of 1.0 M LiPF 6 in a 1: 1 mixed solvent of EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) (denoted as EC: DEC = 1: 1). 10% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 is added. With the addition of the phosphonium additive, the ionic conductivity of the electrolyte increases by 109% at -30 ° C and by about 25% at + 20 ° C and + 60 ° C. . In general, the ionic conductivity of conventional electrolyte solutions is increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive. .

更なる例示的実施形態では、EC(エチレンカーボネート)、DEC(ジエチルカーボネート)及びEMC(エチルメチルカーボネート)の質量比1:1:1の混合溶媒(EC:DEC:EMC 1:1:1として記述)中1.0MのLiPF6の慣用電解質溶液に、10質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を加える。ホスホニウム添加剤の添加と共に、電解質のイオン伝導率は、20℃で36%、60℃で26%、及び90℃で38%増大している。。一般的に、慣用電解質溶液のイオン伝導率は、ホスホニウム添加剤の結果として少なくとも25%増大している。。 In a further exemplary embodiment, a 1: 1 mixed solvent ratio of EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate) and EMC (ethyl methyl carbonate) is described as EC: DEC: EMC 1: 1: 1. 10% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 is added to 1.0 M LiPF 6 conventional electrolyte solution. With the addition of the phosphonium additive, the ionic conductivity of the electrolyte increases by 36% at 20 ° C, 26% at 60 ° C, and 38% at 90 ° C. . In general, the ionic conductivity of conventional electrolyte solutions is increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive. .

セパレーターは、セルESRの最も大きな単一の供給源であることが判明している。したがって、適切なセパレーターが、これを電解質に浸漬させた場合高いイオン伝導率を有する必要があり、最小の厚さを有する。一実施形態では、セパレーターは約100μm未満の厚さである。別の実施形態では、セパレーターは約50μm未満の厚さである。別の実施形態では、セパレーターは約30μm未満の厚さである。更に別の実施形態では、セパレーターは約10μm未満の厚さである。   The separator has been found to be the largest single source of cell ESR. Thus, a suitable separator must have a high ionic conductivity when it is immersed in an electrolyte and has a minimum thickness. In one embodiment, the separator is less than about 100 μm thick. In another embodiment, the separator is less than about 50 μm thick. In another embodiment, the separator is less than about 30 μm thick. In yet another embodiment, the separator is less than about 10 μm thick.

本明細書中に開示されている新規のホスホニウム電解質組成物を、慣用電解質の代替品として使用する、又はホスホニウム塩を慣用電解質中で添加剤として使用する別の重要な利点は、これらが慣用電解質と比較してより広い電気化学的電圧安定性ウィンドウを示すことである。   Another important advantage of using the novel phosphonium electrolyte compositions disclosed herein as replacements for conventional electrolytes or using phosphonium salts as additives in conventional electrolytes is that they are conventional electrolytes. A broader electrochemical voltage stability window.

一部の例示的実施形態では、様々なホスホニウム塩をアセトニトリル(ACN)溶媒中に溶解することによって、1.0Mの濃度で電解質溶液を形成する。電気化学的電圧ウィンドウは、Pt作用電極及びPt対電極及びAg/Ag+基準電極を有するセルにおいて判定される。1つの配置では、安定した電圧ウィンドウは、約-3.0V〜+2.4Vの間である。別の配置では、電圧ウィンドウは、約-3.2V〜+2.4Vの間である。別の配置では、電圧ウィンドウは、約-2.4V〜+2.5Vの間である。別の配置では、電圧ウィンドウは、約-1.9V〜+3.0Vの間である。   In some exemplary embodiments, the electrolyte solution is formed at a concentration of 1.0 M by dissolving various phosphonium salts in acetonitrile (ACN) solvent. The electrochemical voltage window is determined in a cell having a Pt working electrode and a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode. In one arrangement, the stable voltage window is between about -3.0V to + 2.4V. In another arrangement, the voltage window is between about -3.2V to + 2.4V. In another arrangement, the voltage window is between about -2.4V to + 2.5V. In another arrangement, the voltage window is between about -1.9V and + 3.0V.

更なる例示的実施形態では、シングルセルEDLCは、2つの炭素電極と、2つの電極の間に挟まれたセルロースセパレーターと、炭酸プロピレン(PC)の溶媒中に1.0Mの濃度で溶解された様々なホスホニウム塩の電解質溶液とで構成される。1つの配置では、EDLCは、0V〜3.9Vまで充電し、放電することができる。別の配置では、EDLCは0V〜3.6Vまで充電し、放電することができる。別の配置では、EDLCは0V〜3.3Vまで充電し、放電できる。対称的構造で構成される更なるEDLCの配置では、EDLCは、-3.9V〜+3.9Vの間、又は3.6V〜+3.6Vの間、又は3.3V〜+3.3Vの間で動作することができる。   In a further exemplary embodiment, the single cell EDLC is composed of two carbon electrodes, a cellulose separator sandwiched between the two electrodes, and various dissolved in propylene carbonate (PC) solvent at a concentration of 1.0M. A phosphonium salt electrolyte solution. In one arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0V to 3.9V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0V to 3.6V. In another arrangement, the EDLC can charge and discharge from 0V to 3.3V. In further EDLC configurations composed of symmetrical structures, the EDLC should operate between -3.9V and + 3.9V, or between 3.6V and + 3.6V, or between 3.3V and + 3.3V. Can do.

本明細書中に開示されているホスホニウム電解質組成物を、慣用電解質の代替品として使用する、又はホスホニウム塩をEDLCの慣用電解質中で添加剤として使用する別の重要な利点は、これらが慣用電解質と比較してより低い蒸気圧、したがってより低い可燃性を示し、したがってEDLC動作の安全性を向上させることである。本発明の一態様では、従来の電解質(従来の非ホスホニウム塩を含有)と共に添加剤としてホスホニウム塩を使用する場合、ホスホニウム塩及び従来の塩は、電解質中に、ホスホニウム塩/慣用の塩のモル比1/100〜1/1の範囲で存在する。従来の塩の例として、これらに限定されないが、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム(TEABF4)、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム(TEMABF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMIBF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMIIm)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(EMIPF6)が挙げられる。 Another important advantage of using the phosphonium electrolyte compositions disclosed herein as replacements for conventional electrolytes, or using phosphonium salts as additives in EDLC conventional electrolytes is that they are conventional electrolytes. It exhibits a lower vapor pressure and thus lower flammability compared to, thus improving the safety of EDLC operation. In one aspect of the invention, when a phosphonium salt is used as an additive with a conventional electrolyte (contains a conventional non-phosphonium salt), the phosphonium salt and the conventional salt are in a phosphonium salt / conventional salt mole in the electrolyte. It exists in the range of 1/100 to 1/1. Examples of conventional salts include, but are not limited to, tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMIIm), 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ).

1つの例示的実施形態では、電解質は、アセトニトリル(ACN)の溶媒中に1.0Mの濃度でホスホニウム塩-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を溶解することによって形成された。ACNの蒸気圧は、25℃で約39%、105℃で38%低下した。ホスホニウム塩による蒸気圧の有意な抑制は、電解質溶液の可燃性を減少させること、したがってデバイス動作の安全性を向上させることにおける利点である。 In one exemplary embodiment, the electrolyte is a phosphonium salt- (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 at a concentration of 1.0 M in a solvent of acetonitrile (ACN). Formed by dissolving. The vapor pressure of ACN decreased by about 39% at 25 ° C and 38% at 105 ° C. Significant suppression of vapor pressure by the phosphonium salt is an advantage in reducing the flammability of the electrolyte solution and thus improving the safety of device operation.

別の例示的実施形態では、EC(炭酸エチレン)及びDEC(炭酸ジエチル)の質量比1:1の混合溶媒(EC:DEC=1:1として記述)中1.0MのLiPF6の慣用電解質溶液がNovolyte Technologies社(BASFグループの一部)により提供された。ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を、標準的電解質溶液に20質量%の割合で加えた。ホスホニウム添加剤の慣用電解質への添加により、自己消火時間が53%短縮された。これは、慣用電解質においてホスホニウム塩を添加剤として使用することによって、エネルギー蓄積デバイスの安全性及び信頼性を実質的に向上させることができたことを示している。 In another exemplary embodiment, a 1.0 M LiPF 6 conventional electrolyte solution in a 1: 1 mixed solvent of EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) (denoted as EC: DEC = 1: 1) is used. Provided by Novolyte Technologies (part of BASF Group). The phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was added to the standard electrolyte solution in a proportion of 20% by weight. Addition of phosphonium additive to conventional electrolytes reduced self-extinguishing time by 53%. This indicates that the safety and reliability of the energy storage device could be substantially improved by using phosphonium salts as additives in conventional electrolytes.

従来技術と比較した本発明により形成されたEDLCの更なる重要な利点はこれらの広い温度範囲である。以下の実施例において見ることができるように、本明細書中に開示されている新規のホスホニウム電解質を用いて作製されたEDLCは、約-50℃〜+120℃の間、又は約-40℃〜+105℃の間、又は-20℃〜+85℃の間、又は-10℃〜+65℃の間の温度範囲で動作することができる。したがって、本明細書中に開示されている物質及び構造により、拡張した温度範囲で機能できるEDLCを作製することがここで可能となる。これにより、製作及び/又は動作中に広い温度範囲を経験する広範な用途へこれらのデバイスを実装することが可能となる。   A further important advantage of EDLCs formed according to the present invention compared to the prior art is their wide temperature range. As can be seen in the examples below, EDLCs made using the novel phosphonium electrolytes disclosed herein are between about -50 ° C and + 120 ° C, or about -40 ° C. It can operate in a temperature range between ˜ + 105 ° C., or between −20 ° C. and + 85 ° C., or between −10 ° C. and + 65 ° C. Thus, the materials and structures disclosed herein allow EDLCs that can function in an extended temperature range to be made here. This allows these devices to be implemented for a wide range of applications that experience a wide temperature range during fabrication and / or operation.

一部の好ましい実施形態では、EDLCは異なる電圧及び温度の組合せで動作するように設計される。1つの配置では、EDLCは2.5V及び120℃で動作することができる。別の配置では、EDLCは2.7V及び105℃で動作することができる。別の配置では、EDLCは2.8V及び85℃で動作することができる。別の配置では、EDLCは3.0V及び70℃で動作することができる。更なる配置では、EDLCは、3.5V、60℃で動作することができる、   In some preferred embodiments, the EDLC is designed to operate at different voltage and temperature combinations. In one arrangement, the EDLC can operate at 2.5V and 120 ° C. In another arrangement, the EDLC can operate at 2.7V and 105 ° C. In another arrangement, the EDLC can operate at 2.8V and 85 ° C. In another arrangement, the EDLC can operate at 3.0V and 70 ° C. In a further arrangement, the EDLC can operate at 3.5V, 60 ° C,

更なる実施形態において、エネルギー貯蔵のための上記手法を、電池と組み合わせることによって、一連の電池及びEDLCを含むキャパシタ電池ハイブリッドエネルギー貯蔵システムを形成することができる。   In a further embodiment, the above approach for energy storage can be combined with a battery to form a capacitor battery hybrid energy storage system including a series of batteries and an EDLC.

電解キャパシタ
本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、電解キャパシタの電解質によく適している。一実施形態では、陽極と、陰極と、前記陽性及び陰極の間のセパレーターと、電解質とを含む電解キャパシタが提供される。電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のイオン液体若しくは塩で構成される。一実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するイオン液体で構成され、このイオン液体組成物は、375℃以下の熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲、及び室温で少なくとも1mS/cm、又は少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cmのイオン伝導率を示す。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有する、溶媒中に溶解した1つ又は複数の塩で構成され、この電解質組成物は、室温で、少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cm、又は少なくとも20mS/cm、又は少なくとも30mS/cm、又は少なくとも40mS/cm、又は少なくとも50mS/cm、又は少なくとも60mS/cmのイオン伝導率を示す。一部の実施形態では、電解質組成物は、これらに限定されないが、以下の溶媒のうちの1つ又は複数で構成される:アセトニトリル、エチレンカーボネート(EC)、炭酸プロピレン(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)又はメチルエチルカーボネート(MEC)、プロピオン酸メチル(MP)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、フルオロベンゼン(FB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(PhEC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、ジエトキシエタン(DEE)、ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、γ-ブチロラクトン(GBL)、及びγ-バレロラクトン(GVL)。一実施形態では、陽極、つまりアノードは通常、電解による酸化又は陽極酸化により形成された薄い酸化物フィルムを有するアルミニウムホイルである。アルミニウムはアノードに対して好ましい金属であるが、他の金属、例えばタンタル、マグネシウム、チタン、ニオブ、ジルコニウム及び亜鉛等を使用してもよい。陰極、つまりカソードは普通、エッチングしたアルミニウムホイルである。更なる態様では、ホスホニウム電解質は、慣用電解質と比較してより低い可燃性を示し、したがって電解キャパシタ動作の安全性を向上させる。
Electrolytic Capacitors Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for electrolytes of electrolytic capacitors. In one embodiment, an electrolytic capacitor is provided that includes an anode, a cathode, a separator between the positive and negative electrodes, and an electrolyte. The electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ion comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent Consists of one or more ionic liquids or salts dissolved in a liquid composition or solvent. In one embodiment, the electrolyte is comprised of an ionic liquid having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the ionic liquid composition having a thermodynamic stability of 375 ° C. or less. A liquidus range wider than 400 ° C. and an ionic conductivity of at least 1 mS / cm, or at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm at room temperature. In another embodiment, the electrolyte is comprised of one or more salts dissolved in a solvent having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, the electrolyte composition comprising: At room temperature, at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm, or at least 20 mS / cm, or at least 30 mS / cm, or at least 40 mS / cm, or at least 50 mS / cm, or at least 60 mS / cm The ionic conductivity of is shown. In some embodiments, the electrolyte composition is composed of, but not limited to, one or more of the following solvents: acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate ( BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene Carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (PhEC), propyl methyl carbonate (PMC), diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL) , And γ-valerolactone (GVL). In one embodiment, the anode, or anode, is typically an aluminum foil with a thin oxide film formed by electrolytic oxidation or anodization. Aluminum is the preferred metal for the anode, but other metals such as tantalum, magnesium, titanium, niobium, zirconium and zinc may be used. The cathode, or cathode, is usually an etched aluminum foil. In a further aspect, the phosphonium electrolyte exhibits lower flammability compared to conventional electrolytes, thus improving the safety of electrolytic capacitor operation.

色素増感型太陽電池
本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、色素増感型太陽電池(DSSC)の電解質によく適している。一実施形態では、色素分子が付加しているアノードと、レドックスシステムを含有する電解質と、カソードとを含むDSSCが提供される。電解質は、一般式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、置換基である)の1つ若しくは複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のイオン液体若しくは塩で構成される。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するものとして特徴づけられ、この電解質組成物は、以下のうちの少なくとも2つ以上を示す:熱力学的安定性、低い揮発性、広い液相範囲、イオン伝導率、化学的安定性、及び電気化学的安定性。別の実施形態では、電解質は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを有するものとして特徴づけられ、この電解質組成物は、約375℃以下あるいはそれより高い温度までの熱力学的安定性、及び少なくとも5mS/cm、又は少なくとも10mS/cm、又は少なくとも15mS/cmのイオン伝導率を示す。
Dye-sensitized solar cell The phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for dye-sensitized solar cell (DSSC) electrolytes. In one embodiment, a DSSC is provided that includes an anode to which dye molecules are attached, an electrolyte containing a redox system, and a cathode. The electrolyte has the general formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
An ion comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently a substituent Consists of one or more ionic liquids or salts dissolved in a liquid composition or solvent. In another embodiment, the electrolyte is characterized as having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, and the electrolyte composition comprises at least two or more of the following: Show: thermodynamic stability, low volatility, wide liquid phase range, ionic conductivity, chemical stability, and electrochemical stability. In another embodiment, the electrolyte is characterized as having one or more phosphonium-based cations and one or more anions, and the electrolyte composition has a temperature of about 375 ° C. or higher. Thermodynamic stability up to and ionic conductivity of at least 5 mS / cm, or at least 10 mS / cm, or at least 15 mS / cm.

電解フィルム
本発明の実施形態によるホスホニウムイオン液体、塩、及び組成物は、電解フィルム又は電解質フィルムによく適している。一実施形態では、基板に適用されたホスホニウムイオン液体組成物を含む電解フィルムが提供される。別の実施形態では、基板に適用された、1つ又は複数のホスホニウムイオン液体又は溶媒中に溶解した塩を含む電解フィルムが提供される。1つの例では、1つ又は複数のホスホニウムイオン液体又は塩を溶媒中に溶解することによって、コーティング溶液を形成する。溶液は、任意の適切な手段、例えばスプレー、スピンコーティング等により基板に適用される。次いで基板を加熱することによって、溶媒を部分的又は完全に除去し、電解質又はイオン伝導性フィルムを形成する。他の実施形態では、適切な溶媒中に溶解したイオン液体、塩及びポリマーの溶液を、例えばスプレー又はスピンコーティング等により基板上にコーティングし、次いで溶媒を部分的又は完全に蒸発させる。これは、イオン伝導性ポリマーゲル/フィルムの形成をもたらす。このようなフィルムは、電池、EDLC及びDSSC及び燃料電池膜用の電解質に特に適切である。
Electrolytic Films Phosphonium ionic liquids, salts, and compositions according to embodiments of the present invention are well suited for electrolytic films or electrolyte films. In one embodiment, an electrolytic film is provided that includes a phosphonium ionic liquid composition applied to a substrate. In another embodiment, an electrolytic film is provided that includes a salt dissolved in one or more phosphonium ionic liquids or solvents applied to a substrate. In one example, a coating solution is formed by dissolving one or more phosphonium ionic liquids or salts in a solvent. The solution is applied to the substrate by any suitable means, such as spraying, spin coating, and the like. The substrate is then heated to partially or completely remove the solvent and form an electrolyte or ion conductive film. In other embodiments, a solution of ionic liquid, salt and polymer dissolved in a suitable solvent is coated onto the substrate, such as by spraying or spin coating, and then the solvent is partially or fully evaporated. This results in the formation of an ion conducting polymer gel / film. Such films are particularly suitable for electrolytes for batteries, EDLC and DSSC and fuel cell membranes.

伝熱媒体
本発明のホスホニウムイオン液体の望ましい特性である高い熱力学的安定性、低い揮発性及び広い液相範囲は、伝熱媒体によく適している。本発明の一部の実施形態は、1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ又は複数のアニオンとを含む、イオン液体組成物又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数の塩を含む伝熱媒体を提供し、この伝熱媒体は、約375℃以下の温度での熱力学的安定性、400℃より広い液相範囲を示す。一部の実施形態では、本発明の伝熱媒体は高温反応媒体である。別の実施形態では、本発明の伝熱媒体は熱抽出媒体である。
Heat Transfer Medium The desirable properties of the phosphonium ionic liquid of the present invention, high thermodynamic stability, low volatility and wide liquid phase range, are well suited for heat transfer media. Some embodiments of the present invention comprise an ionic liquid composition or one or more salts dissolved in a solvent comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions. A heat transfer medium is provided, the heat transfer medium exhibiting thermodynamic stability at temperatures below about 375 ° C., a liquidus range greater than 400 ° C. In some embodiments, the heat transfer medium of the present invention is a high temperature reaction medium. In another embodiment, the heat transfer medium of the present invention is a heat extraction medium.

他の用途
本発明のホスホニウムイオン液体は、更なる用途において使用が見出される。1つの例示的実施形態では、埋込型キャパシタが証明されている。一実施形態では、埋込型キャパシタは、2つの電極の間に配置された誘電体で構成され、この誘電体は、上に記載のようなホスホニウムイオン組成物の電解フィルムで構成される。本発明の埋込型キャパシタは集積回路パッケージ内に埋め込むことができる。更なる実施形態は、「オンボード」キャパシタの配置を含む。
Other Applications The phosphonium ionic liquids of the present invention find use in further applications. In one exemplary embodiment, an embedded capacitor has been demonstrated. In one embodiment, the embedded capacitor is comprised of a dielectric disposed between two electrodes, the dielectric comprising an electrolytic film of a phosphonium ion composition as described above. The embedded capacitor of the present invention can be embedded in an integrated circuit package. Further embodiments include the placement of “on-board” capacitors.

上記の記載は、例示的であることを意図し、これらホスホニウムイオン液体電解質組成物の用途を列挙した用途又はプロセスに限定するものではない。   The above description is intended to be illustrative and is not intended to limit the use of these phosphonium ionic liquid electrolyte compositions to the listed uses or processes.

本発明の実施形態は、次に具体的な実施例を参照して更に詳細に記載される。以下に提供されている実施例は、例示的目的のみを意図し、本発明の範囲及び/又は教示を限定するものでは決してない。   Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to specific examples. The examples provided below are intended for illustrative purposes only and are in no way intended to limit the scope and / or teachings of the present invention.

一般的に、ホスホニウムイオン液体は、適切に置換されたホスホニウム塩と適切に置換された金属塩とのメタセシス反応、又は適切に置換されたホスフィン前駆体と適切に置換されたアニオン前駆体との反応のいずれかにより調製する。図3〜図6は、本発明のホスホニウムイオン液体の4つの例示的実施形態を作製するための反応スキームを例示している。   In general, phosphonium ionic liquids are metathesis reactions of appropriately substituted phosphonium salts with appropriately substituted metal salts, or reactions of appropriately substituted phosphine precursors with appropriately substituted anion precursors. It is prepared by either. FIGS. 3-6 illustrate reaction schemes for making four exemplary embodiments of the phosphonium ionic liquids of the present invention.

(実施例1)
ホスホニウムイオン液体を調製した。AgSO3CF3を50mlの丸底(Rb)フラスコに充填し、3cmのスワイベルフリット(swivel frit)に取り付けた。フラスコを脱気し、グローブボックスに持ち込んだ。グローブボックス内で、ジ-n-プロピルエチルメチルホスホニウムヨージドを加え、フラスコを再び取り付け、真空ラインに持ち込み、脱気し、及び無水THFを真空移送した。フラスコを室温まで温めておき、次いで2時間40℃に加熱した。これにより、薄緑色のビーズ様固体の形成が起きた。この固体を濾過で除去した。これにより、真珠のような、乳白色の溶液が生じた。30℃湯浴を使用して加熱しながら揮発性物質を高真空下で除去した。これにより、0.470gの収量で、白色の結晶性物質が生じた。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図7に示されている。
(Example 1)
A phosphonium ionic liquid was prepared. AgSO 3 CF 3 was charged into a 50 ml round bottom (Rb) flask and attached to a 3 cm swivel frit. The flask was evacuated and brought into the glove box. In the glove box, di-n-propylethylmethylphosphonium iodide was added, the flask was reattached, brought to the vacuum line, degassed, and anhydrous THF was vacuum transferred. The flask was allowed to warm to room temperature and then heated to 40 ° C. for 2 hours. This resulted in the formation of a light green bead-like solid. This solid was removed by filtration. This resulted in a pearly, milky white solution. Volatiles were removed under high vacuum while heating using a 30 ° C. water bath. This produced a white crystalline material with a yield of 0.470 g. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例2)
更なるホスホニウムイオン液体を調製した。ジ-n-プロピルエチルメチルホスホニウムヨージドをグローブボックス内の100mlのRbフラスコに仕込み、次いで取り除き、50mlのDI H2O中に溶解した。この溶液に、AgO2CCF3を加えると、黄色のビーズ様の沈殿物が直ちに生じた。2時間撹拌後、AgIを濾過で除去し、そのケーキを、それぞれ5mlのDI H2Oで3回洗浄した。大部分の水を回転式エバポレーター上で除去した。これにより透明な、低粘度の液体が生じ、次いでこれを加熱及び撹拌しながら高真空下で乾燥させた。これにより物質の凝固が生じた。温水浴内でのその白色固体への穏やかな加温により液体が生じ、この液体は、室温よりすぐ上で融解するようである。この実験で0.410gの物質が生じた。反応スキームは図8Aに描写されている。この物質について熱重量分析(TGA)及び発生ガス分析(EGA)試験を実施し、結果はそれぞれ図8B及び図8Cに示されている。
(Example 2)
Additional phosphonium ionic liquids were prepared. Di-n-propylethylmethylphosphonium iodide was charged into a 100 ml Rb flask in the glove box, then removed and dissolved in 50 ml DI H 2 O. When AgO 2 CCF 3 was added to this solution, a yellow bead-like precipitate immediately formed. After stirring for 2 hours, AgI was removed by filtration and the cake was washed 3 times with 5 ml of DI H 2 O each time. Most of the water was removed on a rotary evaporator. This resulted in a clear, low viscosity liquid which was then dried under high vacuum with heating and stirring. This caused solidification of the material. Mild warming to the white solid in a warm water bath yields a liquid that appears to melt immediately above room temperature. This experiment yielded 0.410 g of material. The reaction scheme is depicted in FIG. 8A. The material was subjected to thermogravimetric analysis (TGA) and evolved gas analysis (EGA) tests, the results of which are shown in FIGS. 8B and 8C, respectively.

(実施例3)
この実施例では、ジ-n-プロピルエチルメチルホスホニウムヨージドをグローブボックス内の100mlのRbフラスコに加え、次いでドラフトチャンバーから出し、70mlのMeOH中に溶解した。次に、AgO2CCF2CF2CF3を加えると、黄色に着色したスラリーが直ちに得られた。3時間撹拌後、固体を濾過により除去し、トータリーエバポレーターによる蒸発により大部分のMeOHを除去し、残りの残渣を高真空下で乾燥させた。これにより、黄色の、どろどろのゲル様物質を得た。「液体」タイプの結晶がRbフラスコの側面に形成されるのが観察され、次いでフラスコをこすることにより「融解して」消えた。この実験で、0.618gの物質が生じた。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図9Aに示されている。発生ガス分析(EGA)もまた実施し、結果は図9Bに示されている。
(Example 3)
In this example, di-n-propylethylmethylphosphonium iodide was added to a 100 ml Rb flask in the glove box and then removed from the draft chamber and dissolved in 70 ml MeOH. Next, when AgO 2 CCF 2 CF 2 CF 3 was added, a yellow colored slurry was immediately obtained. After stirring for 3 hours, the solid was removed by filtration, most of the MeOH was removed by evaporation on a total evaporator, and the remaining residue was dried under high vacuum. This gave a yellow, mushy gel-like substance. “Liquid” type crystals were observed to form on the sides of the Rb flask and then “melted” out by rubbing the flask. This experiment yielded 0.618 g of material. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG. 9A. Evolved gas analysis (EGA) was also performed and the results are shown in FIG. 9B.

(実施例4)
耐圧フラスコをグローブボックス内に持ち込み、0.100gのP(CH2OH)3、続いて5mLのTHF-d8を充填した。固体が溶解したら、Me2SO4を加えた。次いでフラスコを密閉し、グローブボックスから出した。これを110℃油浴内で10分間加熱し、次いで冷却し、グローブボックス内に戻し、1H NMR用に1mLのアリコートを取り除いた。反応スキームは図10Aに例示されている。1H NMRスペクトルは図10Bに示されている。
(Example 4)
The pressure flask was brought into the glove box and charged with 0.100 g of P (CH 2 OH) 3 followed by 5 mL of THF-d8. When the solid dissolved, Me 2 SO 4 was added. The flask was then sealed and removed from the glove box. This was heated in a 110 ° C. oil bath for 10 minutes, then cooled, returned to the glove box, and a 1 mL aliquot was removed for 1 H NMR. The reaction scheme is illustrated in FIG. 10A. The 1 H NMR spectrum is shown in FIG. 10B.

(実施例5)
この実験では、1-エチル-1-メチルホスホラニウム硝酸塩をグローブボックス内の100mlの14/20Rbフラスコに加えた。これに、KC(CN)3を加え、次いでこのRbを3cmのスワイベルフリットに取り付けた。このフリットをラインに持ち込み、CHCl3を真空移送した。フラスコを12時間撹拌させておいた。ネバネバした褐色の物質がフラスコ底部に観察された。溶液を濾過すると、真珠のような、乳白色の濾液が得られ、これから褐色油を分離した。褐色の物質をリサイクルしたCHCl3で2回洗浄すると、より白色に、より顆粒状になった。すべての揮発性成分を高真空下で取り除くと、低粘度の褐色油が得られた。この実験で1.52gの物質が生じた。反応スキームは図11Aに示されている。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図11Bに示されている。
(Example 5)
In this experiment, 1-ethyl-1-methylphosphoranium nitrate was added to a 100 ml 14/20 Rb flask in a glove box. To this was added KC (CN) 3 and then this Rb was attached to a 3 cm swivel frit. This frit was brought into the line and CHCl 3 was vacuum transferred. The flask was allowed to stir for 12 hours. A sticky brown material was observed at the bottom of the flask. Filtration of the solution gave a pearly, milky filtrate from which the brown oil was separated. The brown material was washed twice with recycled CHCl 3 to become whiter and more granular. All volatile components were removed under high vacuum to give a low viscosity brown oil. This experiment yielded 1.52 g of material. The reaction scheme is shown in FIG. 11A. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG. 11B.

(実施例6)
この実験では1-エチル-1-メチルホスホリナニウムヨージドをグローブボックス内の100mlのRbフラスコに加え、次いでドラフトチャンバーに持ち込み、ここで70mlのMeOH中に溶解した。次に、AgO2CCF2CF2CF3を加えると、黄色の沈殿物が直ちに得られた。フラスコを18時間撹拌し、次いで固体を濾過で除去した。大部分のMeOHをロータリーエバポレーターによる蒸発により除去し、残留物を高真空下で乾燥させた。この手順でオフホワイト色の、薄く黄色に色づいた固体を得た。この実験で0.620gの物質が生じた。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図12に示されている。
(Example 6)
In this experiment, 1-ethyl-1-methylphosphorinanium iodide was added to a 100 ml Rb flask in a glove box and then brought into a draft chamber where it was dissolved in 70 ml MeOH. Then, when AgO 2 CCF 2 CF 2 CF 3 was added, a yellow precipitate was immediately obtained. The flask was stirred for 18 hours and then the solid was removed by filtration. Most of the MeOH was removed by evaporation on a rotary evaporator and the residue was dried under high vacuum. This procedure gave an off-white, pale yellow colored solid. This experiment yielded 0.620 g of material. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例7)
別の実験では、1-ブチル-1-エチルホスホラニウムヨージドをドラフトチャンバー内のRbフラスコに加え、次いで水中に溶解し、撹拌した。AgO3SCF3を加えると、黄色の沈殿物が直ちに形成された。フラスコを2時間撹拌し、次いで真空濾過した。濾過中に溶液が形成され、乳状物質が濾過後に観察された。この物質をロータリーエバポレーターによって蒸発させ、残渣を油浴上で真空下で乾燥させ、固体を溶融させた。この実験で0.490gの物質が生じた。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図13に示されている。
(Example 7)
In another experiment, 1-butyl-1-ethylphosphoranium iodide was added to the Rb flask in the draft chamber, then dissolved in water and stirred. When AgO 3 SCF 3 was added, a yellow precipitate immediately formed. The flask was stirred for 2 hours and then vacuum filtered. A solution formed during filtration and milky material was observed after filtration. This material was evaporated by rotary evaporator and the residue was dried under vacuum on an oil bath to melt the solid. This experiment yielded 0.490 g of material. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例8)
更なる実験では、1-ブチル-1-エチルホスホリナニウムヨージドをドラフトチャンバー内のフラスコに加えた。MeOHを加え、次いでフラスコを15分間撹拌した。p-トルエンスルホン酸銀を加えた。フラスコを4時間撹拌した。黄色の沈殿物が形成された。この物質を重力濾過し、次いでロータリーエバポレーターによって蒸発させた。この物質を真空下で乾燥させると、液体が生じた。この実験で0.253gの物質が生じた。反応スキームは図14Aに示されている。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図14Bに示されている。
(Example 8)
In further experiments, 1-butyl-1-ethyl phosphorinanium iodide was added to the flask in the draft chamber. MeOH was added and the flask was then stirred for 15 minutes. Silver p-toluenesulfonate was added. The flask was stirred for 4 hours. A yellow precipitate was formed. This material was gravity filtered and then evaporated on a rotary evaporator. This material was dried under vacuum to yield a liquid. This experiment yielded 0.253 g of material. The reaction scheme is shown in FIG. 14A. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG. 14B.

(実施例9)
別の実験では、250mg(0.96mmol)のトリエチルメチルホスホニウムヨージドを15mLの脱イオン水に加え、続いて5.0mLの脱イオン水中に予め溶解した163mg(0.96mmol)の硝酸銀を加える。反応物を10分間撹拌し、この時点で白色から黄色の沈殿物を濾別する。次いで固体を5.0mLの脱イオン水で洗浄し、水性の画分を合わせる。水を回転式エバポレーター上で、真空下で除去することによって、白色の固体残渣が残り、これを酢酸エチルとアセトニトリルの3:1混合物から再結晶化することによって、トリエチルメチルホスホニウム硝酸塩を得る。収量:176mg、94%。ホスホニウム硝酸塩(176mg、0.90mmol)を5mLの無水アセトニトリル中に溶解する。5mLの無水アセトニトリル中に溶解した113mg(0.90mmol)のテトラフルオロホウ酸カリウムをホスホニウム塩に加え、5分間撹拌後、固体を濾過で除去する。溶媒を回転式エバポレーター上で除去し、生成したオフホワイト色の固体を高温の2-プロパノールから再結晶化することによって、分析では純粋なテトラフルオロホウ酸トリエチルメチルホスホニウムを得る。収量:161mg、81%。図15Aで示されたような1H NMRスペクトルにより、及び図15Bで示された31P NMRスペクトルにより、この組成物を確認する。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図16に示されている。
(Example 9)
In another experiment, 250 mg (0.96 mmol) of triethylmethylphosphonium iodide is added to 15 mL of deionized water followed by 163 mg (0.96 mmol) of silver nitrate previously dissolved in 5.0 mL of deionized water. The reaction is stirred for 10 minutes, at which point the white to yellow precipitate is filtered off. The solid is then washed with 5.0 mL deionized water and the aqueous fractions are combined. Removal of the water on a rotary evaporator under vacuum leaves a white solid residue which is recrystallized from a 3: 1 mixture of ethyl acetate and acetonitrile to give triethylmethylphosphonium nitrate. Yield: 176 mg, 94%. Phosphonium nitrate (176 mg, 0.90 mmol) is dissolved in 5 mL anhydrous acetonitrile. 113 mg (0.90 mmol) potassium tetrafluoroborate dissolved in 5 mL anhydrous acetonitrile is added to the phosphonium salt and after stirring for 5 minutes, the solid is removed by filtration. The solvent is removed on a rotary evaporator and the resulting off-white solid is recrystallized from hot 2-propanol to give pure trifluoromethylphosphonium tetrafluoroborate in the analysis. Yield: 161 mg, 81%. The composition is confirmed by the 1 H NMR spectrum as shown in FIG. 15A and by the 31 P NMR spectrum shown in FIG. 15B. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例10)
別の実験では、250mg(1.04mmol)のトリエチルプロピルホスホニウムブロミド及び135mg(1.06mmol)のテトラフルオロホウ酸カリウムを10mLのアセトニトリル中で合わせた。KBrの微細な白色の沈殿物が直ちに形成し始めた。この混合物を1時間撹拌し、濾過し、溶媒を回転式エバポレーター上で除去することによって、白色固体を生成した。収量:218mg、85%。この粗生成物を2-プロパノールから再結晶化させることによって、分析では純粋な物質を生成することができる。図17Aで示されたような1H NMRスペクトルにより、及び図17Bで示された31P NMRスペクトルにより、この組成物を確認する。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図18に示されている。
(Example 10)
In another experiment, 250 mg (1.04 mmol) triethylpropylphosphonium bromide and 135 mg (1.06 mmol) potassium tetrafluoroborate were combined in 10 mL acetonitrile. A fine white precipitate of KBr began to form immediately. The mixture was stirred for 1 hour, filtered, and the solvent was removed on a rotary evaporator to produce a white solid. Yield: 218 mg, 85%. By recrystallizing this crude product from 2-propanol, pure material can be produced in the analysis. The composition is confirmed by the 1 H NMR spectrum as shown in FIG. 17A and by the 31 P NMR spectrum shown in FIG. 17B. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例11)
更なる実験では、窒素雰囲気下、グローブボックス内で反応を実施した。トリエチルプロピルホスホニウムヨージド1.00g、3.47mmolを20mLの無水アセトニトリル中に溶解した。この溶液に、ヘキサフルオロリン酸銀877mg(3.47mmol)を絶え間なく撹拌しながら加えた。ヨウ化銀の白色の沈殿物が即時に形成され、反応物を5分間撹拌した。沈殿物を濾過し、無水CH3CNで数回洗浄した。濾液をグローブボックスから出し、蒸発させることによって、白色固体を得た。粗材料を高温のイソプロパノール中に溶解し、0.2μmのPTFE膜に通した。濾液を冷却することによって、白色結晶を得、これを濾過で収集した。収量:744mg、70%。図19Aで示されたような1H NMRスペクトルにより、及び図19Bで示された31P NMRスペクトルにより、この組成物を確認する。この物質について熱重量分析(TGA)を実施し、結果は図20に示されている。
(Example 11)
In further experiments, the reaction was carried out in a glove box under a nitrogen atmosphere. 1.00 g of triethylpropylphosphonium iodide, 3.47 mmol was dissolved in 20 mL of anhydrous acetonitrile. To this solution, 877 mg (3.47 mmol) of silver hexafluorophosphate was added with constant stirring. A silver iodide white precipitate formed immediately and the reaction was stirred for 5 min. The precipitate was filtered and washed several times with anhydrous CH 3 CN. The filtrate was removed from the glove box and evaporated to give a white solid. The crude material was dissolved in hot isopropanol and passed through a 0.2 μm PTFE membrane. Cooling the filtrate gave white crystals that were collected by filtration. Yield: 744 mg, 70%. The composition is confirmed by the 1 H NMR spectrum as shown in FIG. 19A and by the 31 P NMR spectrum shown in FIG. 19B. A thermogravimetric analysis (TGA) was performed on this material and the results are shown in FIG.

(実施例12)
この実施例では、モル比1:3:1の(CH3CH2CH2)(CH3)3PCF3BF3/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)PCF3BF3を含む三成分ホスホニウムイオン液体組成物を、(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を含む一成分組成物と比較する。この物質について示差走査熱量測定(DSC)を実施し、結果は、一成分組成物に関しては図21Aに、及び三成分組成物に関しては図21Bに示されている。図21A及び図21Bで例示されているように、三成分組成物は、より低い凍結温度、したがって一成分組成物と比較してより大きな液相範囲という利点を示す。
(Example 12)
In this example, (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 PCF 3 BF 3 / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 in a molar ratio of 1: 3: 1 PCF 3 BF 3 / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) A ternary phosphonium ionic liquid composition containing PCF 3 BF 3 is converted into (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 Compared to a one-component composition comprising CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 . Differential scanning calorimetry (DSC) was performed on this material and the results are shown in FIG. 21A for a one-component composition and FIG. 21B for a ternary composition. As illustrated in FIGS. 21A and 21B, the ternary composition exhibits the advantage of a lower freezing temperature and thus a larger liquid phase range compared to the one-component composition.

(実施例13)
別の実験ではホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を調製した。この塩は、25℃で19.5cPという低粘度、-10.0℃の融点、396.1℃の開始分解温度、407℃の液体範囲、15.2mS/cmのイオン伝導率、並びにPt作用電極及びPt対電極及びAg/Ag+基準電極を有する電気化学セルで測定した場合、-1.5V〜+1.5Vの電気化学的電圧ウィンドウを示す。結果が以下のTable 14(表18)に要約されている。
(Example 13)
In another experiment, the phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. This salt has a low viscosity of 19.5 cP at 25 ° C, a melting point of -10.0 ° C, an onset decomposition temperature of 396.1 ° C, a liquid range of 407 ° C, an ionic conductivity of 15.2 mS / cm, and a Pt working electrode and a Pt counter electrode and When measured in an electrochemical cell with an Ag / Ag + reference electrode, an electrochemical voltage window of -1.5V to + 1.5V is shown. The results are summarized in Table 14 below.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例14)
別の実験では、ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を調製した。0〜4の範囲のACN/塩体積比を有するアセトニトリル(ACN)の溶媒中に塩を溶解した。生成した電解質溶液のイオン伝導率を室温で測定し、結果が図22に示されている。図22が示すように、ACN/塩比が、ゼロ比(希釈していないイオン液体)での13.9mS/cmから、1.5〜2.0の間の比でのピーク値75mS/cmに増加すると共に、イオン伝導率が増加している。
(Example 14)
In another experiment, the phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. The salt was dissolved in a solvent of acetonitrile (ACN) having an ACN / salt volume ratio ranging from 0-4. The ionic conductivity of the produced electrolyte solution was measured at room temperature, and the result is shown in FIG. As FIG. 22 shows, the ACN / salt ratio increases from 13.9 mS / cm at zero ratio (undiluted ionic liquid) to a peak value of 75 mS / cm at a ratio between 1.5 and 2.0, Ionic conductivity is increasing.

(実施例15)
別の実験では、ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を調製した。0〜2.3の範囲のPC/塩体積比を有する炭酸プロピレン(PC)の溶媒中に塩を溶解した。生成した電解質溶液のイオン伝導率を室温で測定し、結果が図23に示されている。図23が示すように、PC/塩比がゼロ比(希釈していないイオン液体)での13.9mS/cmから、0.75〜1.25の間の比でのピーク値22mS/cmに増加すると共にイオン伝導率が増加している。
(Example 15)
In another experiment, the phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was prepared. Salt was dissolved in propylene carbonate (PC) solvent with PC / salt volume ratio in the range of 0-2.3. The ionic conductivity of the produced electrolyte solution was measured at room temperature, and the result is shown in FIG. As FIG. 23 shows, the PC / salt ratio increased from 13.9 mS / cm at zero ratio (undiluted ionic liquid) to a peak value of 22 mS / cm at a ratio between 0.75 and 1.25 and ion conduction The rate is increasing.

(実施例16)〜(実施例35)
更なる実験では、様々なホスホニウム塩を調製した。アセトニトリル(ACN)の溶媒中に塩を溶解することによって、電解質溶液を1.0Mの濃度で形成した。生成した電解質溶液のイオン伝導率を室温で測定した。電気化学的電圧安定性ウィンドウ(Echem Window)を、Pt作用電極及びPt対電極及びAg/Ag+基準電極を有する電気化学セルで求めた。結果をTable 15(表19)にまとめた。電解質は、室温で約28mS/cmを超える、又は約34mS/cmを超える、又は約41mS/cmを超える、又は約55mS/cmを超える、又は約61mS/cmを超えるイオン伝導率を示した。1つの配置(arrengement)では、電気化学窓(Echem Window)は約-3.2V〜+2.4Vの間であった。別の配置では、電気化学窓は約-3.0V〜+2.4Vの間であった。更に別の配置では、電気化学窓は約-2.0V〜+2.4Vの間であった。
(Example 16) to (Example 35)
In further experiments, various phosphonium salts were prepared. An electrolyte solution was formed at a concentration of 1.0M by dissolving the salt in a solvent of acetonitrile (ACN). The ionic conductivity of the produced electrolyte solution was measured at room temperature. The electrochemical voltage stability window (Echem Window) was determined in an electrochemical cell with a Pt working electrode and a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode. The results are summarized in Table 15. The electrolyte exhibited an ionic conductivity at room temperature of greater than about 28 mS / cm, or greater than about 34 mS / cm, or greater than about 41 mS / cm, or greater than about 55 mS / cm, or greater than about 61 mS / cm. In one arrangement, the electrochemical window was between about -3.2V and + 2.4V. In another arrangement, the electrochemical window was between about -3.0V to + 2.4V. In yet another arrangement, the electrochemical window was between about -2.0V and + 2.4V.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例36)〜(実施例41)
更なる実験では、様々なホスホニウム塩を調製し、対照としてのアンモニウム塩と比較した。炭酸プロピレン(PC)の溶媒中に塩を溶解することによって、電解質溶液を1.0Mの濃度で形成した。生成した電解質溶液のイオン伝導率を室温で測定した。電気化学窓(Echem Window)を、Pt作用電極及びPt対電極及びAg/Ag+基準電極を有する電気化学セルで求めた。結果をTable 16(表20)まとめた。ここでは、ホスホニウム塩が対照であるアンモニウム類似体と比較してより高い伝導率、及びより広い電気化学的電圧安定性ウィンドウを示すことを実証している。1つの配置では、Echem Windowは約-2.4V〜+2.5Vの間であった。別の配置では、Echem Windowは約-1.9V〜+3.0Vの間であった。
(Example 36) to (Example 41)
In further experiments, various phosphonium salts were prepared and compared to the ammonium salt as a control. An electrolyte solution was formed at a concentration of 1.0 M by dissolving the salt in a solvent of propylene carbonate (PC). The ionic conductivity of the produced electrolyte solution was measured at room temperature. The electrochemical window was determined with an electrochemical cell having a Pt working electrode and a Pt counter electrode and an Ag / Ag + reference electrode. The results are summarized in Table 16. Here we demonstrate that phosphonium salts exhibit higher conductivity and a broader electrochemical voltage stability window compared to the control ammonium analog. In one arrangement, the Echem Window was between about -2.4V to + 2.5V. In another arrangement, the Echem Window was between about -1.9V and + 3.0V.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例42)〜(実施例45)
更なる実験では、様々なホスホニウム塩を調製し、対照としてのアンモニウム塩と比較した。炭酸プロピレン(PC)の溶媒中に塩を溶解することによって、0.6Mから5.4Mまでの範囲の濃度で電解質溶液を形成した。生成した電解質溶液のイオン伝導率を室温で測定し、結果が図24に提示されている。2.0Mの濃度での伝導率の数値がTable 17(表21)に示されており、ここでは、ホスホニウム塩が対照であるアンモニウム類似体と比較してより高い伝導率を示すことを説明している。
(Example 42) to (Example 45)
In further experiments, various phosphonium salts were prepared and compared to the ammonium salt as a control. Electrolyte solutions were formed at concentrations ranging from 0.6 M to 5.4 M by dissolving the salt in a solvent of propylene carbonate (PC). The ionic conductivity of the resulting electrolyte solution was measured at room temperature and the results are presented in FIG. The conductivity values at a concentration of 2.0M are shown in Table 17, which explains that the phosphonium salt exhibits a higher conductivity compared to the control ammonium analog. Yes.

Figure 2016507888
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(実施例46)
別の実験では、ホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を調製し、対照としてのアンモニウム塩(CH3CH2)3(CH3)NBF4と比較した。アセトニトリル(ACN)の溶媒中にこれらの塩を溶かすことによって、電解質溶液を1.0Mの濃度で形成した。溶液の蒸気圧を25〜105℃の温度で加圧示差走査熱量測定(DSC)により測定した。生成した電解質溶液のイオン伝導性を室温で測定した。図25に例示されているように、ACNの蒸気圧は、25℃でアンモニウム塩での27%と比較して、ホスホニウム塩では39%低下し、105℃でアンモニウム塩に対する13%と比較して、ホスホニウム塩では38%低下している。ホスホニウム塩による蒸気圧の有意な抑制は、電解質溶液の可燃性を減少させること、したがってEDLC動作の安全性を向上させることにおける利点である。
Example 46
In another experiment, the phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was prepared and the ammonium salt (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) as a control. Compared to NBF 4 . An electrolyte solution was formed at a concentration of 1.0 M by dissolving these salts in a solvent of acetonitrile (ACN). The vapor pressure of the solution was measured by pressurized differential scanning calorimetry (DSC) at a temperature of 25-105 ° C. The ionic conductivity of the produced electrolyte solution was measured at room temperature. As illustrated in FIG. 25, the vapor pressure of ACN is reduced by 39% for phosphonium salts compared to 27% for ammonium salts at 25 ° C and compared to 13% for ammonium salts at 105 ° C. The phosphonium salt is 38% lower. Significant suppression of vapor pressure by phosphonium salts is an advantage in reducing the flammability of the electrolyte solution and thus improving the safety of EDLC operation.

(実施例47)〜(実施例50)
別の実験では、ホスホニウム塩をリチウム電池の慣用電解質溶液中で添加剤として使用した。本発明の一実施形態では、EC(エチレンカーボネート)及びDEC(ジエチルカーボネート)の質量比1:1の混合溶媒(EC:DEC 1:1として記述)中1.0MのLiPF6の慣用電解質溶液は、Novolyte Technologies(BASFグループの一部)により提供された。20質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を、慣用電解質溶液に添加した。本発明の別の実施形態では、EC(エチレンカーボネート)、DEC(ジエチルカーボネート)及びEMC(エチルメチルカーボネート)の質量比1:1:1の混合溶媒(EC:DEC:EMC 1:1:1として記述)中1.0MのLiPF6の慣用電解質溶液は、Novolyte Technologies社(BASFグループの一部)により提供された。10質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を、慣用電解質溶液に加えた。電解質溶液の試料1gをガラスシャーレに入れ、試料に着火し、火炎を消火するのに必要とされた時間を記録することによって、自己消火試験を実施した。自己消火時間(SET)を試料の質量に対して規準化する。結果を以下のTable 18(表22)にまとめた。10〜20質量%の間の濃度のホスホニウム添加剤は、自己消火時間を33〜53%短縮した。これは、慣用リチウムイオン電解質においてホスホニウム塩を添加剤として使用することによって、リチウムイオン電池の安全性及び信頼性を実質的に向上させることができることを示している。
(Example 47) to (Example 50)
In another experiment, phosphonium salts were used as additives in conventional electrolyte solutions for lithium batteries. In one embodiment of the present invention, a conventional electrolyte solution of 1.0 M LiPF 6 in a 1: 1 mixed solvent of EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) (described as EC: DEC 1: 1) Provided by Novolyte Technologies (part of BASF group). 20% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the conventional electrolyte solution. In another embodiment of the present invention, a 1: 1 mixed solvent ratio of EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate) and EMC (ethyl methyl carbonate) (EC: DEC: EMC 1: 1: 1) Description) A conventional electrolyte solution of 1.0M LiPF 6 was provided by Novolyte Technologies (part of BASF group). 10% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the conventional electrolyte solution. A self-extinguishing test was performed by placing a 1 g sample of the electrolyte solution in a glass petri dish, igniting the sample, and recording the time required to extinguish the flame. The self-extinguishing time (SET) is normalized with respect to the sample mass. The results are summarized in Table 18 below. Phosphonium additives at concentrations between 10-20% by weight reduced the self-extinguishing time by 33-53%. This indicates that the safety and reliability of a lithium ion battery can be substantially improved by using a phosphonium salt as an additive in a conventional lithium ion electrolyte.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例51)
別の実験では、ホスホニウム塩をリチウム電池の標準的電解質溶液中で添加剤として使用した。本発明の一実施形態では、EC(エチレンカーボネート)及びDEC(ジエチルカーボネート)の質量比1:1の混合溶媒(EC:DEC 1:1として記述)中1.0MのLiPF6の標準的電解質溶液は、Novolyte Technologies社(BASFグループの一部)により提供された。10質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PC(CN)3を、標準的電解質溶液に加えた。標準的電解質溶液及びホスホニウム添加剤を有する溶液の両方のイオン伝導率を-30〜+60℃の異なる温度で測定した。図26に例示されているように、ホスホニウム添加剤は、広範な温度範囲において電解質溶液のイオン伝導率を向上させる。-30℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は109%増大している。。+20℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は23%増大している。。+60℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は約25%増大している。。一般的に、標準的電解質溶液のイオン伝導率は、ホスホニウム添加剤の結果として少なくとも25%増大している。。
(Example 51)
In another experiment, phosphonium salts were used as additives in standard electrolyte solutions for lithium batteries. In one embodiment of the present invention, a standard electrolyte solution of 1.0 M LiPF 6 in a 1: 1 mixed solvent of EC (ethylene carbonate) and DEC (diethyl carbonate) (denoted as EC: DEC 1: 1) is , Provided by Novolyte Technologies (part of BASF Group). 10% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PC (CN) 3 was added to the standard electrolyte solution. The ionic conductivity of both the standard electrolyte solution and the solution with phosphonium additive was measured at different temperatures from -30 to + 60 ° C. As illustrated in FIG. 26, the phosphonium additive improves the ionic conductivity of the electrolyte solution over a wide temperature range. At −30 ° C., the ionic conductivity is increased by 109% as a result of the phosphonium additive. . At + 20 ° C., the ionic conductivity is increased by 23% as a result of the phosphonium additive. . At + 60 ° C., the ionic conductivity is increased by about 25% as a result of the phosphonium additive. . In general, the ionic conductivity of standard electrolyte solutions is increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive. .

(実施例52)
別の実験では、ホスホニウム塩をリチウム電池の標準的電解質溶液中で添加剤として使用した。本発明の一実施形態では、EC(エチレンカーボネート)、DEC(ジエチルカーボネート)及びEMC(エチルメチルカーボネート)の質量比1:1:1の混合溶媒(EC:DEC:EMC 1:1:1として記述)中1.0MのLiPF6の標準的電解質溶液は、Novolyte Technologies社(BASFグループの一部)により提供された。10質量%のホスホニウム塩(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3を、標準的電解質溶液に加えた。標準的電解質溶液及びホスホニウム添加剤を有する溶液の両方のイオン伝導率を20〜90℃の異なる温度で測定した。図27に例示されているように、ホスホニウム添加剤は、広範な温度範囲において電解質溶液のイオン伝導率を向上させる。20℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は約36%増大している。。60℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は約26%増大している。。90℃では、ホスホニウム添加剤の結果としてイオン伝導率は約38%増大している。。一般的に、標準的電解質溶液のイオン伝導率は、ホスホニウム添加剤の結果として少なくとも25%増大している。。
(Example 52)
In another experiment, phosphonium salts were used as additives in standard electrolyte solutions for lithium batteries. In one embodiment of the present invention, a 1: 1 mixed solvent ratio of EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate) and EMC (ethyl methyl carbonate) is described as EC: DEC: EMC 1: 1: 1. A standard electrolyte solution of 1.0M LiPF 6 was provided by Novolyte Technologies (part of BASF group). 10% by weight of phosphonium salt (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 was added to the standard electrolyte solution. The ionic conductivity of both the standard electrolyte solution and the solution with phosphonium additive was measured at different temperatures of 20-90 ° C. As illustrated in FIG. 27, the phosphonium additive improves the ionic conductivity of the electrolyte solution over a wide temperature range. At 20 ° C., the ionic conductivity is increased by about 36% as a result of the phosphonium additive. . At 60 ° C., the ionic conductivity is increased by about 26% as a result of the phosphonium additive. . At 90 ° C., the ionic conductivity is increased by about 38% as a result of the phosphonium additive. . In general, the ionic conductivity of standard electrolyte solutions is increased by at least 25% as a result of the phosphonium additive. .

(実施例53)
更なる実験では、図28に例示されているように、コインセルは、2つの、直径14mmのディスク状炭素電極と、2つの電極の間に挟まれた直径19mmのセパレーターと、含浸電解質溶液とで構成される。本発明の一実施形態では、100μmの厚さの2つの炭素電極を活性炭(Kuraray社、YP-50F、1500〜1800m2/g)から調製し、バインダーと混合し、それぞれ30μmの厚さのアルミニウム集電体に結合した。セパレーターは、35μm NKKセルロースセパレーター(TF40-35)から調製した。アセトニトリル又は炭酸プロピレンのいずれかの中に1.0Mのホスホニウム塩を含有する電解質溶液を、炭素電極とセパレーターの両方に含浸させた。この集合体を2032コインセルケースの中に置き、クリンパーを使用して適当な気圧をかけることによって密閉した。完成したセルは、直径20mm、厚さ3.2mmであった。全体の組立プロセスは、窒素で満たしたグローブボックス内で行った。完成したセルは、定電流で充電及び放電することによって、CHI定電位電解装置で特徴づけた。図29は、炭酸プロピレン電解質中1.0Mの(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3を有するこのようなコインセルに対する充放電曲線を示している。このセルは、最初に0V〜2.5Vまで充電し、次いで10mAで1.0Vまで放電した。セルキャパシタンスは0.55Fと決定した。
(Example 53)
In further experiments, as illustrated in FIG. 28, a coin cell is composed of two 14 mm diameter disk-like carbon electrodes, a 19 mm diameter separator sandwiched between the two electrodes, and an impregnating electrolyte solution. Composed. In one embodiment of the present invention, two carbon electrodes with a thickness of 100 μm are prepared from activated carbon (Kuraray, YP-50F, 1500-1800 m 2 / g), mixed with a binder, each 30 μm thick aluminum Combined with current collector. The separator was prepared from a 35 μm NKK cellulose separator (TF40-35). An electrolyte solution containing 1.0 M phosphonium salt in either acetonitrile or propylene carbonate was impregnated on both the carbon electrode and the separator. This assembly was placed in a 2032 coin cell case and sealed by applying an appropriate pressure using a crimper. The completed cell had a diameter of 20 mm and a thickness of 3.2 mm. The entire assembly process was performed in a glove box filled with nitrogen. The completed cell was characterized with a CHI constant potential electrolyzer by charging and discharging with constant current. FIG. 29 shows a charge / discharge curve for such a coin cell having 1.0 M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in a propylene carbonate electrolyte. The cell was initially charged from 0V to 2.5V and then discharged to 1.0V at 10mA. The cell capacitance was determined to be 0.55F.

(実施例54)〜(実施例57)
更なる実験では、図30A及び図30Bに例示されているように、パウチセルは、15mmx15mmの2つの炭素電極と、2つの電極に挟まれた20mm×20mmのセパレーターと、含浸電解質溶液とで構成される。場合によって、パウチセルは、各炭素電極において電位を求めることができるよう、第3の電極-銀電極等の基準電極を含む。本発明の一実施形態では、100μmの厚さの2つの炭素電極を活性炭(Kuraray社、YP-50F、1500〜1800m2/g)から調製し、バインダーと混合し、それぞれ30μmの厚さのアルミニウム集電体に結合した。セパレーターを35μm NKKセルロースセパレーター(TF40-35)から調製した。アセトニトリル又は炭酸プロピレンのいずれかの中に1.0Mのホスホニウム塩を含有する電解質溶液を、炭素電極とセパレーターの両方に含浸させた。この集合体を整列させると、ホットメルト接着剤テープを使用して2つの集電体タブをまとめることによって、タブの周りの漏れを予防した。次いでアルミニウムラミネートパウチバッグ内にこの集合体を真空密閉した。完成したセルは、寸法70mm×30mm及び厚さ0.3mmであった。全体の組立プロセスは、窒素で満たしたグローブボックス内で行った。完成したセルを、定電流密度で充電及び放電することによってCHI定電位電解装置で特徴づけた。図31Aは、炭酸プロピレン中1.0Mの(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3を有するパウチセルに対する充放電曲線を示している。セルを充電し、10mAで0〜2.7Vの間で放電した。図31Bは、銀基準電極で測定した陽極及び陰極の炭素電極における解析(resolve)した電極電位を示している。ある場合には、パウチセルは3.9Vまでの高電圧に完全に充電することができた。結果は以下のTable 19(表23)に要約されている。1つの配置では、EDLCは、0V〜3.9Vまで充電及び放電することができる。別の配置では、EDLCは、0V〜3.6Vまで充電及び放電することができる。別の配置では、EDLCは、0V〜3.3Vまで充電及び放電することができる。
(Example 54) to (Example 57)
In further experiments, as illustrated in FIGS. 30A and 30B, the pouch cell is composed of two 15 mm × 15 mm carbon electrodes, a 20 mm × 20 mm separator sandwiched between the two electrodes, and an impregnating electrolyte solution. The In some cases, the pouch cell includes a reference electrode such as a third electrode-silver electrode so that a potential can be determined at each carbon electrode. In one embodiment of the present invention, two carbon electrodes with a thickness of 100 μm are prepared from activated carbon (Kuraray, YP-50F, 1500-1800 m 2 / g), mixed with a binder, each 30 μm thick aluminum Combined with current collector. A separator was prepared from a 35 μm NKK cellulose separator (TF40-35). An electrolyte solution containing 1.0 M phosphonium salt in either acetonitrile or propylene carbonate was impregnated on both the carbon electrode and the separator. When this assembly was aligned, leakage around the tabs was prevented by using hot melt adhesive tape to bring the two current collector tabs together. The assembly was then vacuum sealed in an aluminum laminate pouch bag. The completed cell had dimensions of 70 mm x 30 mm and a thickness of 0.3 mm. The entire assembly process was performed in a glove box filled with nitrogen. The completed cell was characterized with a CHI constant potential electrolyzer by charging and discharging at a constant current density. FIG. 31A shows a charge / discharge curve for a pouch cell having 1.0 M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in propylene carbonate. The cell was charged and discharged between 0 and 2.7 V at 10 mA. FIG. 31B shows the resolved electrode potentials at the anode and cathode carbon electrodes measured with the silver reference electrode. In some cases, pouch cells could be fully charged to voltages as high as 3.9V. The results are summarized in Table 19 below. In one arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0V to 3.9V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0V to 3.6V. In another arrangement, the EDLC can be charged and discharged from 0V to 3.3V.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例58)
更なる実験では、図32に例示されているように、円柱状セルは、6cm×50cmの第1のセパレーターストリップと、第1のセパレーターの上に置かれた5.8cm×50cmの第1の炭素電極ストリップと、第1の炭素電極の上に置かれた6cm×50cmの第2のセパレーターストリップと、第2のセパレーターの上に置かれた5.8cm×50cmの第2の炭素電極ストリップとで構成される。電極/セパレーター組立は、堅いセルコア部にゼリーロール形式で巻きつけた。本発明の一実施形態では、100μmの厚さの炭素電極を活性炭(Kuraray社、YP-50F、1500〜1800m2/g)から調製し、バインダーと混合し、30μmの厚さのアルミニウム集電体の両側に結合し、その結果両面電極構造が生じた。セパレーターを35μm NKKセルロースセパレーター(TF40-35)から調製した。ゼリーロールコアを18650円柱状のセルケース内に置いた。アセトニトリル又は炭酸プロピレンのいずれかの中に1.0Mホスホニウム塩を含有する電解質溶液を、真空注入装置を使用して加えることによって、電解質がセパレーター及び炭素電極の細孔に浸透し、これらを完全に満たすことを確実にした。電解質を充填後、キャップをして、セルを閉じた。完成した円柱状のセルの寸法は直径18mm及び長さ65mmであった。全体の組立プロセスは、乾燥した部屋又は窒素を満たしたグローブボックス内で行った。完成したセルを、定電流で充電及び放電することによって、PAR社、VersaSTAT4-200定電位電解装置で特徴づけた。図33は、このような炭酸プロピレン中1Mの(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2CF3F3の電解質溶液を有するこのような円柱状セルに対する充放電曲線を示している。セルは最初に1.0V〜2.5Vまで充電し、2.5Vで300秒間保留し、次いで600mAで2.5Vに放電した。セルキャパシタンスは132Fと決定した。
(Example 58)
In a further experiment, as illustrated in FIG. 32, a cylindrical cell consists of a 6 cm × 50 cm first separator strip and a 5.8 cm × 50 cm first carbon placed on top of the first separator. Consists of an electrode strip, a 6 cm x 50 cm second separator strip placed over the first carbon electrode, and a 5.8 cm x 50 cm second carbon electrode strip placed over the second separator Is done. The electrode / separator assembly was wound in a jelly roll form around a rigid cell core. In one embodiment of the present invention, a 100 μm thick carbon electrode was prepared from activated carbon (Kuraray, YP-50F, 1500-1800 m 2 / g), mixed with a binder, and a 30 μm thick aluminum current collector. As a result, a double-sided electrode structure was formed. A separator was prepared from a 35 μm NKK cellulose separator (TF40-35). The jelly roll core was placed in an 18650 cylindrical cell case. By adding an electrolyte solution containing 1.0M phosphonium salt in either acetonitrile or propylene carbonate using a vacuum injector, the electrolyte penetrates into and completely fills the pores of the separator and the carbon electrode. I made sure. After filling the electrolyte, the cell was closed with a cap. The dimensions of the completed cylindrical cell were 18 mm in diameter and 65 mm in length. The entire assembly process was performed in a dry room or a nitrogen filled glove box. The completed cell was characterized by a PAR, VersaSTAT4-200 constant potential electrolyzer by charging and discharging with constant current. FIG. 33 shows the charge-discharge curve for such a cylindrical cell with an electrolyte solution of 1M (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 CF 3 F 3 in such propylene carbonate. Is shown. The cell was first charged from 1.0 V to 2.5 V, held at 2.5 V for 300 seconds, and then discharged to 2.5 V at 600 mA. The cell capacitance was determined to be 132F.

(実施例59)〜(実施例61)
更なる実験において、2.7V及び70℃で、炭酸プロピレン中1.0Mのホスホニウム塩を含有するパウチセルに対して、対照としてアンモニウム塩と比較して、加速ストレス試験を実施した。セル性能安定性を初期のキャパシタンス保持率として測定した。結果は図34に示されている。80時間におけるキャパシタンス保持率の数値がTable 20(表24)に示され、ホスホニウム塩を有するセルが、アンモニウム塩を有するセルと比較してより高い保持率を示すことを例示している。
(Example 59) to (Example 61)
In a further experiment, an accelerated stress test was performed on pouch cells containing 1.0 M phosphonium salt in propylene carbonate at 2.7 V and 70 ° C. compared to the ammonium salt as a control. Cell performance stability was measured as the initial capacitance retention. The results are shown in FIG. Capacitance retention values at 80 hours are shown in Table 20 and illustrate that cells with phosphonium salts show higher retention rates compared to cells with ammonium salts.

Figure 2016507888
Figure 2016507888

(実施例62)
更なる実験では、-40℃〜+80℃の異なる温度で、1.0Mホスホニウム塩-(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2PCF3BF3の電解質溶液を含有するパウチセルに対して、対照としてアンモニウム塩-(CH3CH2)3(CH3)NBF4の電解質溶液を有するパウチセルと比較して、セル性能を試験した。セル性能安定性を25℃におけるキャパシタンス保持率として測定した。図35に例示されているように、ホスホニウム塩を有するセルは、0℃未満の温度で、アンモニウム塩を有するセルと比較して、より高い保持率を示している。これから理解できるように、本明細書で開示されている新規のホスホニウム電解質を用いて作製されたEDLCは、-40℃〜+80℃の間の温度範囲で動作することができる。本明細書で開示されているホスホニウム電解質で作製されたEDLCは、約-50℃〜+120℃の間の温度範囲で動作することができることが予想される。したがって、本明細書で開示されている材料及び構造を用いて、拡大した温度範囲で機能することができるEDLCを作製することがここで可能である。これによって、製作及び/又は動作中に広い温度範囲の対象となる広範な用途へこれらの装置を導入することが可能となる。
(Example 62)
In further experiments, containing electrolyte solutions of 1.0M phosphonium salt- (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 PCF 3 BF 3 at different temperatures from -40 ° C to + 80 ° C The pouch cell was tested for cell performance as compared to a pouch cell with an ammonium salt- (CH 3 CH 2 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 electrolyte solution as a control. Cell performance stability was measured as capacitance retention at 25 ° C. As illustrated in FIG. 35, the cell with the phosphonium salt shows a higher retention at a temperature below 0 ° C. compared to the cell with the ammonium salt. As can be appreciated, EDLCs made using the novel phosphonium electrolytes disclosed herein can operate in a temperature range between -40 ° C and + 80 ° C. It is expected that EDLCs made with the phosphonium electrolytes disclosed herein can operate in a temperature range between about −50 ° C. and + 120 ° C. Thus, it is now possible to make EDLCs that can function over an extended temperature range using the materials and structures disclosed herein. This allows these devices to be introduced into a wide range of applications that are subject to a wide temperature range during fabrication and / or operation.

本発明は、実施例に開示されている具体的な実施形態により範囲が限定されるべきでなく、これらの実施例は本発明のいくつかの態様の例示として意図されているものであり、機能的に同等なあらゆる実施形態は本発明の範囲内にある。実際に、本明細書中に示されている及び記載されているものに加えて本発明の様々な修正が当業者には明らかとなり、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。   The present invention should not be limited in scope by the specific embodiments disclosed in the examples, which are intended as illustrations of several aspects of the invention, and Any equivalent embodiment is within the scope of the present invention. Indeed, various modifications of the invention in addition to those shown and described herein will be apparent to those skilled in the art and are intended to be within the scope of the claims appended hereto.

いくつかの参考文献が引用され、これらの全体の開示は参照により本明細書に組み込まれている。   Several references are cited, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference.

10 シングルセル電池
12 アノード
12' カソード
14 集電板
14' 集電板
16 分離フィルム又は膜
18 電解質溶液
20 バイポーラ配置
22 アノード
24 カソード
26 「バイポーラ」集電体
30 マルチセル電池
32 ユニットセル
34 ユニットセル
36 ユニットセル
38 ユニットセル
10 Single cell battery
12 Anode
12 'cathode
14 Current collector
14 'current collector
16 Separation film or membrane
18 Electrolyte solution
20 Bipolar arrangement
22 Anode
24 cathode
26 “Bipolar” current collector
30 Multi-cell battery
32 unit cells
34 unit cells
36 unit cells
38 unit cells

Claims (45)

陽極と、
陰極と、
第1の電極及び第2の電極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
前記電解質組成物が、1つ若しくは複数のホスホニウムイオン液体、又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のホスホニウム塩を含み、
前記1つ又は複数のホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩が、式:
R1R2R3R4P
(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、アルキル基である)
の1つ又は複数のホスホニウムベースのカチオンと、1つ若しくは又は複数のアニオンとを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the first electrode and the second electrode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises one or more phosphonium ionic liquids, or one or more phosphonium salts dissolved in a solvent;
The one or more phosphonium ionic liquids or phosphonium salts have the formula:
R 1 R 2 R 3 R 4 P
(Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group)
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising one or more phosphonium-based cations and one or more anions.
R1、R2、R3及びR4が、それぞれ独立して、1〜4個の炭素原子で構成されるアルキル基である、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1 , wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 4 carbon atoms. R1、R2、R3及びR4が、それぞれ独立して、1〜4個の炭素原子で構成されるアルキル基であり、R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも2つが同じであり、かつ、R1、R2、R3及びR4のいずれもが酸素を有しない、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently an alkyl group composed of 1 to 4 carbon atoms, and at least 2 of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein one of them is the same and none of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 has oxygen. R1、R2、R3及びR4基のうちの1つ又は複数の中の水素原子のうちの1個又は複数がフッ素で置換されている、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrochemical double layer capacitor of claim 1, wherein one or more of the hydrogen atoms in one or more of the R 1 , R 2 , R 3 and R 4 groups are substituted with fluorine. (EDLC). ホスホニウム塩のうちのいずれか1つ又は複数が、100℃以下の温度で液体であっても固体であってもよい、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   2. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein any one or more of the phosphonium salts may be liquid or solid at a temperature of 100 ° C. or lower. ホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩のうちの少なくとも1つが、1つのカチオン及び1つのアニオンのペアで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein at least one of the phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of a pair of one cation and one anion. ホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩のうちの少なくとも1つが、1つのアニオン及び複数のカチオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein at least one of the phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of one anion and a plurality of cations. ホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩のうちの少なくとも1つが、1つのカチオン及び複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein at least one of the phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of one cation and a plurality of anions. ホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩のうちの少なくとも1つが、複数のカチオン及び複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein at least one of the phosphonium ionic liquid or the phosphonium salt is composed of a plurality of cations and a plurality of anions. ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2CH2)2(CH3CH2)(CH3)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) 2 (CH 3 CH 2) (CH 3) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2) (CH 3) 2 composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2)3(CH3)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2) 3 (CH 3) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2) 3 composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2)4P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2) 4 composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2CH2)3(CH3)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CH3CH2CH2)3(CH3CH2)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 CH 2) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CF3CH2CH2)(CH3CH2)3P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CF 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2) 3 composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CF3CH2CH2)3(CH3CH2)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CF 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3 CH 2) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CF3CH2CH2)3(CH3)P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CF 3 CH 2 CH 2 ) 3 (CH 3) composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). ホスホニウムベースのカチオンが、式:(CF3CH2CH2)4P+で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Phosphonium based cation is comprised of the formula: (CF 3 CH 2 CH 2 ) 4 composed of P +, the electrochemical double layer capacitor of claim 1 (EDLC). 電解質組成物が、ホスホニウムカチオンと、PF6、(CF3)3PF3、(CF3)4PF2、(CF3CF2)4PF2、(CF3CF2CF2)4PF2、(-OCOCOO-)PF4、(-OCOCOO-)(CF3)3PF、(-OCOCOO-)3P、BF4、CF3BF3、(CF3)2BF2、(CF3)3BF、(CF3)4B、(-OCOCOO-)BF2、(-OCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOO-)(CF3)2B、(-OSOCH2SOO-)BF2、(-OSOCF2SOO-)BF2、(-OSOCH2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCF2SOO-)BF(CF3)、(-OSOCH2SOO-)B(CF3)2、(-OSOCF2SOO-)B(CF3)2、CF3SO3、(CF3SO2)2N、(-OCOCOO-)2PF2、(CF3CF2)3PF3、(CF3CF2CF2)3PF3、(-OCOCOO-)2B、(-OCO(CH2)nCOO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)BF(CF3)、(-OCOCR2COO-)B(CF3)2、(-OCOCR2COO-)2B、CF3BF(-OOR)2、CF3B(-OOR)3、CF3B(-OOR)F2、(-OCOCOCOO-)BF(CF3)、(-OCOCOCOO-)B(CF3)2、(-OCOCOCOO-)2B、(-OCOCR1R2CR1R2COO-)BF(CF3)、及び(-OCOCR1R2CR1R2COO-)B(CF3)2(式中、R、R1、及びR2は、それぞれ独立して、H又はFである)からなる群から選択される1つ又は複数のアニオンとを含む、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrolyte composition comprises phosphonium cation, PF 6 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 4 PF 2 , (CF 3 CF 2 CF 2 ) 4 PF 2 , (-OCOCOO-) PF 4 , (-OCOCOO-) (CF 3 ) 3 PF, (-OCOCOO-) 3 P, BF 4 , CF 3 BF 3 , (CF 3 ) 2 BF 2 , (CF 3 ) 3 BF , (CF 3 ) 4 B, (-OCOCOO-) BF 2 , (-OCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOO-) (CF 3 ) 2 B, (-OSOCH 2 SOO-) BF 2 , ( -OSOCF 2 SOO-) BF 2 , (-OSOCH 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCF 2 SOO-) BF (CF 3 ), (-OSOCH 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , ( -OSOCF 2 SOO-) B (CF 3 ) 2 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N, (-OCOCOO-) 2 PF 2 , (CF 3 CF 2 ) 3 PF 3 , (CF 3 CF 2 CF 2) 3 PF 3, (- OCOCOO-) 2 B, (- OCO (CH 2) n COO-) BF (CF 3), (- OCOCR 2 COO-) BF (CF 3), (- OCOCR 2 COO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCR 2 COO-) 2 B, CF 3 BF (-OOR) 2 , CF 3 B (-OOR) 3 , CF 3 B (-OOR) F 2 , (- OCOCOCOO-) BF (CF 3 ), (-OCOCOCOO-) B (CF 3 ) 2 , (-OCOCOCOO-) 2 B, (-OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) BF (CF 3 ), and ( -OCOCR 1 R 2 CR 1 R 2 COO-) B (CF 3 ) 2 (wherein R, R 1 and R 2 are each independently And / or an anion selected from the group consisting of H or F). 1つ又は複数のアニオンが、-O3SCF3-O2CCF3-O2CCF2CF2CF3、CF3BF3 -、C(CN)3 -、PF6 -、NO3 --O3SCH3、BF4 --O3SCF2CF2CF3-O2CCF2CF3-O2CH、-O2CC6H5-OCN、CO3 2-、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、(CF3SO2)2N-、(CF3)2BF2 -、(CF3)3BF-、CF3CF2BF3 -、又は-N(CN)2のうちのいずれか1つ又は複数で構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 One or more anions, - O 3 SCF 3, - O 2 CCF 3, - O 2 CCF 2 CF 2 CF 3, CF 3 BF 3 -, C (CN) 3 -, PF 6 -, NO 3 - , - O 3 SCH 3, BF 4 -, - O 3 SCF 2 CF 2 CF 3, - O 2 CCF 2 CF 3, - O 2 CH, - O 2 CC 6 H 5, - OCN, CO 3 2-, (-OCOCOO-) BF 2 -, ( - OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, (CF 3 SO 2) 2 N -, (CF 3) 2 BF 2 -, 2. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, comprising any one or more of (CF 3 ) 3 BF , CF 3 CF 2 BF 3 , and —N (CN) 2. ). 電解質組成物が、ホスホニウム塩と、アセトニトリル、エチレンカーボネート(EC)、炭酸プロピレン(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)又はメチルエチルカーボネート(MEC)、プロピオン酸メチル(MP)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、フルオロベンゼン(FB)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、フェニルエチレンカーボネート(PhEC)、プロピルメチルカーボネート(PMC)、ジエトキシエタン(DEE)、ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)、又はこれらの混合物のうちの1つ又は複数の溶媒とを含む、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrolyte composition comprises phosphonium salt, acetonitrile, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or methyl ethyl. Carbonate (MEC), methyl propionate (MP), fluoroethylene carbonate (FEC), fluorobenzene (FB), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), phenyl ethylene carbonate (PhEC), propyl methyl carbonate (PMC) ), Diethoxyethane (DEE), dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone (GVL), or a mixture thereof. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, comprising: 電解質組成物がホスホニウム塩を含み、前記ホスホニウム塩が、式:(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P+のカチオン及び式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-、又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrolyte composition includes a phosphonium salt, wherein the phosphonium salt is a cation of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P + and a formula: BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 -, (- OCOCOO-) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, 2. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, which is composed of (CF 3 SO 2 ) 2 N or any one or more anions of these combinations. 電解質組成物がホスホニウム塩を含み、前記ホスホニウム塩が、式:(CH3)(CH3CH2)3Pのカチオン及び式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-、又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrolyte composition includes a phosphonium salt, the phosphonium salt being a cation of the formula: (CH 3 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P and the formula: BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 , (—OCOCOO -) BF 2 -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N - Or an electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein the electrochemical double layer capacitor is composed of one or more anions of these or combinations thereof. 電解質組成物がホスホニウム塩を含み、ホスホニウム塩が、式:(CH3CH2CH2)(CH3CH2)3P+のカチオン及び式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)2B-、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-、又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrolyte composition includes a phosphonium salt, the phosphonium salt being a cation of the formula: (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 3 P + and the formula: BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 , (- OCOCOO-) BF 2 - , (- OCOCOO-) 2 B -, (- OCOCOO -) (CF 3) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, (CF 3 SO 2 2. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, which is composed of any one or more anions of 2 N or a combination thereof. 電解質組成物がホスホニウム塩を含み、ホスホニウム塩が、式:(CH3CH2)4P+のカチオン及び式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-、又はこれらの組合せのうちのいずれか1つ又は複数のアニオンで構成される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 The electrolyte composition includes a phosphonium salt, the phosphonium salt being a cation of the formula: (CH 3 CH 2 ) 4 P + and the formula: BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 , (—OCOCOO−) BF 2 -, (- OCOCOO -) ( CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N -, or their The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, which is composed of any one or more anions of the combination. 陽極活性物質及び陰極活性物質が、それぞれ、カーボンブラック、グラファイト、グラフェン;炭素-金属複合材;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン;リチウム、ルテニウム、タンタル、ロジウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、又はバナジウムの酸化物、塩化物、臭化物、硫酸塩、硝酸塩、硫化物、水素化物、窒化物、リン化物、又はセレン化物、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The anode active material and the cathode active material are carbon black, graphite, graphene, carbon-metal composite material, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, lithium, ruthenium, tantalum, rhodium, iridium, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, or vanadium, respectively. The electrochemistry of claim 1, selected from the group consisting of oxides, chlorides, bromides, sulfates, nitrates, sulfides, hydrides, nitrides, phosphides, or selenides, and combinations thereof. Double layer capacitor (EDLC). 陽極活性物質及び陰極活性物質が同じである、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein the anode active material and the cathode active material are the same. 陽極活性物質及び陰極活性物質が異なる、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to claim 1, wherein the anode active material and the cathode active material are different. 電解質組成物が、1つ又は複数の慣用の、非ホスホニウム塩を更に含む、請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The electrochemical double layer capacitor (EDLC) of claim 1, wherein the electrolyte composition further comprises one or more conventional, non-phosphonium salts. ホスホニウムベースのイオン液体又は塩及び慣用の塩が、ホスホニウムベースのイオン液体又は塩:慣用の塩のモル比1:100〜1:1の範囲で電解質組成物中に存在する、請求項31に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   The phosphonium-based ionic liquid or salt and the conventional salt are present in the electrolyte composition in a phosphonium-based ionic liquid or salt: conventional salt molar ratio ranging from 1: 100 to 1: 1. Electrochemical double layer capacitor (EDLC). 1つ又は複数の慣用の塩が、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム(TEABF4)、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム(TEMABF4)、テトラフルオロホウ酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIBF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(EMIIm)、及びヘキサフルオロリン酸1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(EMIPF6)からなる群から選択される、請求項31に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 One or more conventional salts are tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ), triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) 32, selected from the group consisting of 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMIIm), and 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMIPF 6 ). Electrochemical double layer capacitor (EDLC) described in 1. 陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
前記電解質組成物が、1つ若しくは複数のホスホニウムイオン液体、又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のホスホニウム塩を含み、
前記1つ又は複数のホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩が、式:
P(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)4-x-y(式中、x、y=0〜4であり、x+y≦4である)
の1つ又は複数のカチオンと、
式:
(CF3)xBF4-x(式中、x=0〜4である)
(CF3(CF2)n)xPF6-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜4である)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B(式中、n=0〜2である)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2-x(式中、x=0〜2である)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6-2x-y(x=1〜3であり、y=0〜4であり、2x+y≦6である)
の1つ又は複数のアニオンとを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises one or more phosphonium ionic liquids, or one or more phosphonium salts dissolved in a solvent;
The one or more phosphonium ionic liquids or phosphonium salts have the formula:
P (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 4-xy (where x, y = 0 to 4 and x + y ≦ 4)
One or more cations of
formula:
(CF 3 ) x BF 4-x (where x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3 ) y PF 6-2x-y (x = 1-3, y = 0-4, 2x + y ≦ 6)
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising one or more anions of:
陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
電解質組成物が、1つ若しくは複数のホスホニウムイオン液体、又は溶媒中に溶解した1つ若しくは複数のホスホニウム塩を含み、
前記1つ又は複数のホスホニウムイオン液体又はホスホニウム塩が、式:
P(-CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(式中、x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
P(-CH2CH2CH2CH2CH2-)(CH3CH2CH2)y(CH3CH2)x(CH3)2-x-y(式中、x、y=0〜2であり、x+y≦2である)
の1つ又は複数のカチオンと、
式:
(CF3)xBF4-x(式中、x=0〜4である)
(CF3(CF2)n)xPF6-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜4である)
(-OCO(CH2)nCOO-)(CF3)xBF2-x(式中、n=0〜2であり、x=0〜2である)
(-OCO(CH2)nCOO-)2B(式中、n=0〜2である)
(-OSOCH2SOO-)(CF3)xBF2-x(式中、x=0〜2である)
(-OCOCOO-)x(CF3)yPF6-2x-y(x=1〜3であり、y=0〜4であり、2x+y≦6である)
の1つ又は複数のアニオンとを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises one or more phosphonium ionic liquids, or one or more phosphonium salts dissolved in a solvent;
The one or more phosphonium ionic liquids or phosphonium salts have the formula:
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (where x, y = 0 to 2, x + y ≦ 2)
P (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2- ) (CH 3 CH 2 CH 2 ) y (CH 3 CH 2 ) x (CH 3 ) 2-xy (where x, y = 0 to 2 Yes, x + y ≦ 2)
One or more cations of
formula:
(CF 3 ) x BF 4-x (where x = 0 to 4)
(CF 3 (CF 2 ) n ) x PF 6-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 4)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where n = 0 to 2 and x = 0 to 2)
(-OCO (CH 2 ) n COO-) 2 B (where n = 0 to 2)
(-OSOCH 2 SOO-) (CF 3 ) x BF 2-x (where x = 0 to 2)
(-OCOCOO-) x (CF 3 ) y PF 6-2x-y (x = 1-3, y = 0-4, 2x + y ≦ 6)
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising one or more anions of:
前記1つ又は複数のカチオン又はアニオンの中の水素原子のうちの1個又は複数がフッ素で置換されている、請求項34に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   35. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) of claim 34, wherein one or more of the hydrogen atoms in the one or more cations or anions are substituted with fluorine. 前記1つ又は複数のカチオン又はアニオンの中の水素原子のうちの1個又は複数がフッ素で置換されている、請求項35に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。   36. The electrochemical double layer capacitor (EDLC) of claim 35, wherein one or more of the hydrogen atoms in the one or more cations or anions are substituted with fluorine. 陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
前記電解質組成物が、溶媒中に溶解したホスホニウム塩を含み、
前記ホスホニウム塩が、
モル比1:3:1の(CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)Pで構成されるカチオン
及び
式:BF4 -、PF6 -、CF3BF3 -、(-OCOCOO-)BF2 -、(-OCOCOO-)(CF3)2B-、(-OCOCOO-)2B-、CF3SO3 -、C(CN)3 -、(CF3SO2)2N-又はこれらの組合せの1つ又は複数のアニオンで構成される、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent;
The phosphonium salt is
(CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) Cations composed of (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P and formulas: BF 4 , PF 6 , CF 3 BF 3 , (-OCOCOO-) BF 2 , (-OCOCOO-) (CF 3) 2 B -, (- OCOCOO-) 2 B -, CF 3 SO 3 -, C (CN) 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N - , or one or more anions of these combinations An electrochemical double layer capacitor (EDLC) consisting of
アニオンが、[BF4 -]:[CF3BF3 -]のモル比および100/1〜1/1の範囲の濃度の、BF4 -及びCF3BF3 -の混合物で構成される、請求項38に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Anion, [BF 4 -]: [ CF 3 BF 3 -] concentration of the molar ratio and 100 / 1-1 / 1 in the range of, BF 4 - and CF 3 BF 3 - consists of a mixture of, claims Item 39. An electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to Item 38. アニオンが、[PF6 -]:[CF3BF3 -]のモル比および100/1〜1/1の範囲の濃度の、PF6 -及びCF3BF3 -の混合物で構成される、請求項38に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 Anion, [PF 6 -]: [ CF 3 BF 3 -] concentration of the molar ratio and 100 / 1-1 / 1 in the range of, PF 6 - and CF 3 BF 3 - consists of a mixture of, claims Item 39. An electrochemical double layer capacitor (EDLC) according to Item 38. アニオンが、[PF6 -]:[BF4 -]のモル比および100/1〜1/1の範囲の濃度の、PF6 -及びBF4 -の混合物で構成される、請求項38に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。 39. The anion is comprised of a mixture of PF 6 and BF 4 with a molar ratio of [PF 6 ]: [BF 4 ] and a concentration in the range of 100/1 to 1/1. Electrochemical double layer capacitor (EDLC). 陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
前記電解質組成物が、溶媒中に溶解したホスホニウム塩を含み、
前記ホスホニウム塩が、
モル比1:3:1の(CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)Pで構成されるカチオン
及び
CF3BF3 -で構成されるアニオンを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent;
The phosphonium salt is
(CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) a cation composed of (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P and
CF 3 BF 3 - including in configured anion, electrochemical double layer capacitors (EDLC).
陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
前記電解質組成物が、ホスホニウム溶媒中に溶解したホスホニウム塩を含み、塩が、
モル比1:3:1の(CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)Pで構成されるカチオン
及び
BF4 -で構成されるアニオンを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition includes a phosphonium salt dissolved in a phosphonium solvent, the salt comprising:
(CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) a cation composed of (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P and
BF 4 - containing constituted anions, electrochemical double layer capacitors (EDLC).
陽極と、
陰極と、
陽極及び陰極の間のセパレーターと、
陽極、陰極、及びセパレーターと接触している電解質組成物と
を含む電気化学二重層キャパシタ(EDLC)であって、
電解質組成物が、溶媒中に溶解したホスホニウム塩を含み、
前記ホスホニウム塩が、モル比1:3:1の(CH3CH2CH2)(CH3)3P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)(CH3)2P/(CH3CH2CH2)(CH3CH2)2(CH3)Pで構成されるカチオン
及び
PF6 -で構成されるアニオンを含む、電気化学二重層キャパシタ(EDLC)。
The anode,
A cathode,
A separator between the anode and the cathode;
An electrochemical double layer capacitor (EDLC) comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition in contact with the separator,
The electrolyte composition comprises a phosphonium salt dissolved in a solvent;
The phosphonium salt has a molar ratio of 1: 3: 1 (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 ) 3 P / (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) (CH 3 ) 2 P / ( A cation composed of (CH 3 CH 2 CH 2 ) (CH 3 CH 2 ) 2 (CH 3 ) P and
PF 6 - containing constituted anions, electrochemical double layer capacitors (EDLC).
請求項1に記載の電気化学二重層キャパシタ(EDLC)のアレイと、電池のアレイとを含む、ハイブリッドエネルギー貯蔵システム。   A hybrid energy storage system comprising an array of electrochemical double layer capacitors (EDLCs) according to claim 1 and an array of batteries.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2841171C (en) 2011-07-08 2021-08-31 Fastcap Systems Corporation High temperature energy storage device
US9558894B2 (en) 2011-07-08 2017-01-31 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
US10872737B2 (en) 2013-10-09 2020-12-22 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
JP6229211B2 (en) * 2014-06-26 2017-11-15 シェンヂェン キャプケム テクノロジー カンパニー リミテッドShenzhen Capchem Technology Co., Ltd. High voltage ultracapacitor
JP2016110075A (en) 2014-10-03 2016-06-20 株式会社半導体エネルギー研究所 Light-emitting device, module, and electronic device
EP3251133A4 (en) * 2015-01-27 2018-12-05 FastCAP Systems Corporation Wide temperature range ultracapacitor
CN105762168B (en) * 2016-04-18 2018-08-21 华中科技大学 A kind of perovskite solar cell and ultracapacitor integration member and preparation method thereof
JP2022549940A (en) * 2019-09-30 2022-11-29 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Metal-organic structures for supercapacitor electrodes
KR102429821B1 (en) * 2020-10-13 2022-08-08 서울시립대학교 산학협력단 High-performance and reliable electrochromic device and method for preparing the same
WO2023173027A1 (en) * 2022-03-09 2023-09-14 Lyten, Inc. Tab-less cylindrical cell

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0230907A3 (en) * 1986-01-17 1989-05-31 Asahi Glass Company Ltd. Electric double layer capacitor having high capacity
EP1536440B1 (en) * 2002-08-23 2011-09-28 Nisshinbo Holdings Inc. Electric double-layer capacitor
US20080204972A1 (en) * 2004-02-03 2008-08-28 Hiroshi Yoshida Electric Double Layer Capacitor
FR2933814B1 (en) * 2008-07-11 2011-03-25 Commissariat Energie Atomique IONIC LIQUID ELECTROLYTES COMPRISING A SURFACTANT AND ELECTROCHEMICAL DEVICES SUCH AS ACCUMULATORS COMPRISING SAME
US8846246B2 (en) * 2008-07-14 2014-09-30 Esionic Es, Inc. Phosphonium ionic liquids, compositions, methods of making and electrolytic films formed there from
US7679884B2 (en) * 2008-07-29 2010-03-16 Wisconsin Alumni Research Foundation Organosilicon phosphorus-based electrolytes
EE05629B1 (en) * 2010-09-06 2013-02-15 O� Skeleton Technologies Method for the preparation of an electrochemical system of a high power and energy density supercapacitor, a corresponding supercapacitor and a method for making it
TW201220582A (en) * 2010-09-30 2012-05-16 Basf Se Li-based anode with ionic liquid polymer gel

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