CN104245703A - 环状季铵盐、非水溶剂、非水电解质及蓄电装置 - Google Patents

环状季铵盐、非水溶剂、非水电解质及蓄电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有如下特性中的至少一个特性的离子液体：离子导电性高、低温下的离子导电性降低小、熔点低及粘性低。本发明提供一种具有与含有常规的离子液体的蓄电装置相比更高的初次充放电效率的蓄电装置。一种环状季铵盐，在常温下为液体，并包含具有非对称结构的季螺铵阳离子以及对应于所述季螺铵阳离子的阴离子，所述季螺铵阳离子包含两个脂肪族环和与所述两个脂肪族环中的一个或两个键合的一个或多个取代基。所述蓄电装置包含正极、负极及非水电解质，所述非水电解质包含所述环状季铵盐作为非水溶剂。

Description

环状季铵盐、非水溶剂、非水电解质及蓄电装置
技术领域
本发明涉及一种在常温常压下为液体的环状季铵盐、包含该环状季铵盐的非水溶剂、包含该环状季铵盐的非水电解质以及包含该非水电解质的蓄电装置。
在常温常压下为液体的盐被称为离子液体或常温熔融盐。于是，在本说明书中，有时将本发明的一个实施方案的环状季铵盐称为本发明的一个实施方案的离子液体。此外，在本说明书中，常温是指5℃至35℃的范围内的温度。
另外，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件及装置。
背景技术
蓄电装置之一的锂二次电池已应用于例如笔记本型个人计算机、移动电话、智能手机、以及诸如混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）及电动汽车（EV）等新一代清洁能源汽车等各种用途。对于这样的锂二次电池所必需的特性为高能量密度、优良的循环特性、在各种工作环境下的安全性等。
在许多广泛使用的锂二次电池中，使用非水电解质（也称为非水电解液或简单地称为电解液），该非水电解质包含：在常温下为液体的有机溶剂诸如介电常数高且离子导电性高的碳酸二乙酯（DEC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）或碳酸丙烯酯（PC）；以及包含锂离子的锂盐。
但是，上述有机溶剂各自具有挥发性及低燃点，因此当在锂二次电池中使用该有机溶剂中的任一种时，锂二次电池可能内部短路，或因过充电等而使锂二次电池内部温度上升，从而导致发生锂二次电池的爆炸或着火。
在此，表1示出对用于电解液的有机溶剂和离子液体的热稳定性进行比较的结果。
[表1]
注意，表1所示的具有较低燃点和较高蒸汽压的有机溶剂更易燃。因此，在由于发热而造成电池内压上升或电池短路时，包含有机溶剂的电池有可能着火。相比之下，已知离子液体的着火和引起爆炸的可能性低。
考虑到上述问题，提出了将具有难燃性及难挥发性的离子液体（也称为常温熔融盐）用作锂二次电池的非水电解质的非水溶剂。这样的离子液体的实例为包含乙基甲基咪唑（EMI）阳离子的离子液体、包含N-甲基-N-丙基吡咯烷（P13）阳离子的离子液体以及包含N-甲基-N-丙基哌啶（PP13）阳离子的离子液体（参照专利文献1）。
包含环状季铵阳离子诸如PP13阳离子的离子液体的实例为包含具有螺环的季铵阳离子和具有非对称结构的酰胺阴离子（例如，氟磺酰（三氟甲基磺酰酰胺）（FTA：[（FSO2）（CF3SO2）N-]））的离子液体（参照专利文献2）。
除了难燃性及难挥发性之外，对于锂二次电池中的离子液体所必需的特性还为导电率高、低温下的导电率降低的可能性低、凝固点低、粘性低等。注意，在本说明书中，低温是指低于约25℃（室温）的温度。
以下示出对于离子液体（电解液）所需要的性质的摘要。
[表2]
专利文献2公开了：包含FTA阴离子的季螺铵盐的离子液体的氧化还原耐性高、粘性低、导电率高，因此适合用于锂二次电池的电解液。
再者，专利文献2公开了：当包含具有高对称性的阳离子且通常具有高熔点的离子液体具有非对称结构的酰胺阴离子例如FTA阴离子作为该离子液体中的阴离子时，可以降低该离子液体的熔点。
[参考文献]
[专利文献1]日本专利申请公开2003-331918号公报
[专利文献2]PCT国际公开WO2009/136608号
[专利文献3]PCT国际公开WO2005/022571号
[专利文献4]日本专利申请公开2001-217151号公报
[非专利文献1]
Makoto Ue， Kazuhiko Ida和Shoichiro Mori，“Electrochemical Properties of Organic Liquid Electrolytes Based on Quaternary Onium Salts for Electrical Double-Layer Capacitors”，Journal of The Electrochemical Society，November 1994，第141卷，第11号，第2989-2996页。
发明内容
考虑到安全性及生产性，在广泛使用的锂二次电池中，将基于石墨的材料用于负极。在包含用于负极的基于石墨的材料的锂二次电池包含离子液体时，在很多情况下，除非使用添加剂例如碳酸乙烯酯（EC）或碳酸亚乙烯酯（VC），否则锂二次电池不工作。这是因为认为由于该添加剂的沉积反应而形成膜，导致电池工作。
但是，该添加剂的沉积反应及膜的形成反应是不可逆反应，所以成为降低充放电容量（例如，初次充放电容量）的原因。例如，甚至在将专利文献2中的包含FTA阴离子的季螺铵盐的离子液体用作锂二次电池的电解液的情况下也需要添加剂，并且因而该添加剂将导致充放电容量降低。因此，不需要该添加剂在制造含有离子液体的锂二次电池中是有用的。
注意，已知在含有离子液体并包含基于石墨的负极的锂二次电池中，当该离子液体包含双（氟磺酰）酰胺阴离子（以下，简称为FSA阴离子）作为阴离子时，无添加剂也可使电池工作；但是，包含专利文献2中的季螺铵阳离子和FSA阴离子的盐在常温下为固体。
此外，含有专利文献2中的未取代的季螺铵阳离子和四氟硼酸盐而非FSA阴离子作为阴离子的盐，在常温下也为固体（参照专利文献3、专利文献4及非专利文献1）。
如此，在常温下为固体的环状季铵盐不适合用于锂二次电池的电解液，难以得到含有季螺铵阳离子且在常温下为液体的盐。
基于以上内容，本发明的一个实施方案的目的是提供一种具有如下特性中的至少一个特性的离子液体：离子导电性高、低温下的离子导电性的降低小、凝固点（熔点）低及粘性低。注意，严格而言，凝固点和熔点是不同的物理特性；但是在本说明书中，凝固点和熔点表示相同的意思，就是说，亦可以将凝固点称为熔点。
另外，本发明的一个实施方案的另一目的是提供一种允许制造高性能的蓄电装置的非水电解质。本发明的一个实施方案的另一目的是提供一种高性能的蓄电装置。例如，一个目的是提供一种与含有常规的离子液体的蓄电装置相比初次充放电效率更高的蓄电装置。
鉴于上述目的，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温常压下为液体，并包含通过引入取代基而使其结构成为非对称的阳离子和对应于该阳离子的阴离子。
具体而言，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体，且包含季螺铵阳离子和对应于该季螺铵阳离子的阴离子。该季螺铵阳离子具有包含两个脂肪族环和一个或多个取代基的非对称结构，所述取代基与所述两个脂肪族环中的一个或两个键合。
使用如下的通式说明上述内容。本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，该环状季铵盐在常温下为液体，并且可以通式（G1）表示。在通式（G1）中，季螺铵阳离子具有非对称的结构。
[化学式1]
在通式（G1）中，n及m为大于或等于1且小于或等于3。假设α为大于或等于0且小于或等于6。在n为1的情况下，α为大于或等于0且小于或等于4。在n为2的情况下，α为大于或等于0且小于或等于5。在n为3的情况下，α为大于或等于0且小于或等于6。假设β为大于或等于0且小于或等于6。在m为1的情况下，β为大于或等于0且小于或等于4。在m为2的情况下，β为大于或等于0且小于或等于5。在m为3的情况下，β为大于或等于0且小于或等于6。“α或β为0”是指两个脂肪族环中的至少一个为未取代的。注意，排除α和β两者都为0的情况。X或Y是取代基，例如具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。另外，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
在所述季螺铵阳离子中，构成螺环的两个脂肪族环各自为五元环、六元环或七元环。本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体，并且可以通式（G2）表示。在通式（G2）中，季螺铵阳离子具有非对称的结构。
[化学式2]
在通式（G2）中，R1至R8各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
具体而言，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体，并且可以通式（G3）表示。
[化学式3]
在通式（G3）中，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体，并且可以通式（G4）表示。在通式（G4）中，季螺铵阳离子具有非对称的结构。
[化学式4]
在通式（G4）中，R1至R9各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
具体而言，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并且可以通式（G9）表示。
[化学式5]
在通式（G9）中，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
更具体而言，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并且可以通式（G10）表示。
[化学式6]
在通式（G10）中，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
具有经过所定的原子（例如，螺原子）的n次（n为大于或等于2的整数）旋转轴的阳离子具有对称的结构。该旋转轴的数量越少，该阳离子的对称性越低。因此，可以认为没有该n次旋转轴的阳离子具有非对称的结构。
根据上文，本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并且包含季螺铵阳离子以及对应于该季螺铵阳离子的阴离子。所述季螺铵阳离子具有两个脂肪族环和与所述两个脂肪族环中的一个或两个键合的一个或多个取代基，且不具有经过螺原子的n次（n为大于或等于2的整数）旋转轴。
本发明的一个实施方案是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并且以通式（G1）或通式（G2）表示。在通式（G1）和通式（G2）中，季螺铵阳离子不具有经过螺原子的n次（n为大于或等于2的整数）旋转轴。
另外，通过将作为溶质的金属盐溶于作为非水溶剂的本发明的一个实施方案的环状季铵盐（离子液体），可以形成非水电解质。作为该金属盐，可以使用碱金属盐、碱土金属盐、镁盐、铍盐等。该非水溶剂可以是包含两种或更多种非水溶剂的混合溶剂，所述非水溶剂的至少一种是本发明的一个实施方案的环状季铵盐。例如，所述非水溶剂可以是包含具有不同结构的多个本发明的实施方案的环状季铵盐的混合溶剂，或者包含本发明的一个实施方案的环状季铵盐和其他离子液体或有机溶剂的混合溶剂。
除了所述非水电解质之外，还使用至少正极及负极，可以形成蓄电装置。例如，在非水电解质中使用锂盐作为金属盐，可以制造锂二次电池或锂离子电容器。
本发明的一个实施方案的环状季铵盐可与包含基于石墨的材料的负极相兼容。因此，使用所述环状季铵盐作为非水电解质的非水溶剂，允许制造不需要EC或VC等添加剂的蓄电装置。当不使用添加剂时，可以将成为降低充放电容量的原因的不可逆反应最小化，由此可以制造与包含常规离子液体的蓄电装置相比具有充放电容量更小降低的蓄电装置。
根据本发明的一个实施方案，可以提供一种具有以下特性中的至少一个特性的离子液体：例如离子导电性高、低温下的离子导电性的降低小、凝固点（熔点）低及粘性低。
另外，使用本发明的一个实施方案的环状季铵盐，可以形成能够制造高性能的蓄电装置的非水电解质。使用本发明的一个实施方案的环状季铵盐或非水电解质，允许制造包含基于石墨的材料用作负极而无EC或VC等添加剂的蓄电装置。当不使用添加剂时，可以制造将充放电容量的降低最小化的蓄电装置。因此，通过本发明的一个实施方案，可以提供高性能的蓄电装置。
附图简述
在附图中：
图1A和图1B是硬币型蓄电装置的透视图及截面图；
图2A至图2D显示硬币型蓄电装置的正极；
图3A至图3E显示硬币型蓄电装置的负极；
图4显示层压型蓄电装置；
图5A和图5B显示圆筒型锂离子电池；
图6显示电器设备；
图7A至图7C显示电器设备；
图8A和图8B显示电器设备；
图9A和图9B是所合成的离子液体的1H NMR谱；
图10是显示硬币型锂二次电池的充放电特性的图；
图11A至图11C是阳离子的立体结构；
图12A和图12B是所合成的离子液体的1H NMR谱；
图13是显示硬币型锂二次电池的充放电特性的图；
图14是显示硬币型锂二次电池的循环特性的图；
图15是显示硬币型锂二次电池的循环特性的图；
图16是显示硬币型锂二次电池的速率特性的图；
图17A和图17B是所合成的离子液体的1H NMR谱；
图18是显示硬币型锂二次电池的充放电特性的图；
图19是显示硬币型锂二次电池的温度-放电容量特性的图；
图20是显示硬币型锂二次电池的循环特性的图；
图21是显示硬币型锂二次电池的循环特性的图；
图22是显示硬币型锂二次电池的循环特性的图；
图23是显示硬币型锂二次电池的速率特性的图。
实施本发明的最佳方式
下面，参照附图对本发明的实施方案和实施例进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，本领域的普通技术人员容易理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对所述方式和详细内容进行各种改变。因此，本发明不应该被解释为局限于所述实施方案和实施例的描述。当参照附图描述本发明的结构时，相同参考数字共同用于不同附图中的相同部分。相同的阴影图案适用于类似的部分，并且在某些情况下，该类似的部分并不特别通过参考数字指示。注意，在某些情况下，为了明确起见，夸大表示各附图所示的各结构的大小、层的厚度或区域。因此，本发明不必然局限于在所述附图中的比例。
(实施方案1)
在本实施方案中，对本发明的一个实施方案的离子液体进行说明。
本发明的一个实施方案的离子液体是一种环状季铵盐，其在常温常压下为液体并包含通过引入取代基而使其结构为非对称的阳离子和对应于该阳离子的阴离子。
具体而言，所述离子液体是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并包含季螺铵阳离子以及对应于该季螺铵阳离子的阴离子。该季螺铵阳离子具有包含两个脂肪族环和一个或多个取代基的非对称结构，所述取代基与所述两个脂肪族环中的一个或两个键合。
本发明的一个实施方案的离子液体是一种环状季铵盐，其在常温下为液体并且可以通式（G1）表示。
[化学式7]
在通式（G1）中，n及m为大于或等于1且小于或等于3。假设α为大于或等于0且小于或等于6。在n为1的情况下，α为大于或等于0且小于或等于4。在n为2的情况下，α为大于或等于0且小于或等于5。在n为3的情况下，α为大于或等于0且小于或等于6。假设β为大于或等于0且小于或等于6。在m为1的情况下，β为大于或等于0且小于或等于4。在m为2的情况下，β为大于或等于0且小于或等于5。在m为3的情况下，β为大于或等于0且小于或等于6。“α或β为0”是指两个脂肪族环中的至少一个为未取代的。注意，排除α和β都为0的情况。X或Y是取代基，例如具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。另外，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
在通式（G1）中，n及m为大于或等于1且小于或等于3；由此所述季螺铵阳离子具有包括选自五元环、六元环和七元环的两个脂肪族环的螺环。注意，所述两个脂肪族环可各自具有相同的碳原子数或不同的碳原子数。就是说，作为螺环，可以采用如下组合的任何一种：五元环和五元环、五元环和六元环、五元环和七元环、六元环和六元环、六元环和七元环、七元环和七元环。具有其中两个脂肪族环为未取代的所述组合的任何一种的螺环，具有对称结构。
在本发明的一个实施方案的环状季铵盐的季螺铵阳离子中，对构成具有所述组合的任何一种的对称螺环的两个脂肪族环中的至少一个引入取代基，以使所述螺环具有非对称性。
这基于一个事实就是其阳离子或阴离子具有非对称结构的盐在常温下更可能为液体。
另外，从化合物的稳定性、粘度、离子导电率、易合成性的观点来看，构成通过通式(G1)表示的季螺铵阳离子的螺环的脂肪族环中的至少一个优选为具有5个碳原子（通式（G1）中的n或m为2）的脂肪族环。
本发明的一个实施方案的环状季铵盐的实例为具有包含五元环的螺环并且以通式（G2）表示的环状季铵盐。注意，在通式（G2）中，通过R1至R8，所述季螺铵阳离子的对称性被降低(其对称性被破坏)，或者所述季螺铵阳离子优选具有非对称的结构。
[化学式8]
在通式（G2）中，R1至R8各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
通式（G1）和通式（G2）中的阴离子是与所述季螺铵阳离子一起包含在所述离子液体中的一价阴离子。所述阴离子的实例为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根（BF4 -）、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根（PF6 -）或全氟烷基磷酸根。一价酰胺阴离子的实例为（CnF2n1SO2）2N-（n=0至3）及CF2（CF2SO2）2N-。一价甲基化物阴离子的实例为（CnF2n1SO2）2C-（n=0至3）及CF2（CF2SO2）2C-。全氟烷基磺酸根阴离子的实例为（CmF2m1SO3）-（m=0至4）。全氟烷基硼酸根的实例为{BFn（CmHkF2m+1-k）4-n}（n=1至3，m=1至4，k=0至2m）。全氟烷基磷酸根的实例为{PFn（CmHkF2m+1-k）6-n}-（n=1至5，m=1至4，k=0至2m）。注意，该阴离子不局限于此。
作为以通式（G1）及通式（G2）表示的季螺铵阳离子的取代基，可以应用具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。例如，可使用甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、甲氧基甲基或甲氧基乙基。
描述了本发明的一个实施方案的环状季铵盐的实例，其具有与通式（G2）不同的螺环结构。在通式（G4）至通式（G8）中，通过R1至R12，所述季螺铵阳离子的对称性程度被降低(其对称性被破坏)，或者所述季螺铵阳离子优选具有非对称的结构。
[化学式9]
在通式（G4）中，R1至R9各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
[化学式10]
在通式（G5）中，R1至R10各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
[化学式11]
在通式（G6）中，R1至R10各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根和全氟烷基磷酸根。
[化学式12]
在通式（G7）中，R1至R11各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
[化学式13]
在通式（G8）中，R1至R12各自为氢原子、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基、或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧烷基。A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
为了降低本发明的一个实施方案的环状季铵盐的粘性，优选减少所述季螺铵阳离子的取代基的个数，并减少所述取代基的碳原子数。将粘性低的离子液体用作非水电解质的非水溶剂，允许非水电解质具有低的粘性和高的离子导电性，并且使用该非水电解质可以制造具有优良的输出特性（速率特性）的蓄电装置。
或者，以通式（G1）或通式（G2）表示的环状季铵盐（离子液体）由于其熔点低而适合用作蓄电装置的非水电解质的非水溶剂。例如，本发明的一个实施方案的环状季铵盐的熔点低于约0℃。该非水电解质还包含金属盐；因此，该非水电解质的熔点比单独的离子液体要低。因此，使用该非水电解质，使得能够制造在广泛的温度范围包括低温下工作的蓄电装置。
另外，在通过通式（G1）及通式（G2）表示的环状季铵盐（离子液体）的情况下，即使在低温下粘性也不可能增大且离子导电性也不可能降低。因此，所述环状季铵盐中的任何一种可适合用作蓄电装置的非水电解质的非水溶剂。使用该非水电解质，可以制造将低温下的电池特性损失最小化的蓄电装置。
作为通过上文显示的通式（G1）或通式（G2）表示的环状季铵盐的实例，以下将描述以通式（G3）表示的环状季铵盐。
[化学式14]
在通式（G3）中，A-为一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根或全氟烷基磷酸根。
以通式（G3）表示的环状季铵盐在常温下为液体。这是由于如上所述，其为取代基的甲基破坏了所述季螺铵阳离子的对称性的结果。
并且，在以通式（G3）表示的环状季铵盐中，在所述环状季铵盐具有取代基时，氮原子的电荷密度分散（非局部化）。由此，可以获得下述效果。例如，具有氮原子的电荷密度被分散的阳离子的盐在常温下更可能为液体。另外，在锂二次电池等中，具有氮原子的电荷密度被分散的阳离子的离子液体更可能具有与锂的氧化还原电位同等或比该氧化还原电位低的还原电位。
具体而言，以通式（G3）表示的环状季铵盐中，所述季螺铵阳离子具有甲基。作为供电子取代基的该甲基的诱导效应，使季螺铵阳离子的电荷密度分散；所以在常温下所述季螺铵阳离子为液体。因此，在通式（G1）至通式（G8）中，R1至R12各自优选具有供电子取代基例如烷基。
除了以通式（G3）表示的环状季铵盐之外，以下示出以通式（G1）表示的环状季铵盐的实例，具体而言以通式（G2）、通式（G4）至通式（G8）表示的环状季铵盐的实例。该环状季铵盐的实例为通式（101）至通式（126）、通式（201）至通式（238）、通式（301）至通式（319）、通式（401）至通式（435）、通式（501）至通式（535）及通式（601）至通式（635）。
如上所述，阴离子A-是一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根（BF4 -）、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根（PF6 -）或全氟烷基磷酸根。一价酰胺阴离子的实例为（CnF2n1SO2）2N-（n=0至3）及CF2（CF2SO2）2N-。一价甲基化物阴离子的实例为（CnF2n1SO2）2C-（n=0至3）及CF2（CF2SO2）2C-。全氟烷基磺酸根阴离子的实例为（CmF2m1SO3）-（m=0至4）。全氟烷基硼酸根的实例为{BFn（CmHkF2m+1-k）4-n}-（n=1至3，m=1至4，k=0至2m）。全氟烷基磷酸根的实例为{PFn（CmHkF2m+1-k）6-n}-（n=1至5，m=1至4，k=0至2m）。注意，该阴离子不局限于此。
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
[化学式18]
[化学式19]
[化学式20]
[化学式21]
[化学式22]
[化学式23]
[化学式24]
[化学式25]
[化学式26]
[化学式27]
[化学式28]
[化学式29]
[化学式30]
[化学式31]
[化学式32]
注意，本发明的一个实施方案的环状季铵盐，根据取代基的键合位置可以具有各种阳离子结构。上述阳离子的立体结构包括立体异构体和具有等效的立体结构（一致的立体结构）的阳离子。例如，通过其中甲基与螺环的2位的碳原子连接的通式（G3）表示的环状季铵盐和通过其中甲基与螺环的3位的碳原子连接的通式（127）表示的环状季铵盐具有作为立体异构体的对映异构体；然而，在阳离子的所述立体结构一致时，可以将所述环状季铵盐看作等效的。
[化学式33]
<环状季铵盐的合成方法>
对本发明的一个实施方案的环状季铵盐的合成方法进行说明。各种反应中的任一种可应用于本实施方案中描述的环状季铵盐的合成方法。例如，通过以下所示的合成方法，可以合成以通式（G2）表示的环状季铵盐。
参照合成方案（S-1）对以通式（α-2）表示的胺化合物的合成方法进行说明，所述胺化合物是以通式（G2）表示的环状季铵盐的前体。注意，该胺化合物的合成方法不局限于以下合成方法。
[化学式34]
在合成方案（S-1）中，从通式（α-1）到通式（α-2）的反应是经过利用卤素源和三取代膦例如三烷基膦的卤化的氨基醇的闭环反应。注意，PR’表示三取代膦，X1表示卤素源。作为卤素源，例如可以使用四氯化碳、四溴化碳、碘、碘代甲烷。
[化学式35]
在上述合成方案（S-2）中，从以通式（α-2）表示且在上述合成方案（S-1）中合成的胺化合物合成以通式（α-3）表示的螺化合物（具体而言，环状季铵盐）的反应是利用二卤代烷基（具体而言，二卤代丁烷）在碱性溶液下形成螺环的反应（也称为闭环反应）。注意，X表示氯、溴或碘；因为高反应性而优选使用溴或碘。
[化学式36]
在上述合成方案（S-3）中，通过在以通式（α-3）表示的螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换（阴离子交换），可以得到以通式（G2）表示的环状季铵盐。该金属盐至少包含上述阴离子中的任一个作为阴离子（A-）。
通过上述合成路径，可以合成以通式（G2）表示的环状季铵盐（离子液体）。
另外，以通式（G4）至通式（G8）表示的环状季铵盐也可以参照上述合成方案（S-1）至合成方案（S-3）进行合成。
可以下列方式合成以通式（G4）表示的环状季铵盐：如合成方案（S-4）所示，利用二卤代烷基（具体而言，二卤代戊烷）和经过合成方案（S-1）合成并以通式（α-2）表示的胺化合物来合成螺化合物，并且如合成方案（S-5）所示，在该螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换。
[化学式37]
[化学式38]
可以下列方式合成以通式（G5）表示的环状季铵盐：如合成方案（S-6）所示，利用二卤代烷基（具体而言，二卤代己烷）和经过合成方案（S-1）合成并以通式（α-2）表示的胺化合物来合成螺化合物，并且如合成方案（S-7）所示，在该螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换。
[化学式39]
[化学式40]
作为以通式（G6）表示的环状季铵盐，六元环胺化合物通过经过利用三取代膦和卤素源的卤化的氨基醇的闭环反应来合成。该氨基醇主链上具有5个碳原子，其自合成方案（S-1）的以通式（α-1）表示的氨基醇的主链的4个碳原子改变而来。
然后，按合成方案（S-2）等，利用该六元环胺化合物和二卤代烷基（具体而言，二卤代戊烷）合成螺化合物，并且按合成方案（S-3）等，在所合成的螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换。
以通式（G7）表示的环状季铵盐可以如下方式来合成：按合成方案（S-2）等，利用所述六元环胺化合物和二卤代烷基（具体而言，二卤代己烷）合成螺化合物，并且按合成方案（S-3）等，在所合成的螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换。
以通式（G8）表示的环状季铵盐可如下合成。通过经过利用三取代膦和卤素源的卤化的氨基醇的闭环反应，来合成七元环胺化合物。该氨基醇主链上具有6个碳原子，其自合成方案（S-1）的以通式（α-1）表示的氨基醇的4个碳原子改变而来。
然后，按合成方案（S-2）等，利用该七元环胺化合物和二卤代烷基（具体而言，二卤代己烷）合成螺化合物，并且按合成方案（S-3）等，在所合成的螺化合物与所希望的金属盐之间进行离子交换。
由此，可以提供一种具有以下特性中的至少一个特性的环状季铵盐：例如离子导电性高、低温下的离子导电性的降低小、凝固点低及粘性低。
本实施方案可以与其他实施方案及实施例中描述的任何结构适当地组合实施。
(实施方案2)
在本实施方案中，对包含本发明的一个实施方案的环状季铵盐的蓄电装置进行说明。
本发明的一个实施方案的蓄电装置至少包括正极、负极、非水电解质（电解液）。该非水电解质包含上述实施方案中所述的环状季铵盐及金属盐。作为该金属盐，可以使用包含载流子离子例如碱金属离子、碱土金属离子、铍离子或镁离子的金属盐。碱金属离子的实例包括锂离子、钠离子及钾离子。碱土金属离子的实例包括钙离子、锶离子及钡离子。在本实施方案中，将包含锂离子的金属盐（以下称为锂盐）用作该金属盐。
采用上述结构，可以形成锂二次电池或锂离子电容器。当在上述结构中不使用金属盐而使用本发明的一个实施方案的环状季铵盐时，可以形成电双层电容器。
在本实施方案中，参照图1A和图1B，对包含含有上述实施方案所述的环状季铵盐（离子液体）和锂盐的非水电解质的蓄电装置以制造所述蓄电装置的方法进行说明。下文将描述锂二次电池，作为蓄电装置的实例。
<硬币型蓄电装置>
图1A是硬币型蓄电装置100的透视图，图1B是其截面图。
硬币型蓄电装置100包括：兼用作正极端子的正极罐101；兼用作负极端子的负极罐102；以及由聚丙烯等形成的垫圈103。在硬币型蓄电装置100中，正极罐101和负极罐102用置于之间的垫圈103固定，使得彼此绝缘（参照图1A）。
在硬币型蓄电装置100中，提供正极104和负极107，使得彼此面对置于之间的隔离体110。在正极104中，提供正极集电器105与正极罐101接触，并提供正极活性物质层106与正极集电器105接触，以及在负极107中，提供负极集电器108与负极罐102接触，和提供负极活性物质层109与负极集电器108接触（参照图1B）。在正极活性物质层106与负极活性物质层109之间提供有非水电解质（未示出）。
<正极>
可以合适地使用箔状、板状（薄片状）、网状、冲孔金属状、拉制金属状等导电体，形成正极集电器105。
对于正极集电器105，可以使用导电材料，例如铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、铂（Pt）、锌（Zn）、铁（Fe）或钛（Ti）。或者，对于正极集电器105，可以使用包含上述导电材料中的多种的合金材料。合金材料的实例为Al-Ni合金、Al-Cu合金及添加有硅、钛、钕、钪或钼等提高耐热性的元素的铝合金。
另外，可以使用通过与硅起反应形成硅化物的金属元素形成正极集电器105。与硅起反应而形成硅化物的金属元素的实例为锆、钛、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、钴和镍。
另外，也可以将通过独立沉积在衬底上提供并随后自该衬底分离的导电层用作正极集电器105。
正极活性物质层106可以使用例如包含用作载流子的离子及过渡金属的材料形成。例如可以使用以通式AhMiOj（h＞0、i＞0、j＞0）表示的材料作为正极活性物质层106。在此，A表示例如，碱金属例如锂、钠或钾；碱土金属例如钙、锶或钡；铍；或镁。M表示过渡金属例如铁、镍、锰或钴。以A表示的材料及以M表示的材料各自为选自上述材料中的一种或多种。
注意，以通式AhMiOj（h＞0、i＞0、j＞0）表示的材料的实例为LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4。
包含用作载流子的离子及过渡金属的材料的实例为以通式AxMyPOz（x＞0、y＞0、z＞0）表示的材料。在此，A表示例如，碱金属例如锂、钠或钾；碱土金属例如钙、锶或钡；铍；或镁。M表示例如过渡金属，例如铁、镍、锰或钴。以A表示的材料及以M表示的材料各自为选自上述元素中的一种或多种。
在此，以通式AxMyPOz（x＞0、y＞0、z＞0）表示的材料的实例为LiFePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、LiNiaMnbPO4（a+b≤1，0＜a＜1，0＜b＜1）、LiFecNidCoePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4（c+d+e≤1，0＜c＜1，0＜d＜1，0＜e＜1）和LiFefNigCohMniPO4（f+g+h+i≤1，0＜f＜1，0＜g＜1，0＜h＜1，0＜i＜1）。
因为LiFePO4适当地满足正极活性物质所需要的条件诸如安全性、稳定性、高容量密度、高电位和初期氧化（充电）时能够被抽出的锂离子的存在，所以其是特别优选的。
或者，对于正极活性物质层106，例如使用以下的任一种：氧化锂钴（LiCoO2）；LiNiO2；LiMnO2；Li2MnO3；含NiCo的复合氧化物（通式为LiNixCo1-xO2（0＜x＜1））例如LiNi0.8Co0.2O2；含NiMn的复合氧化物（通式为LiNixMn1-xO2（0＜x＜1））例如LiNi0.5Mn0.5O2；含NiMnCo的复合氧化物（也称为NMC）（通式为LiNixMnyCo1-x-yO2（x＞0，y＞0，x+y＜1））例如LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2；Li（Ni0.8Co0.15Al0.05）O2；以及Li2MnO3-LiMO2（M=Co、Ni或Mn）。或者，可以使用xLi2MnO3和（1-x）LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的固溶体。
因为LiCoO2的优点例如容量大、与LiNiO2相比在大气中稳定性更高、以及与LiNiO2相比热稳定性更高，所以其是特别优选的。
或者，对于正极活性物质层106，可以使用LiMn2O4、Li1+xMn2-xO4、Li（MnAl）2O4或LiMn1.5Ni0.5O4。
优选向包含锰例如LiMn2O4的具有尖晶石型的结晶结构的含锂复合氧化物添加少量氧化锂镍（LiNiO2或LiNi1-xMO2（M=Co、Al等）），这是因为可获得优点例如使锰的溶出以及电解质的分解最小化。
或者，可以将以通式Li（2-j）MSiO4（M为Fe（II）、Mn（II）、Co（II）和Ni（II）中的一种或多种，0≤j≤2）表示的材料用作正极活性物质层106。以通式Li（2-j）MSiO4表示的材料的实例为Li（2-j）FeSiO4、Li（2-j）NiSiO4、Li（2-j）CoSiO4、Li（2-j）MnSiO4、Li（2-j）FekNilSiO4、Li（2-j）FekColSiO4、Li（2-j）FekMnlSiO4、Li（2-j）NikColSiO4、Li（2-j）NikMnlSiO4（k+l≤1，0＜k＜1，0＜l＜1）、Li（2-j）FemNinCoqSiO4、Li（2-j）FemNinMnqSiO4、Li（2-j）NimConMnqSiO4（m+n+q≤1，0＜m＜1，0＜n＜1，0＜q＜1）和Li（2-j）FerNisCotMnuSiO4（r+s+t+u≤1，0＜r＜1，0＜s＜1，0＜t＜1，0＜u＜1）。
或者，可以将以AxM2（XO4）3（通式）（A=Li、Na或Mg，M=Fe、Mn、Ti、V、Nb或Al，X=S、P、Mo、W、As或Si）表示的钠超离子导体（nasicon）型化合物用作正极活性物质。钠超离子导体型化合物的实例为Fe2（MnO4）3、Fe2（SO4）3和Li3Fe2（PO4）3。或者，以Li2MPO4F、Li2MP2O7或Li5MO4（通式）（M=Fe或Mn）表示的化合物；钙钛矿氟化物例如NaF3或FeF3；金属硫族化合物（硫化物、硒化物或碲化物）例如TiS2或MoS2；具有反尖晶石型的结晶结构的含锂复合氧化物例如LiMVO4；钒氧化物（V2O5、V6O13、LiV3O8等）；锰氧化物；有机硫等可用作正极活性物质。
或者，对于正极活性物质层106，可以使用V2O5、Cr2O5、MnO2等。
注意，严格地说，“活性物质”只是指有关用作载流子的离子的嵌入及脱嵌的物质。但是，在本说明书中，在使用涂敷法形成正极活性物质层106的情况下，为了方便起见，将正极活性物质层106共同指正极活性物质层106的物质，即实际上是“正极活性物质”、导电助剂或粘合剂等的物质。
正极活性物质层106不必然在正极集电器105上形成并与其直接接触。可以在正极集电器105与正极活性物质层106之间使用导电材料例如金属形成如下任一个功能层中：为提高正极集电器105与正极活性物质层106之间的粘附性的粘附层；用来减少正极集电器105的表面的粗糙度的平坦化层；散热层；用来减少正极集电器105或正极活性物质层106上的应力的应力松弛层；等等。
使用导电材料例如金属形成的功能层，可以以下的方式形成：将糊状物施用于正极集电器105上，在所述糊状物中将导电助剂（如乙炔黑（AB））、粘合剂（如聚偏氟乙烯（PVDF））等与上述用于正极活性物质层106的物质中的任一种混合；或者所述功能层可以通过喷溅法形成。
注意，可使用任何电子导电材料作为导电助剂，只要其在蓄电装置中不发生化学变化。例如，可以使用：基于碳的材料例如石墨、碳纤维；金属材料例如铜、镍、铝或银；或任何上述物质的混合物的粉末、纤维等。
作为粘合剂，可有如下物质：多糖，例如淀粉、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、再生纤维素和二乙酰基纤维素；乙烯基聚合物，例如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯丙烯二烯烃单体(EPDM)橡胶、磺化EPDM橡胶、丁苯橡胶、聚丁橡胶和氟橡胶；聚醚，例如聚环氧乙烷；等等。
或者，对于正极活性物质层106，可使用这样的糊状物，在所述糊状物中，将代替导电助剂及粘合剂的石墨烯或多层石墨烯与上述用于正极活性物质层106的任一种物质混合。注意，在本说明书中，石墨烯包括单层石墨烯或两层至百层的多层石墨烯。单层石墨烯是指一原子厚的一层的碳分子。氧化石墨烯是指上述石墨烯被氧化形成的化合物。当氧化石墨烯被还原而形成石墨烯时，包含在氧化石墨烯中的氧不是全部被释放，而是有一部分氧残留在石墨烯中。在石墨烯包含氧时，氧的比例为高于或等于2原子%且低于或等于20原子%，优选为高于或等于3原子%且低于或等于15原子%。注意，石墨烯或多层石墨烯可以包含碱金属例如钾。
参照附图，对所述石墨烯或多层石墨烯用于正极活性物质层106的情况进行说明。图2A是正极活性物质层106的截面图。图2B是正极活性物质层106的平面图。
正极活性物质层106包含正极活性物质153 (其为能够吸留并释放载流子离子的颗粒)以及石墨烯154 (其覆盖多个正极活性物质153且至少部分包围所述多个正极活性物质153)。不同的石墨烯154覆盖所述多个正极活性物质153的表面。所述正极活性物质153可以部分露出（参照图2B）。
所述正极活性物质153的粒径优选为大于或等于20nm且小于或等于100nm。注意，由于电子在所述正极活性物质153内移动，所以所述正极活性物质153的粒径优选较小。
即使正极活性物质153的表面不被石墨层覆盖，也能够获得充分的特性；因为载流子在正极活性物质之间跳动且因此使电流流过，所以优选使用石墨烯和被石墨层覆盖的正极活性物质两者。
图2C是图2B的正极活性物质层106的一部分的截面图。正极活性物质层106包括正极活性物质153及覆盖多个所述正极活性物质153的石墨烯154。在截面图中，观察到线状的石墨烯154。多个正极活性物质至少部分被一个石墨烯或多个石墨烯围绕，或者夹在多个石墨烯之间。注意，在一些情况下，石墨烯具有袋状形状，多个正极活性物质被所述袋状部分包围。此外，在一些情况下，正极活性物质的一部分不被石墨烯覆盖而露出。
正极活性物质层106的所需厚度确定为大于或等于20μm且小于或等于100μm。优选的是，适当地调整正极活性物质层106的厚度，以避免引起裂纹和剥离。
注意，正极活性物质层106可以包含具有石墨烯的体积的0.1倍至10倍的乙炔黑粒子、具有一维扩展的碳粒子如碳纳米纤维或其它已知的导电助剂。
作为所述正极活性物质153的实例，给出通过作为载流子的离子的吸留而发生体积膨胀的物质。当使用上述物质时，由于充放电，所述正极活性物质层变脆弱并且部分受到破裂，导致蓄电装置的可靠性降低。然而，覆盖该正极活性物质的周围的石墨烯能够防止正极活性物质的分散和正极活性物质层的破裂，即使由于充放电所致所述正极活性物质的体积增加和减少。就是说，石墨烯具有维持正极活性物质之间的粘合的功能，即使由于充放电导致正极活性物质的体积增加和减少。
所述石墨烯154与多个所述正极活性物质153接触，并且还用作导电助剂。此外，所述石墨烯154具有保持所述正极活性物质153能够吸留并释放载流子离子的功能。由此，可以降低正极104中的导电助剂及粘合剂的比例。就是说，可以增加每单位重量的正极的正极活性物质的比例，其允许增大蓄电装置的容量。
接着，对形成正极104的方法进行说明。
形成包含粒子状的正极活性物质及氧化石墨烯的浆料。接着，将该浆料涂敷在正极集电器105的一面上（参照图2A），或者将该浆料涂敷在正极集电器105的双面上（参照图2D）。之后，在还原气氛中进行加热用于还原处理，使得焙烧正极活性物质，并且使部分氧从氧化石墨烯中释放而形成石墨烯。注意，在氧化石墨烯中的氧不被全部释放，部分残留在石墨烯中。通过上述步骤，可以在正极集电器105上形成正极活性物质层106，或者可以提供正极活性物质层106，使得正极集电器105被夹在其间。结果，所述正极活性物质层106具有较高的导电性。
氧化石墨烯包含氧，因此在极性溶剂中带负电。作为带负电的结果，氧化石墨烯在极性溶剂中分散。因此，包含在浆料中的正极活性物质不易聚集，使得可以阻止正极活性物质的粒径增大。由此，正极活性物质内的电子的移动变容易，导致正极活性物质层的导电性提高。
<负极>
所述负极集电器108使用不与载流子离子例如锂离子合金化的导电材料构成。例如，可以使用不锈钢、铁、铝、铜、镍或钛。或者，可以使用合金材料，例如铝-镍合金、铝-铜合金。所述负极集电器108可以适当地具有箔状、板状（薄片状）、网状、冲孔金属状、拉制金属状等形状。所述负极集电器108优选具有10μm至30μm范围的厚度。
用于负极活性物质层109的材料没有特别的限制，只要所述材料能够溶解和析出载流子离子并且能够掺杂和除杂载流子离子（载流子离子可嵌入所述物质和从所述物质脱嵌）。例如可以使用锂金属、基于碳的材料、硅、硅合金、锡、氧化锂钛等。作为能够进行锂离子的嵌入及脱嵌的基于碳的材料，可以使用非晶或结晶的碳材料诸如石墨粉或石墨纤维。
作为负极活性物质，可以使用能够进行锂的溶解和析出的材料或能够进行锂离子的嵌入和脱嵌的材料，例如锂金属、基于碳的材料、基于合金的材料等。
（b-1：锂金属）
因为锂金属的氧化还原电位低（比标准氢电极低3.045V）和每单位重量及每单位体积的比容量大（3860mAh/g和2062mAh/cm3），所以其是优选的。
（b-2：基于碳的材料）
基于碳的材料的实例包括石墨、石墨化碳（软碳）、非石墨化碳（硬碳）、碳纳米管、石墨烯、碳黑等。
石墨的实例包括人造石墨，例如中间相碳微球（MCMB）、基于焦炭的人造石墨或基于沥青的人造石墨；以及天然石墨，例如球状化天然石墨。
当锂离子嵌入在石墨中时（当锂-石墨插层化合物形成时），石墨具有与锂金属大致相同的低电位（0.1V至0.3V vs.Li/Li+）。由此，锂离子电池可以具有高的工作电压。再者，因为石墨具有优点例如每单位体积的容量相对高、体积膨胀小、成本低和与锂金属相比安全性高，所以是优选的。
（b-3：基于合金的材料）
作为负极活性物质，可以使用能够通过与锂金属的合金化和脱合金化反应进行充放电反应的基于合金的材料。例如，可以举出包含Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Ag、Zn、Cd、In和Ga等中的至少一种的材料。这样的元素的容量比碳高。尤其是硅具有4200mAh/g的显著高的理论容量。由此，优选将硅用于负极活性物质。使用这样的元素的基于合金的材料的实例包括SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、SnO2、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、Cu6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La3Co2Sn7、CoSb3、InSb和SbSn等。
（b-4：其它材料）
或者，作为负极活性物质，可以使用氧化物诸如二氧化钛（TiO2）、氧化锂钛（Li4Ti5O12）、锂-石墨插层化合物（LixC6）、五氧化铌（Nb2O5）、氧化钨（WO2）或氧化钼（MoO2）。
再或者，作为负极活性物质，可以使用具有Li3N结构的Li3-xMxN（M=Co、Ni或Cu），其是含有锂和过渡金属的氮化物。例如，Li2.6Co0.4N3具有高的充放电容量（900mAh/g和1890mAh/cm3），所以其是优选的。
优选使用包含锂和过渡金属的氮化物，在该情况下，在负极活性物质中包含锂离子，因此可以将所述负极活性物质与用于正极活性物质的材料(不包含锂离子，例如V2O5或Cr3O8)组合使用。注意，当将包含锂离子的材料用作正极活性物质时，可通过预先使锂离子脱嵌，将包含锂和过渡金属的氮化物用于所述负极活性物质。
或者，可以将产生转化反应的材料用作负极活性物质；例如，可以使用不与锂起合金化反应的过渡金属氧化物，例如氧化钴（CoO）、氧化镍（NiO）或氧化铁（FeO）。产生转化反应的材料的其它实例包括氧化物，例如Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2和Cr2O3；硫化物，例如CoS0.89、NiS或CuS；氮化物，例如Zn3N2、Cu3N和Ge3N4；磷化物，例如NiP2、FeP2和CoP3；以及氟化物，例如FeF3和BiF3。注意，由于所述氟化物中的任一种的电位高，所以其可以用作正极活性物质。
所述负极活性物质层109可以在负极集电器108上提供，或者可以提供所述负极活性物质层109，使得将负极集电器108夹在其中间（参照图3A及图3B）。
可以将负极活性物质层109与作为载流子离子的元素的离子以以下的方式预掺杂：可以通过喷溅法，在负极活性物质层109的表面上形成含有所述作为载流子离子的元素的离子的层。或者，在负极活性物质层109的表面上提供自含有载流子离子的材料制成的箔，由此可将负极活性物质层109与载流子离子（锂离子）预掺杂。
在该实施方案中，以如下方式形成负极活性物质层109：向所述负极活性物质添加导电助剂及粘合剂，并将该材料混合及焙烧。
在此，参照附图对负极活性物质层109进行说明。图3C是负极活性物质层109的一部分的截面图。负极活性物质层109包括使用上述的材料的任一种形成的粒状的负极活性物质183、导电助剂184及粘合剂（未图示）。
所述导电助剂184提高负极活性物质183之间及负极活性物质183与负极集电器108之间的导电性，由此可以被添加至负极活性物质层109。并非必然一定使用导电助剂184。作为导电助剂184，优选使用比表面积大的材料；例如可以使用乙炔黑（AB）。或者，可以使用碳材料，例如碳纳米管、富勒烯或石墨烯（多层石墨烯）。注意，使用石墨烯的实例将在下文描述。
作为粘合剂，可使用任何材料，只要它能够将负极活性物质、导电助剂和集电器粘合在一起。例如，以下的任何一种可以用作粘合剂：树脂材料，例如聚偏氟乙烯（PVDF）、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、丁苯共聚物橡胶、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺和聚酰亚胺。
负极107通过如下方式形成。首先，将使用上述材料的任一种形成的粒状的负极活性物质混合在溶剂例如NMP（N-甲基吡咯烷酮）中以形成浆料，在所述溶剂中溶解有基于偏氟乙烯的聚合物例如聚偏氟乙烯等。
接着，将该浆料涂敷在负极集电器108的一面或双面上，并进行干燥。当对负极集电器108的双面进行该涂敷步骤时，形成负极活性物质层109，使得同时或依次以将负极集电器108夹在其中间。然后，使用辊压机进行滚压，由此形成负极107。
下面，参照图3D及图3E对其中将石墨烯用作导电助剂添加到负极活性物质层109的实例进行说明。
图3D是使用石墨烯形成的负极活性物质层109的一部分的平面图。负极活性物质层109包括粒状的负极活性物质183以及覆盖多个负极活性物质183且至少部分围绕所述多个负极活性物质183的石墨烯185。虽然可以添加未示出的粘合剂，但在包含石墨烯185以彼此粘结充分行使粘合剂的功能的情况下，不一定需要添加粘合剂。在平面图中在所述负极活性物质层109中，不同的石墨烯185覆盖所述多个负极活性物质183的表面。所述粒状的负极活性物质183可以部分露出。
图3E是示出图3D的负极活性物质层109的一部分的截面图。图3E示出粒状的负极活性物质183以及在平面图中在所述负极活性物质层109中覆盖多个所述粒状的负极活性物质183的所述石墨烯185。在截面图中，观察到线状的石墨烯185。一个石墨烯或多个石墨烯与多个所述负极活性物质183重叠，或者，所述多个负极活性物质183至少部分被一个石墨烯或多个石墨烯围绕。注意，在一些情况下，所述石墨烯185具有袋状形状，并且多个所述负极活性物质至少部分被围绕在该袋状部分内。在一些情况下，所述石墨烯185部分具有缺口，在该缺口中露出所述负极活性物质183。
所述负极活性物质层109的所需厚度确定在20μm至150μm的范围内。
作为所述负极活性物质183的实例，给出通过载流子离子的吸留而产生体积膨胀的物质。在使用这样的物质时，由于充放电而负极活性物质层变脆弱并部分破裂，造成蓄电装置的可靠性降低(例如循环特性差)。
当形成所述负极活性物质层109时不必须使用粘合剂。因此，可以增加每单位电极重量的所述负极活性物质的比例，造成蓄电装置的容量增加。
所述石墨烯185具有导电性且与多个所述负极活性物质183接触，因此其还可用作导电助剂。因此，可以降低所述负极107中的导电助剂及粘合剂的比例。换言之，可以增大每单位电极重量的所述负极活性物质的比例，这允许增大蓄电装置的容量。
所述石墨烯185在所述负极活性物质层109中高效地形成充分的电子传导的路径，使得可以提高整个负极107的导电性。
注意，所述石墨烯185还用作能够吸留并释放载流子离子的负极活性物质，导致提高蓄电装置的容量。
下面，对图3D及图3E中的负极活性物质层109的形成方法进行说明。
首先，将利用上述材料的任一种形成的所述粒状的负极活性物质183和包含氧化石墨烯的分散液混合以形成所述浆料。
然后，将所述浆料涂敷在所述负极集电器108上。接着，在真空中进行干燥一段时间以去除涂敷在所述负极集电器108上的浆料中的溶剂。然后，使用辊压机进行滚压。
然后，使用电能将所述氧化石墨烯进行电化学还原，或者通过加热处理使所述氧化石墨烯进行热还原，以形成所述石墨烯185。尤其是，在进行电化学还原处理时，通过电化学还原处理形成的石墨烯的π键的比例大于通过加热处理形成的石墨烯，因此所述石墨烯185可具有高导电性。通过上述工序，可在所述负极集电器108的表面中的一个上形成包括作为导电助剂的石墨烯的所述负极活性物质层109，或者可形成所述负极活性物质层109，使得将所述负极集电器108夹在其中间，由此可以形成所述负极107。
<非水电解质>
所述蓄电装置100的非水电解质包含上述实施方案中所述的环状季铵盐（离子液体）、包含载流子离子(例如碱金属离子、碱土金属离子、铍离子或镁离子)的金属盐。该金属盐以所希望的浓度溶解于该离子液体。
在本发明的实施方案的所述环状季铵盐的情况下，随着取代基的个数增加或所述取代基中的碳原子数增加，所述环状季铵盐的粘度增加。因此，优选根据所希望的粘度选择环状季铵盐。
为了降低本发明的一个实施方案的非水电解质的粘度，可将混合溶剂用作非水溶剂，在所述混合溶剂中，将有机溶剂例如环状酯、无环酯、环状醚或无环醚与本发明的一个实施方案的所述环状季铵盐混合。所述有机溶剂的实例为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯。或者，可以将氟化的环状酯、氟化的无环酯、氟化的环状醚或氟化的无环醚用作所述有机溶剂。
注意，在本说明书中，所述氟化的环状酯是指其中氢被氟取代的环状酯，如在具有氟化烷基的环状酯中。因此，在所述氟化的无环酯、氟化的环状醚或氟化的无环醚中，氢被氟取代。
所述混合溶剂用作非水溶剂，允许提高该非水电解质的离子导电性，从而可以制造具有令人满意的充放电比率特性的蓄电装置。但是，将太多的有机溶剂混合到该混合溶剂中以降低粘度，使得含有离子液体的难燃性非水溶剂变为可燃，因此优选混合所述有机溶剂，使得所述混合的溶剂没有可燃性。
本发明的一个实施方案的所述非水电解质可以包含具有本发明的实施方案的不同结构的多个环状季铵盐用于非水溶剂。或者，作为该非水溶剂，可以混合溶剂，在所述混合溶剂中，将本发明的实施方案的环状季铵盐中的一种或多种与不同于该环状季铵盐的一种或多种离子液体混合。或者，可以使用其中将含有所述离子液体的非水溶剂与上述有机溶剂混合的混合溶剂，作为本发明的一个实施方案的非水溶剂。
可以将凝胶化的高分子材料添加至本发明的一个实施方案的非水电解质，使得可以阻止非水电解质的渗漏，导致制造安全性更高的蓄电装置。另外，所述蓄电装置可以更薄及更轻。该高分子材料的典型实例包括硅凝胶、丙烯酸凝胶、丙烯腈凝胶、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、基于氟的聚合物等。
在本实施方案中，所述蓄电装置100为锂二次电池。用作所述非水电解质中的金属盐的锂盐的实例包括氯化锂（LiCl）、氟化锂（LiF）、过氯酸锂（LiClO4）、四氟硼酸锂（LiBF4）、LiAsF6、LiPF6和Li（CF3SO2）2N。注意，该金属盐包含载流子离子且符合所述正极活性物质层106。例如，当使用包含钠的材料形成所述正极活性物质层106时，所述金属盐优选包含钠。
本发明的一个实施方案的环状季铵盐的凝固点（熔点）低。当将金属盐溶解于本发明的一个实施方案的非水电解质时，该非水电解质的凝固点（熔点）降低；因此，溶解有金属盐的本发明的一个实施方案的非水电解质的凝固点（熔点）比所述环状季铵盐的凝固点（熔点）更低。因此，使用该非水电解质，有可能形成可在广泛的温度范围包括低温下工作的蓄电装置。
在锂二次电池中，非水电解质（具体而言，溶剂）的还原电位优选比锂离子与负极活性物质层反应的电位低。例如，非水电解质（具体而言，溶剂）的还原电位优选为基本上等于或低于或等于锂的氧化还原电位。具体而言，环状季铵盐的还原电位优选为锂的氧化还原电位±0.5V (或小于0.5V)的电位，尤其优选为锂的氧化还原电位的±0.2V (或小于0.2V)的电位。由于全电池锂二次电池的充放电，这样的非水电解质不太可能被还原，所以使用所述非水电解质能够改进循环特性。
本发明的一个实施方案的环状季铵盐的还原电位基本上等于或低于或等于锂的氧化还原电位，因此，使用本发明的一个实施方案的环状季铵盐作为非水电解质的非水溶剂，允许制造具有令人满意的循环特性的锂二次电池。
<隔离体>
作为隔离体110，可以使用：纸；无纺布；玻璃纤维；陶瓷；含有尼龙（聚酰胺）、维尼纶（基于聚乙烯醇的纤维）、聚酯、丙烯酸、聚烯烃或聚氨酯的合成纤维；等等。但是，需要选择不溶解于上述非水电解质的材料。
更具体而言，用于所述隔离体110的材料的实例包括基于氟的聚合物、聚醚诸如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷、聚烯烃诸如聚乙烯和聚丙烯、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚异戊二烯和基于聚氨酯的聚合物以及上述物质的衍生物、纤维素、纸、无纺布和玻璃纤维。上述材料的任一种或上述材料的两种或更多种的组合可用于所述隔离体110。
对于所述正极罐101和负极罐102，可以使用在二次电池的充放电中对液体例如电解液有抗蚀性金属，例如镍、铝或钛；该金属的任何一种的合金；含有该金属的任何一种与另一金属的合金（例如，不锈钢）；该金属的任何一种的叠层；包含该金属的任何一种与所述合金的任何一种的叠层（例如，不锈钢及铝的叠层）；或包含该金属的任何一种与另一金属的叠层（例如，镍、铁及镍的叠层）。所述正极罐101和负极罐102分别与所述正极104和负极107电连接。
将上述负极107、正极104及隔离体110浸渍在所述电解液中。然后，如图1B所示，将所述正极104、隔离体110、负极107和负极罐102以该顺序层叠，其中所述正极罐101位于底部，并且隔着所述垫片103压合所述正极罐101与所述负极罐102。以这样的方式，可以制造所述硬币型蓄电装置100。
<层压型蓄电装置>
下面，参照图4对层压型蓄电装置的一个实例进行说明。
所述层压型蓄电装置200为以如下方式形成的电池：将包含正极集电器201和正极活性物质层202的正极203、隔离体207以及包含负极集电器204和负极活性物质层205的负极206层叠，并密封在外壳体209中，将非水电解质208注入到所述外壳体209中。虽然图4中的层压型蓄电装置200具有其中层叠一个薄片状的正极203及一个薄片状的负极206的结构，但是为了增加电池容量，优选卷绕上述层压结构或层叠多件上述层压结构，然后层压它们。这样的层压型蓄电装置由于其柔性而特别适合需要柔性的用途。
在所述层压型蓄电装置200中，所述正极集电器201及所述负极集电器204还用作与外部电接触的端子。因此，所述正极集电器201及负极集电器204各自被提供使得部分露出在外壳体209的外侧。
在所述层压型蓄电装置200中，作为所述外壳体209，例如，可使用具有三层结构的层压膜，其中在由材料例如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、离聚物或聚酰胺构成的膜上提供铝、不锈钢、铜、镍等高柔性的金属薄膜，并且在金属薄膜上提供聚酰胺树脂、聚酯树脂等的绝缘合成树脂膜作为所述外壳体的外表面。用这种三层结构，可以阻断电解液及气体的透过，并且可获得绝缘性和耐电解液性。
包含正极集电器201及正极活性物质层202的正极203、隔离体207、包含负极集电器204及负极活性物质层205的负极206、和非水电解质208分别对应于所述包含正极集电器105及正极活性物质层106的正极104、隔离体110、包含负极集电器108及负极活性物质层109的负极107、和本发明的一个实施方案的非水电解质。
<圆筒型蓄电装置>
接着，参照图5A及图5B说明圆筒型蓄电装置的一个实例。如图5A所示，圆筒型蓄电装置300包括在顶表面上的正极盖（电池盖）301和在侧表面及底表面上的电池罐（外装罐）302。上述正极盖301和电池罐（外装罐）302通过垫片（绝缘垫片）310彼此绝缘。
图5B是说明所述圆筒型蓄电装置的截面的示意图。在具有中空圆柱形状的电池罐302的内侧提供有电池元件，在该电池元件中卷绕有夹着带状隔离体305的带状正极304和带状负极306。虽然未图示，但是所述电池元件围绕中心销被卷起。所述电池罐302的一端关闭且其另一端开口。对于所述电池罐302，可以使用在二次电池的充放电中对液体例如电解液有抗蚀性的金属，例如镍、铝或钛；该金属的任何一种的合金；含有该金属的任何一种与另一金属的合金（例如，不锈钢）；该金属的任何一种的叠层；包含该金属的任何一种与上述合金的任何一种的叠层（例如，不锈钢及铝的叠层）；或该金属的任何一种与另一金属的叠层（例如，镍、铁及镍的叠层）。在电池罐302的内侧，卷绕有正极、负极及隔离体的电池元件被彼此相对的一对绝缘板308和309夹持。另外，提供有所述电池元件的电池罐302的内部注入有非水电解质（未图示）。作为所述非水电解质，可以使用与上述硬币型蓄电装置或层压型蓄电装置的非水电解质相似的非水电解质。
虽然可以与上述硬币型蓄电装置的正极及负极类似的方式形成所述正极304及负极306，但是不同之处在于，由于用于圆筒型蓄电装置的正极及负极被卷绕，所以在集电器的双侧形成活性物质。所述正极304与正极端子（正极集电导线）303连接，并且所述负极306与负极端子（负极集电导线）307连接。所述正极端子303及负极端子307两者可以使用金属材料例如铝形成。将所述正极端子303和负极端子307分别电阻焊接到安全阀机构312和所述电池罐302的底部。所述安全阀机构312与所述正极盖301通过正温度系数(PTC)元件311电连接。当电池的内压超过所定的阈值时，所述安全阀机构312切断所述正极盖301与所述正极304之间的电连接。另外，所述PTC元件311 (其用作其电阻随温度上升而增大的热敏感电阻器)通过增大电阻来限制电流量，从而防止异常热产生。注意，可以使用基于钛酸钡（BaTiO3）的半导体陶瓷等作为所述PTC元件。
注意，在本实施方案中，给出了硬币型蓄电装置、层压型蓄电装置及圆筒型蓄电装置作为所述蓄电装置的实例；然而，可以使用具有各种形状的任何蓄电装置，例如密封型蓄电装置和方型蓄电装置。此外，可以采用其中层叠或绕卷有多个正极、多个负极和多个隔离体的结构。
作为本实施方案的蓄电装置100、蓄电装置200和蓄电装置300中的非水电解质，使用包含本发明的一个实施方案的环状季铵盐的非水电解质。因此，所述蓄电装置100、蓄电装置200和蓄电装置300可在广泛的温度范围包括低温下工作。并且，在所述蓄电装置100、蓄电装置200和蓄电装置300中，在低温下电池特性的退化被最小化。
根据本发明的一个实施方案，可以提供高性能的蓄电装置。注意，本实施方案可以与任何其它实施方案适当地组合而实施。
(实施方案3)
在本实施方案中，对具有与上述实施方案所说明的蓄电装置不同的结构的蓄电装置进行说明。具体而言，将以锂离子电容器及电双层电容器（EDLC）为实例进行说明。
锂离子电容器是使用碳材料形成的锂二次电池的负极和电双层电容器的正极组合的混合电容器，并也是其中所述正极和所述负极的蓄电原理彼此不同的非对称电容器。所述正极形成电双层并能够通过物理作用进行充放电，而所述负极能够通过锂的化学作用进行充放电。在锂离子电容器中，使用其中锂被吸留在负极活性物质例如碳材料的负极，由此能量密度更高于使用活性炭形成其负极的常规电双层电容器。
在锂离子电容器中，使用能够可逆地具有锂离子和阴离子中的至少一种的材料代替实施方案2所示的蓄电装置的正极活性物质层。这样的材料的实例为活性炭、导电聚合物和聚并苯半导体（PAS）。
锂离子电容器的充放电效率高，这允许快速充放电，且即使反复利用也具有长的寿命。
在所述锂离子电容器中，至少使用本发明的一个实施方案的所述环状季铵盐作为电解液，允许所述锂离子电容器在广泛的温度范围包括低温下工作。并且，在所述锂离子电容器中，在低温下电池特性的退化被最小化。
注意，在电双层电容器的情况下，可以使用活性炭、导电聚合物、聚并苯半导体（PAS）等作为正极活性物质层及负极活性物质层。电双层电容器的电解液可以只仅由本发明的一个实施方案的环状季铵盐构成，在该情况下，所述电双层电容器可以在广泛的温度范围包括低温下工作。并且，在所述电双层电容器中，在低温下电池特性的退化被最小化。
根据本发明的一个实施方案，可以提供高性能的蓄电装置。注意，本实施方案可以与其它实施方案所述的任何结构适当地组合而实施。
(实施方案4)
本发明的一个实施方案的蓄电装置可用于利用电力驱动的各种各样的电器设备的电源。
各自使用本发明的一个实施方案的蓄电装置的电器设备的具体实例如下：显示装置；照明装置；台式或笔记本型个人计算机；再现存储在蓝光光盘（Blu-ray Disc）等记录介质中的静态图像和动态图像的图像再现装置；移动电话；智能手机；便携式信息终端；便携式游戏机；电子书阅读器；摄像机；数码相机；微波炉等高频加热装置；电饭煲；洗衣机；空调等空气调节系统；电冰箱；电冷冻箱；电冷藏冷冻箱；DNA保存用冷冻箱；和透析装置。另外，利用来自蓄电装置的电力通过电动机推进的移动体也包括在电器设备的范畴内。上述移动体的实例包括电动汽车；各自包含内燃机和电动机两者的混合型汽车（hybrid vehicle）；以及包括电动辅助自行车的电动自行车。
在上述电器设备中，本发明的一个实施方案的蓄电装置可用作用于供应几乎全部耗电量的蓄电装置（称为主电源）。或者，在上述电器设备中，本发明的一个实施方案的蓄电装置可用作当所述主电源或商业电源的电力供应停止时能够对电器设备供应电力的蓄电装置（这样的蓄电装置被称为不间断电源）。再或者，在上述电器设备中，本发明的一个实施方案的蓄电装置可用作在来自所述主电源或商业电源的电力供应的同时将电力供应给所述电器设备的蓄电装置（这样的蓄电装置被称为辅助电源）。
图6示出上述电器设备的具体结构。在图6中，显示装置5000是包含蓄电装置5004的电器设备的一个实例。具体而言，所述显示装置5000相当于用于TV广播接收的显示装置，并包括框体5001、显示部5002、扬声器部5003和蓄电装置5004。本发明的一个实施方案的蓄电装置5004提供在框体5001内。所述显示装置5000能够接受来自商业电源的电力。或者，所述显示装置5000能够使用蓄积在蓄电装置5004中的电力。因此，所述显示装置5000可利用蓄电装置5004作为不间断电源进行工作，即使在由于停电等不能自商业电源供应电力时。
对于显示部5002，能够使用半导体显示装置，例如液晶显示装置、其中在每个像素中提供发光元件例如有机EL元件的发光装置、电泳显示装置、数字显微镜装置(DMD)、等离子体显示面板(PDP)或、场致发射显示器(FED)。
注意，除了TV广播接收以外，用于个人计算机、广告显示等的所有信息显示装置也包括在所述显示装置的范畴内。
在图6中，安装型照明装置5100是包含蓄电装置5103的电器设备的一个实例。具体而言，所述照明装置5100包括框体5101、光源5102和蓄电装置5103。虽然图6显示了其中所述蓄电装置5103提供在天花板5104 (所述框体5101及光源5102装在天花板5104上)内的情况，但是所述蓄电装置5103也可以提供在框体5101内。所述照明装置5100能够接受来自商业电源的电力。或者，所述照明装置5100能够使用蓄积在所述蓄电装置5103中的电力。因此，所述照明装置5100可利用所述蓄电装置5103作为不间断电源进行工作，即使当由于停电等不能自商业电源供应电力时。
注意，虽然作为实例，图6说明了提供在天花板5104内的安装型照明装置5100，但是本发明的一个实施方案的蓄电装置能够用于提供在例如墙壁5105、地板5106、窗户5107等内而非天花板5104内的安装型照明装置。或者，所述蓄电装置能够用于台式照明装置等。
作为光源5102，能够使用利用电力而人工发射光的人工光源。具体而言，提供白炽灯、放电灯例如荧光灯、以及发光元件例如LED和有机EL元件作为上述人工光源的实例。
在图6中，包含室内单元5200及室外单元5204的空调是包含蓄电装置5203的电器设备的一个实例。具体而言，室内单元5200包括框体5201、排风口5202和蓄电装置5203。虽然图6说明了其中所述蓄电装置5203提供在室内单元5200中的情况，但是所述蓄电装置5203也可以提供在室外单元5204中。或者，可以在室内单元5200和室外单元5204两者中提供蓄电装置5203。所述空调能够接受来自商业电源的电力。或者，所述空调能够使用蓄积在所述蓄电装置5203中的电力。尤其是在其中在所述室内单元5200和所述室外单元5204两者中提供所述蓄电装置5203的情况下，所述空调可使用本发明的一个实施方案的蓄电装置5203作为不间断电源进行工作，即使当由于停电等不能自商业电源供应电力时。
注意，虽然作为实例，在图6中说明了包含所述室内单元和所述室外单元的分体式空调，但是本发明的一个实施方案的蓄电装置可用于其中室内单元和室外单元的功能被整合到一个框体中的空调。
在图6中，电冷藏冷冻箱5300是包含蓄电装置5304的电器设备的一个实例。具体而言，所述电冷藏冷冻箱5300包括框体5301、冷藏室门5302、冷冻室门5303和蓄电装置5304。在图6中，所述蓄电装置5304提供在框体5301内。所述电冷藏冷冻箱5300能够接受来自商业电源的电力。或者，所述电冷藏冷冻箱5300能够使用蓄积在所述蓄电装置5304中的电力。因此，所述电冷藏冷冻箱5300可使用所述蓄电装置5304作为不间断电源进行工作，即使当由于停电等不能自商业电源供应电力时。
注意，在上述电器设备中，高频加热装置例如微波炉和电器设备例如电饭煲在短时间内需要高功率。通过将本发明的一个实施方案的蓄电装置用作用来辅助商业电源不能充分供应的电力的辅助电源，当使用电器设备时可以防止商业电源的开关跳闸。
另外，在不使用电器设备的时间段，尤其是自商业电源的供应源能够供应的总电能中的实际使用的电能的比率（这样的比率被称为电力使用率）低的时间段中，可将电力蓄积在所述蓄电装置中，由此在所述电气设备使用的时间段中能够减少电力的使用率。例如，关于所述电冷藏冷冻箱5300，在气温低且冷藏室门5302和冷冻室门5303不经常开关的夜间，可将电力蓄积在所述蓄电装置5304中。另一方面，在气温高且冷藏室门5302和冷冻室门5303经常开关的白天，将所述蓄电装置5304用作辅助电源；由此，能够将白天的电力使用率降低。
注意，本实施方案可以与其它实施方案所述的任何结构适当地组合而实施。
(实施方案5)
接着，作为提供有本发明的一个实施方案的蓄电装置的电器设备的一个实例，对便携式信息终端进行说明。
图7A示出便携式信息终端650的前侧的示意图。图7B示出便携式信息终端650的背侧的示意图。所述便携式信息终端650包括框体651、显示部652（包括显示部652a及显示部652b）、电源开关653、光学传感器654、影像镜头655、扬声器656、麦克风657及电源658。
显示部652a及显示部652b是触摸屏。在显示部652a及显示部652b中，可以根据需要使其显示用来输入文字的键盘按钮。当使用手指、触屏笔等接触该键盘按钮时，可以输入文字。或者，当不显示该键盘按钮而使用手指、触屏笔等在显示部652a上直接写文字或直接画图时，可显示该文字或该图。
在显示部652b中，显示便携式信息终端650能够进行的功能。当使用手指、触屏笔等接触显示所希望的功能的标记时，便携式信息终端650执行该功能。例如，当接触标记659时所述便携式信息终端650可作为电话起作用；由此，有可能使用扬声器656及麦克风657进行通话。
便携式信息终端650安装有检测倾斜度的检测装置，例如陀螺仪或加速度传感器（未图示）。因此，当将框体651竖放或横放时，可以在显示部652a及显示部652b中进行显示方向之间的切换，例如在横向模式和纵向模式之间切换。
另外，在便携式信息终端650中提供有光学传感器654，因此在便携式信息终端650中，可以根据光学传感器654所检测的环境光的量最优控制显示部652a及显示部652b的亮度。
便携式信息终端650提供有电源658，所述电源658包括太阳能电池660及充放电控制电路670。图7C说明了其中充放电控制电路670包括电池671、DC-DC转换器672及转换器673的实例。上述实施方案中所述的蓄电装置用作电池671。
便携式信息终端650还可以具有如下功能：显示各种各样的数据（例如，静态图像、动态图像和文字图像）的功能；将日历、日期或时刻等显示在显示部上的功能；通过触摸输入对显示在显示部上的数据进行操作或编辑的触摸输入功能；通过各种各样的软件（程序）控制处理的功能等。
与所述便携式信息终端650连接的太阳能电池660，可以将电力供应到显示部、图像信号处理部等。注意，所述太阳能电池660可以提供在框体651的一面或双面，由此可以对电池671进行高效的充电。使用本发明的一个实施方案的蓄电装置作为所述电池671，具有优点例如小型化。
参照图7C所示的方框图对图7B所示的充放电控制电路670的结构和工作进行说明。图7C示出太阳能电池660、电池671、DC-DC转换器672、转换器673、开关SW1至开关SW3以及显示部652。电池671、DC-DC转换器672、转换器673和开关SW1至开关SW3对应于图7B所示的充放电控制电路670。
首先，说明在使用外光通过所述太阳能电池660发电的情况下工作的实例。使用DC-DC转换器672升高或降低所述太阳能电池660所产生的电力的电压，以使所述电力具有对所述电池671充电的电压。当利用来自太阳能电池660的电力使显示部652工作时，使开关SW1打开，并且通过转换器673升高或降低电力的电压到显示部652工作所需要的电压。另外，当不进行显示部652中的显示时，使开关SW1关闭且使开关SW2打开，以对电池671进行充电。
虽然作为发电方式的一个实例，示出了太阳能电池660，但是对发电方式没有特别限制，可以使用任何其它方式例如压电元件（piezoelectric element）或热电转换元件（帕尔贴元件（peltier element））进行电池671的充电。例如，可以使用能够通过无线（不接触）发射和接受电力进行充电的非接触型电力传输模块，或组合使用的任何其它充电方式，对所述电池671进行充电。
注意，不必说的是，本发明的一个实施方案不局限于图7A至图7C所示的便携式信息终端，只要所述便携式信息终端提供有上述实施方案所述的蓄电装置。注意，本实施方案可以与其它实施方案中所述的任何结构适当地组合而实施。
(实施方案6)
再者，参照图8A和图8B说明作为电器设备的一个实例的移动体的实例。
上述实施方案所说明的蓄电装置中的任一个可以用作控制电池。通过利用插件技术或非接触供电的电力供应，可以从外部给控制电池充电。注意，在所述移动体为电动铁路机车的情况下，可以通过从架空电缆或导电轨供给电力对所述电动铁路机车进行充电。
图8A和图8B示出电动汽车的一个实例。电动汽车680安装有电池681。电池681的电力输出由控制电路682调整，并将电力供给到驱动装置683。控制电路682由包括未图示的ROM、RAM、CPU等的处理单元684控制。
驱动装置683包括单独或与内燃机组合的DC电动机或AC电动机。处理单元684根据输入数据例如关于驾驶员的操作的数据（例如，加速、减速或停止）或电动汽车680的行车期间的数据（例如关于爬坡或下坡的数据，或者关于行车中的车轮负荷的数据），向控制电路682输出控制信号。控制电路682根据处理单元684的控制信号调整从电池681供给的电能而控制驱动装置683的输出。在安装有交流电动机的情况下，虽然未图示，但是还插入了将直流电转换为交流电的变换器。
利用插件技术通过外部供给电力，可以给电池681充电。例如，从商业电源通过电源插头给电池681进行充电。通过转换器例如AC-DC转换器，将供给的电力转换为具有预定电压水平的DC恒压，可对电池681进行充电。使用本发明的一个实施方案的蓄电装置作为电池681，可以有助于电池容量的增大，导致便利性改进。当由于电池681的特性改进所致电池681本身更紧凑并更轻时，车辆可以轻量化，导致提高燃料效率。
注意，不必说的是，本发明的一个实施方案不局限于图8A和图8B所示的电动汽车，只要所述电动汽车具备有上述实施方案所说明的蓄电装置。注意，本实施方案可以与其它实施方案中所述的任何结构适当地组合而实施。
实施例1
在本实施例中，对以通式（G3）表示且阴离子（A-）为(氟磺酰)酰胺（FSA）阴离子的环状季铵盐2-甲基-5-氮螺[4，4]壬烷双（氟磺酰）酰胺（以下，简称为2mAS44-FSA）的合成方法及物理性质进行说明。注意，本发明不局限于以下实施例。
使用下文的合成方案（S-8）对2mAS44-FSA的合成方法进行说明。2mAS44-FSA的结构式是合成方案（S-8）中的结构式（β-4）。
[化学式41]
<3-甲基吡咯烷的合成>
将以结构式（β-1）表示的4-氨基-2-甲基-1-丁醇（0.5mol）和四氯化碳（1.0mol，2eq）溶解于二氯甲烷（150ml）中，向其中添加三苯基膦（0.55mol，1.1eq），然后以40℃加热该混合物并回流约3小时。之后，使用水萃取中间产物三次，通过减压蒸发而去除水。将残留物移动到容器中，将60ml的水和氢氧化钠（1.0mol，2eq）添加到该残留物，并搅拌过夜（15至20小时）。在观察到分离为两层之后，添加NaCl并进行盐析，且进行蒸馏，由此得到以结构式（β-2）表示的3-甲基吡咯烷（40.64g，0.5mol）。
<2-甲基-5-氮螺[4，4]壬烷溴化物的合成>
接着，向通过将氢氧化钠（0.5mol）溶解于500ml的水中形成的氢氧化钠溶液中添加二溴丁烷（0.5mol）。将该混合溶液保持为60℃，在进行搅拌的同时，以30分钟滴加上述所合成的3-甲基吡咯烷（0.5mol），然后以100℃加热该混合物并回流约3小时。在以60℃通过减压蒸发而去除溶剂之后，将氢氧化钠（2.5mol）溶解于250ml的水中以形成氢氧化钠溶液，将冰冷却的该氢氧化钠溶液添加到上述残留物。使用二氯甲烷萃取中间产物3次，使用硫酸镁对二氯甲烷层进行干燥，然后通过减压蒸发而去除溶剂，得到粗沉淀物。使用二氯甲烷及丙酮再结晶进行纯化，然后使用乙醚进行洗涤并干燥，由此得到2-甲基-5-氮螺[4，4]壬烷溴化物（0.225mol，49.6g）。
<2mAS44-FSA的合成>
混合2-甲基-5-氮螺[4，4]壬烷溴化物（0.225mol）的溶液和钾双（氟磺酰）酰胺（0.248mol，1.1eq）的溶液，并搅拌过夜（15至20小时），得到疏水性的粘性透明液体。在使用二氯甲烷萃取中间产物3次之后，使用水对二氯甲烷层进行洗涤。将少量的水层取出，并将其添加到硝酸银溶液中，由此形成溴化银的白色沉淀。对所述二氯甲烷层进行洗涤，直到观察不到溴化银的白色沉淀（使用水洗涤6次），使用硫酸镁进行干燥，然后通过减压蒸发而去除溶剂。对所得到的粘性液体以60℃进行减压干燥约8小时，得到2-甲基-5-氮螺[4，4]壬烷双（氟磺酰）酰胺（64.11g，0.20mol）。
通过核磁共振（NMR）方法及质谱确认根据合成方案（S-8）合成的化合物是所需要的产物2mAS44-FSA。
图9A和图9B示出1H NMR谱。注意，图9B是显示图9A中的1.00ppm至4.00ppm的范围的放大图。
下面示出所得到的化合物的1H NMR数据。
1H-NMR（CDCl3，400MHz，298K）:δ（ppm）1.23，1.25（3H）,1.85至1.95（1H）,2.26至2.31（1H），2.39至2.49（1H），2.62至2.74（1H），3.11，3.13，3.16（1H），3.51至3.74（7H）
下面示出所得到的化合物的电子轰击质谱（Electron Impact Mass Spectrometry；EI-MS）的测量结果。
MS（EI-MS）:m/z=140.14（M）+；C9H18N（140.14），m/z=179.92（M）-；F2NO4S2（179.92）
上述结果示出所合成的化合物是所需要的产物2mAS44-FSA。
对所得到的2mAS44-FSA的物理性质进行评价。在25℃下使用株式会社SEKONIC（塞康聂克）制造的振动式粘度计（VM-10A）测定粘度。用振动式粘度计获得的测量值是“粘度（mPa·s）×密度（g/ml）”，因此由测量值除以密度求出粘度。
根据导电率评价离子导电性。通过用样品充满传导电池(其是用氟树脂制成的框体，并提供有由SUS株式会社制造的平板电极)，并进行AC阻抗测量，获得导电率。在AC阻抗测量中，使用由恒电位仪（potentiostat）和频率响应分析仪（FRA）构成的阻抗测量系统来分析对待测量的对象施加的小电压振幅的响应电流。用北斗电工株式会社(HOKUTO DENKO CORPORATION)制造的并且与株式会社NF制造的频率响应分析器FRA5022连接的电化学测量系统HZ-5000，在AC振幅为10mV和温度为25℃的条件下进行交流阻抗测量。
利用精工纳米科技（SII Nano Technology）株式会社制造的差示扫描量热计DSC200，在温度范围为-100℃至100℃和升温速度为10℃/min的条件下测量熔点。
在25℃下，2mAS44-FSA的粘度为47mPa·s。2mAS44-FSA的熔点为-11.4℃及-8.1℃。在25℃下，2mAS44-FSA的导电率为8.4mS/cm。注意，在本实施例中合成的2mAS44-FSA具有两个熔点，推测是因为所合成的2mAS44-FSA具有立体异构体。
另外，通过线性扫描伏安法，对2mAS44-FSA的氧化电位及还原电位进行评价。
使用北斗电工株式会社制造的电化学测量系统HZ-5000，在手套箱中且在氩气气氛下进行测量。作为工作电极使用玻碳电极，作为对电极使用铂线。作为参考电极，使用在以0.1mol/L的浓度将三氟甲基磺酸银溶解于1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）酰胺而成的溶液中浸渗的银线。以锂的氧化还原电位（Li/Li+）为基准校正各样品的还原电位。
在线性扫描伏安法中，氧化电位为在扫描电位时检测到-1mA/cm2的电流密度的电位。还原电位为在扫描电位时检测到-1mA/cm2的电流密度的电位。
2mAS44-FSA的氧化电位和还原电位分别为6.1V（vs.Li/Li+）和0.1V（vs.Li/Li+）。
根据上文的结果，本发明的一个实施方案的2mAS44-FSA的熔点低于0℃，这表明：在形成非水电解质中将2mAS44-FSA用作非水溶剂，能够制造可在广泛的温度范围包括低温下工作的蓄电装置。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所描述的任何结构适当地组合而实施。
实施例2
在本实施例中，对将包含实施例1所述的2mAS44-FSA作为非水电解质的非水溶剂的锂二次电池的电池特性进行说明。
在本实施例中，制造全电池硬币型锂二次电池，并对其电池特性进行评价。首先，参照图1A和图1B对该锂二次电池的结构及制造方法进行说明。
正极104具有作为正极集电器105的铝箔和厚度为约50μm的正极活性物质层106的层状结构。对于正极活性物质层106，使用其中以85：8：7的比例混合磷酸铁（II）锂（LiFePO4）、乙炔黑和聚偏氟乙烯的混合物，并将其形成在该铝箔的一侧。注意，在正极104中，LiFePO4的量大约为6.0mg/cm2，单极理论容量大约为1.0mAh/cm2。
负极107具有作为负极集电器108的铜箔和厚度为约100μm的负极活性物质层109的层状结构。对于负极活性物质层109，使用其中以93：2：5的比例混合直径为9μm的中间相碳微球（MCMB）粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯的混合物，并将其形成在该铜箔的一侧。注意，在负极107中，MCMB的量大约为9.3mg/cm2，单极理论容量大约为3.46mAh/cm2。
作为非水电解质，使用如下溶液：将1.0M锂双（三氟甲基磺酰）酰胺（以下，简称为LiTFSA）用作锂盐溶解于实施例1中所述的2mAS44-FSA中。
作为隔离体110，使用经过亲水处理的厚度为125μm的聚偏氟乙烯膜。将该隔离体110浸渍在上述非水电解质中。
正极罐101及负极罐102由不锈钢（SUS）构成。作为垫片103，使用间隔物或垫圈。
如图1所示，层叠正极罐101、正极104、隔离体110、负极107、垫片103、负极罐102，并且使用“硬币电池嵌合器（coin cell crimper）”使正极罐101与负极罐102彼此嵌合。由此，制造该硬币型锂二次电池。所制造的硬币型锂二次电池为样品1。
包含含有1-乙基-3-甲基咪唑（EMI）阳离子和FSA阴离子的离子液体（EMI-FSA）代替样品1的2mAS44-FSA作为非水电解质的非水溶剂的硬币型锂二次电池为比较实施例1。注意，其它条件例如锂盐的浓度与样品1相同，因此，除了该非水电解质之外，比较实施例1以与样品1相同的方式制造。
包含含有N-甲基-N-丙基吡咯烷（P13）阳离子和FSA阴离子的离子液体（P13-FSA）代替样品1的2mAS44-FSA作为非水电解质的非水溶剂的硬币型锂二次电池为比较实施例2。注意，其它条件例如锂盐的浓度与样品1相同，因此，除了该非水电解质之外，比较实施例2以与样品1相同的方式制造。
对样品1、比较实施例1及比较实施例2的充放电特性进行测量。使用充放电测量器（由东洋系统株式会社制造），在将样品1、比较实施例1及比较实施例2加热并保持在60℃下进行该测量。另外，在2.0V至4.0V的电压范围内，以0.1C的速率进行该测量的充放电（恒流充放电）。
图10示出样品1、比较实施例1及比较实施例2的充放电特性。在图表中，横轴表示每单位重量的正极活性物质的容量，纵轴表示充放电电压。实线表示样品1的结果，虚线表示比较实施例1的结果，点划线表示比较实施例2的结果。另外，粗曲线为样品1、比较实施例1及比较实施例2的充电曲线，以4V时的容量值为初次充电容量。细曲线为样品1、比较实施例1及比较实施例2的放电曲线，以2V时的容量值为初次放电容量。
从图10可知：在样品1、比较实施例1和比较实施例2之间初次充电容量没有显著的差异，它们的初次充电容量为约150mAh/g，但是它们之间的初次放电容量有差异。样品1的初次放电容量为约100mAh/g，而比较实施例1和比较实施例2的初次放电容量分别为约30mAh/g和约75mAh/g。这些结果显示，样品1的充电容量与放电容量的比例（初次充放电效率）最高。
在此，对样品1的初次充放电效率高于比较实施例1及比较实施例2的理由进行检查。推测由于充电容量的一部分用于不可逆反应导致放电容量低于充电容量。所述不可逆反应之一为其中离子液体的阳离子填充被用于作为载流子离子的锂离子的嵌入或脱嵌的负极活性物质中的位置的反应。
另外，能够发现所述初次充放电效率取决于非水电解质中所用的非水溶剂的种类这一结果，这是由于用作非水溶剂的离子液体的结构、具体而言是离子液体中的阳离子的立体结构彼此不同。
图11A、图11B及图11C分别示出用于样品1、比较实施例1及比较实施例2的离子液体中的阳离子的立体结构。图11A是2mAS44阳离子，图11B是EMI阳离子，图11C是P13阳离子。
利用密度泛函理论法（DFT）计算了在2mAS44阳离子、EMI阳离子及P13阳离子的单重峰基态中的最佳分子结构作为其立体结构。在DFT中，以电势能、电子间静电能、电子的运动能及包括所有复杂的电子间互相作用的交换相关能的总和表示总能量。在DFT中，使用以电子密度表示的单电子势的泛函（函数的函数之意）来近似表示交换相关相互作用，使得能够计算速度快且精度高。在此，利用作为混合泛函的B3LYP来规定涉及交换相关能的各参数的权重。此外，作为基底函数，将6-311G（对每个原子价轨道使用三个缩短函数的三重分裂价层基底组的基底函数）应用于所有的原子。通过上述基底函数，例如，在氢原子的情况下，考虑1s至3s的轨道，而在碳原子的情况下，考虑1s至4s和2p至4p的轨道。再者，为了提高计算精度，将作为极化基底组的p函数和d函数分别添加至氢原子和非氢原子。注意，在本实施例中，使用Gaussian09作为量子化学计算程序。使用高性能计算机（SGI株式会社制造，Altix ICE8400EX）来进行该量子化学计算。注意，在该量子化学计算中，所述2mAS44阳离子、EMI阳离子及P13阳离子具有最稳定的结构并处于真空中。
所述2mAS44阳离子具有扭曲的立体结构，其中构成螺环的两个脂肪族环彼此正交并且所述环不能在氮原子上旋转，与比较实施例1及比较实施例2相比，所述结构具有更大的空间位阻（参照图11A）。注意，所述2mAS44阳离子具有光学异构体，在最稳定的结构中光学异构体的最低未占据分子轨道(LUMO)彼此一致，因此图11A只示出所述结构之一。
EMI阳离子具有其中咪唑环中的原子位于同一平面的立体结构，与样品1及比较实施例2相比，所述结构具有更小的空间位阻（参照图11B）。
与所述EMI阳离子不同，在所述P13阳离子中，吡咯烷环中的原子在环骨架所位于的平面之外具有取代基，所以与EMI阳离子相比空间位阻更大，并且与具有两个环的2mAS44阳离子相比空间位阻更小（参照图11C）。
注意，在所有阳离子中，作为取代基的甲基及乙基可以在碳原子上自由旋转。
由此，当空间位阻小时，容易填充用于锂离子的嵌入或脱嵌的负极活性物质中的位置。因此，空间位阻越大的阳离子越难以填充该位置。换言之，与EMI阳离子及P13阳离子相比空间位阻更大的2mAS44阳离子难以填充该位置。从而，在包含含有2mAS44阳离子的离子液体的样品1中，这样的不可逆反应被最小化，使得样品1的初次充放电效率比比较实施例1及比较实施例2更高。
上文结果表明，使用包含以下阳离子的本发明的一个实施方案的环状季铵盐作为非水溶剂，能够制造与包含已知离子液体作为非水溶剂的锂二次电池相比具有高性能的锂二次电池。所述阳离子具有庞大且空间位阻大的螺环结构的立体结构。通过引入取代基来破坏该阳离子的对称性，使得所述环状季铵盐甚至在室温下为液体。
另外，无添加剂例如碳酸乙烯酯（EC）或碳酸亚乙烯酯（VC）的情况下，样品1也能作为电池工作。该结果表明，将本发明的一个实施方案的环状季铵盐用作非水溶剂，允许制造以下锂二次电池：不发生不可逆反应例如该添加剂的分解反应或膜产生反应，因而初次充放电容量的降低被最小化。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所述的任何结构适当地组合而实施。
[实施例3]
在本实施例中，对以通式（G3）表示且阴离子（A-）为氟磺酰酰胺（FSA）阴离子的环状季铵盐7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷双（氟磺酰）酰胺（以下，简称为7mAS45-FSA）的合成方法及物理性质进行说明。7mAS45-FSA的结构式是结构式（β-5）。注意，本发明不局限于以下实施例。
[化学式42]
本实施例中的7mAS45-FSA可以参照实施例1所说明的2mAS44-FSA的合成方法来合成。具体而言，使3-甲基哌啶与1，4-二溴戊烷彼此反应，以合成7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物，在7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物与FSA之间进行阴离子交换，由此可以合成7mAS45-FSA。于是，省略关于7mAS45-FSA的合成方案的描述。
<7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物的合成>
在室温且氮气氛下，混合3-甲基哌啶（9.9g，100mmol）、2-丙醇（90ml）、碳酸钾（28.0g，200mmol）和其中将1，4-二溴丁烷（17.0g，80mmol）溶解于2-丙醇（10ml）中的溶液。对该混合溶液以100℃加热并回流10小时。对所得到的反应溶液添加2-丙醇（100ml），通过抽滤去除固体，使用2-丙醇（100ml）进行洗涤。浓缩所得到的滤液，通过使用2-丙醇及丙酮的混合溶剂再结晶进行纯化，然后对所得到的固体进行过滤并干燥，得到白色固体：7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物（14.0g，60mmol）。
<7mAS45-FSA的合成>
在纯水中混合并搅拌7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物（13.5g，58mmol）和钾双（氟磺酰）酰胺（13.9g，63mmol），直接得到不溶于水的离子液体。之后，利用二氯甲烷萃取所得到的离子液体，然后利用纯水洗涤6次。通过蒸发去除溶剂并在100℃下进行真空干燥，得到了7-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷双（氟磺酰）酰胺（16.6g，50mmol）。
通过核磁共振（NMR）方法及质谱确认通过上述步骤得到的离子液体是7mAS45-FSA。
图12A和图12B示出1H NMR谱。另外，图12B是显示图12A中的1.00ppm至4.00ppm的范围的放大图。
下面示出所得到的化合物的1H NMR数据。
1H-NMR（CDCl3，400MHz，298K）:δ（ppm）1.02至1.05（3H），1.20至1.31（1H），1.82至1.93（3H），1.93至2.05（1H），2.23至2.30（4H），2.91至2.98（1H），3.19至3.27（1H），3.33至3.37（1H），3.43至3.47（1H），3.50至3.60（4H）
下面示出所得到的化合物的电子轰击质谱（EI-MS）的测量结果。
MS（EI-MS）:m/z=154.22（M）+；C10H20N（154.16），m/z=179.98（M）-；F2NO4S2（179.92）
该结果显示通过上述步骤所合成的化合物是所需要的化合物7mAS45-FSA。
另外，对7mAS45-FSA的粘度、熔点及导电率进行测量。按实施例1进行粘度、熔点及导电率的测量。7mAS45-FSA的粘度为68Pa·s。7mAS45-FSA的熔点为-24℃及-6℃。在25℃下，7mAS45-FSA的导电率为5.5mS/cm。注意，在本实施例中合成的7mAS45-FSA具有两个熔点，推测是因为所合成的7mAS45-FSA具有立体异构体。
通过线性扫描伏安法，对7mAS45-FSA的氧化电位及还原电位进行评价。采用与实施例1类似的方法进行该测量。
7mAS45-FSA的氧化电位和还原电位分别为5.8V（vs.Li/Li+）和0.1V（vs.Li/Li+）。
与实施例2所示的计算类似，7mAS45阳离子的单重峰基态的最佳分子结构的计算使用密度泛函理论进行。该7mAS45阳离子的LUMO水平为-3.33eV。
根据上文的结果，本发明的一个实施方案的7mAS45-FSA的熔点低于0℃，这表明：将该7mAS45-FSA用作在非水电解质的形成中的非水溶剂，能够制造可在广泛的温度范围包括低温下工作的蓄电装置。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所述的任何结构适当地组合而实施。
实施例4
在本实施例中，对包含实施例3所述的7mAS45-FSA作为非水电解质的非水溶剂的锂二次电池的电池特性进行说明。
在本实施例中，制造全电池硬币型锂二次电池，并对其电池特性进行评价。首先，参照图1A和图1B对该电池硬币型锂二次电池的结构及制造方法进行说明。
正极104具有作为正极集电器105的铝箔和厚度为约50μm的正极活性物质层106的层状结构。对于该正极活性物质层106，使用其中以85：8：7的比例混合磷酸铁（II）锂（LiFePO4）、乙炔黑和聚偏氟乙烯的混合物，将其形成在该铝箔的一侧。注意，在正极104中，LiFePO4的量大约为6.0mg/cm2，单极理论容量大约为1.0mAh/cm2。
负极107具有作为负极集电器108的铜箔和厚度为约100μm的负极活性物质层109的层状结构。对于该负极活性物质层109，使用其中以90：10的比例混合直径为9μm的中间相碳微球（MCMB）粉末和聚偏氟乙烯的混合物，将其形成在该铜箔的一侧。注意，在负极107中，MCMB的量大约为8.0mg/cm2，单极理论容量大约为3.0mAh/cm2。
作为非水电解质，使用如下溶液：将1.0M LiTFSA作为锂盐溶于实施例3所述的7mAS45-FSA中。
作为隔离体110，使用经过亲水处理的厚度为125μm的聚偏氟乙烯膜。将隔离体110浸渍在所述非水电解质中。
正极罐101及负极罐102由不锈钢（SUS）构成。作为垫片103，使用间隔物或垫圈。
如图1所示，层叠正极罐101、正极104、隔离体110、负极107、垫片103、负极罐102，并且使用“硬币嵌合器（coin cell crimper）”使正极罐101与负极罐102彼此嵌合。由此，制造所述硬币型锂二次电池。所制造的硬币型锂二次电池为样品2。
对样品2的充放电特性进行测量。使用与在实施例1中使用的测量器相同的充放电测量器，将样品2加热并保持在60℃下进行该测量。另外，在2.0V至4.0V的电压范围内，以0.1C的速率进行该测量中的充放电（恒流充放电）。
图13示出样品2的充放电特性。在图表中，横轴表示每单位重量的正极活性物质的容量，纵轴表示充放电电压。另外，粗曲线是样品2的充电曲线，在4V时的容量值为初次充电容量。细曲线是样品2的放电曲线，在2V时的容量值为初次放电容量。
样品2的初次充电容量和初次放电容量分别为约150mAh/g和约100mAh/g。
图19示出通过测量在0.5C或0.2C的速率下样品2、样品4和样品5相对于温度的放电容量得到的结果。样品2包含7mAS45-FSA作为非水溶剂。样品4包含3mP13-FSA（使甲基结合于P13-FSA的3位而形成）作为非水溶剂，代替用于样品2的非水溶剂。样品5包含3mPP13-FSA（使甲基结合于PP13-FSA的3位而形成）作为非水溶剂，代替用于样品2的非水溶剂。
如图19所示，在高于或等于60℃时，各样品的放电容量未减少。另外，图19显示：样品2在室温下也具有令人满意的放电容量。
接着，对相对于温度(样品在该温度下加热和保持)的样品2的循环特性进行评价。使用与在实施例1中使用的测量器相同的充放电测量器进行该测量。加热并保持样品2的温度为60℃、85℃和100℃。在该测量中，以恒流进行充放电，并且一组充电和放电为1个循环。在第1循环中，以0.1C的速率进行恒流充电，然后以0.1C的速率进行放电。在第2循环及之后的循环中，以0.5C的速率反复充放电200次。
图14示出在各温度下测量的样品2的循环特性。横轴表示充放电的循环次数，纵轴表示放电保持率。注意，图14示出第2循环及之后循环的放电保持率。在图14中，粗线表示以60℃加热并保持的样品2的循环特性，细线表示以85℃加热并保持的样品2的循环特性，虚线表示以100℃加热并保持的样品2的循环特性。从图14可知，在60℃下200次循环之后的放电保持率大约为75%；在85℃下200次循环之后的放电保持率大约为50%；和在100℃下100次循环之后的放电保持率大约为20%，而在200次循环之后几乎观察不到放电。上述结果显示：与包含有机溶剂例如碳酸二乙酯或碳酸乙烯酯(其通常在高温下不安全)作为非水电解质的非水溶剂的锂二次电池不同，样品2甚至在60℃或更高的温度下也可以作为电池工作。
图15示出加热并保持在60℃的样品2直到500次循环的放电保持率。300次循环之后的放电保持率大约为67%。400次循环之后的放电保持率大约为61%。500次循环之后的放电保持率大约为56%。注意，在每200次循环中，以0.1C的速率进行充放电并测量容量。
再者，图20、图21及图22示出对不同温度下的电池的循环特性进行比较的结果；电池分别包含有机溶剂或离子液体作为非水电解质的非水溶剂。在此，除了上述的样品2、样品4和样品5之外，还使用样品6、样品7及样品8。样品6包含如下溶液作为非水电解质：1M的LiPF6作为锂盐溶解于以1：1的体积比混合的EC和DEC的混合溶液(作为有机溶剂)。样品7包含如下溶液作为非水电解质：1M的LiTFSA作为锂盐溶解于用作离子液体的PP13-FSA（N-甲基-N-丙基哌啶双（氟磺酰）酰胺。样品8包含如下溶液作为非水电解质：1M的LiTFSA作为锂盐溶解于用作离子液体的EMI（简称）。
下表显示上述测量的结果。
[表3]
图20至图22显示：与样品6、样品7和样品8相比，样品2、样品4及样品5具有更令人满意的循环特性，并且样品2在60℃下的放电容量保持率尤其高。
本实施例的结果表明：将实施例3所述的7mAS45-FSA用作非水电解质的非水溶剂，允许制造锂二次电池。该结果还显示：在无添加剂例如碳酸乙烯酯或碳酸亚乙烯酯的情况下，样品2也能作为电池工作。
接着，对包含7mAS45-FSA作为非水电解质的非水溶剂的锂二次电池的速率特性进行评价。作为进行速率特性评价的样品，使用包含类似于样品2的正极和锂箔作为负极的半电池硬币型锂二次电池。该半电池硬币型锂二次电池通过样品2的制造方法，在负极107中使用锂箔代替铜箔而制造。因此，该半电池硬币型锂二次电池的正极及非水电解质与样品2相同。
对该半电池硬币型锂二次电池的速率特性进行测量。使用与在实施例1中使用的测量器相同的充放电测量器，将该半电池硬币型锂二次电池加热并保持在60℃下进行测量。充电电压为低于或等于4V，充电速率为0.2C，放电速率为0.2C、0.5C、1C和2C。图16显示相对于速率的放电容量。
在所述速率下的充电容量大约为150mAh/g，在0.2C、0.5C及1C下的放电容量大约为150mAh/g，与所述充电容量基本相同。另一方面，在2C下的放电容量大约为60mAh/g。这些结果显示，所制造的半电池硬币型锂二次电池的速率特性是令人满意的。
注意，如图16所示，在将该半电池硬币型锂二次电池加热并保持为60℃和在1C下放电时，放电容量为144mAh/g，并且在将该半电池硬币型锂二次电池加热并保持为25℃和在0.2C下放电时，放电容量基本上等于加热并保持为60℃且在1C下放电的半电池硬币型锂二次电池的放电容量（具体地为133mAh/g）。
上文的结果表明：将7mAS45-FSA用作非水电解质的非水溶剂，能够制造具有令人满意的速率特性的锂二次电池。
除了样品2的速率特性之外，还对样品4和上述样品7在室温（25℃）下的速率特性进行测量。注意，所述锂二次电池的结构及制造方法与实施例2类似。
图23示出上述测量的结果。在图23中，横轴表示放电速率（C），纵轴表示0.1C时的放电容量。该结果显示：与样品7相比，样品2和样品4各自具有更令人满意的特性。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所述的任何结构适当地组合而实施。
实施例5
在本实施例中，对以通式（G3）表示且阴离子（A-）为氟磺酰酰胺（FSA）阴离子的环状季铵盐2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷双（氟磺酰）酰胺（以下简称为2mAS45-FSA）的合成方法和物理特性、及包含2mAS45-FSA作为非水电解质的锂二次电池的充放电特性进行说明。2mAS45-FSA的结构式是结构式（β-6）。注意，本发明不局限于以下实施例。
[化学式43]
本实施例中的2mAS45-FSA可以参照实施例1所说明的2mAS44-FSA的合成方法来合成。具体而言，使3-甲基吡咯烷与1，5-二溴戊烷彼此反应，以合成2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物，并在2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物与FSA之间进行阴离子交换，由此可以合成2mAS45-FSA。因此，省略2mAS45-FSA的合成方案的描述。
<2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物的合成>
首先，按实施例1合成3-甲基吡咯烷（参照合成方案（S-8）的结构式（β-2））。接着，在室温且大气下将氢氧化钠（0.1mol）溶解于纯水（100ml）中形成氢氧化钠溶液，并对该氢氧化钠溶液添加1，5-二溴戊烷（0.1mol）。将该混合溶液保持为60℃，进行搅拌的同时，以30分钟滴加3-甲基吡咯烷（0.1mol），然后将该混合物以70℃加热并回流2小时，以80℃加热并回流约1小时。对所得到的反应溶液添加10mol/L的氢氧化钠溶液，使用1-丁醇萃取中间产物。浓缩所得到的滤出液，通过使用1-丁醇及乙醚的混合溶剂再结晶进行纯化，然后对所得到的固体进行过滤并干燥，由此得到白色固体：2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物（4.4g，19mmol）。
<2mAS45-FSA的合成>
在纯水中混合并搅拌2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷溴化物（4.4g，19mmol）和钾双（氟磺酰）酰胺（4.5g，21mmol），直接得到不溶于水的离子液体。之后，利用二氯甲烷萃取所得到的离子液体，然后利用纯水洗涤6次。通过蒸发去除溶剂并在80℃下进行真空干燥，得到了2-甲基-5-氮螺[4，5]癸烷双（氟磺酰）酰胺（5.2g，16mmol）。
通过核磁共振（NMR）方法及质谱确认通过上述步骤得到的离子液体是2mAS45-FSA。
图17A和图17B示出1H NMR谱。注意，图17B是显示图17A中的1.00ppm至4.00ppm的范围的放大图。
下面示出所得到的化合物的1H NMR数据。
1H-NMR（CDCl3，400MHz，298K）:δ（ppm）1.20至1.22（3H），1.60至1.78（2H），1.78至1.95（5H），2.27至2.43（1H），2.54至2.71（1H），2.84至3.00（1H），3.24至3.46（4H），3.46至3.64（2H），3.64至3.81（1H）
下面示出所得到的化合物的电子轰击质谱（EI-MS）的测量结果。
MS（EI-MS）:m/z=154.22（M）+；C10H20N（154.16），m/z=179.98（M）-；F2NO4S2（179.92）
上文的记过显示，通过上述步骤所合成的化合物是所需要的产物2mAS45-FSA。
另外，对2mAS45-FSA的粘度、熔点及导电率进行测量。按实施例1进行粘度、熔点及导电率的测量。2mAS45-FSA的粘度为85Pa·s。2mAS45-FSA的熔点为2.1℃及7.6℃。25℃下的2mAS45-FSA的导电率为4.7mS/cm。注意，在本实施例中合成的2mAS45-FSA具有两个熔点，推测是因为所合成的2mAS45-FSA具有立体异构体。
通过线性扫描伏安法，对2mAS45-FSA的氧化电位及还原电位进行评价。通过与实施例1类似的方法进行该测量。
2mAS45-FSA的氧化电位和还原电位分别为5.9V（vs.Li/Li+）和0.01V（vs.Li/Li+）。
根据上文结果，本发明的一个实施方案的2mAS45-FSA的熔点低，这显示：将2mAS45-FSA用作在非水电解质的形成中的非水溶剂，能够制造可在广泛的温度范围包括低温下工作的蓄电装置。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所述的任何结构适当地组合而实施。
[实施例6]
在本实施例中，对包含实施例5所述的2mAS45-FSA作为非水电解质的非水溶剂的锂二次电池的电池特性进行说明。
在本实施例中，制造全电池硬币型锂二次电池，并对其电池特性进行评价。除了实施例5所述的2mAS45-FSA用作非水电解质的非水溶剂之外，在本实施例中制造的电池硬币型锂二次电池的结构及制造方法与实施例4相同。
作为非水电解质，在本实施例中使用如下溶液：将1.0M的LiTFSA作为锂盐溶解于实施例5中所述的2mAS45-FSA。在本实施例中制造的硬币型锂二次电池为样品3。
对样品3的充放电特性进行测量。使用与在实施例1中使用的测量器相同的充放电测量器，将样品3加热并保持为60℃下进行该测量。另外，在2.0V至4.0V的电压范围内，以0.1C的速率进行该测量中的充放电（恒流充放电）。
图18示出样品3的充放电特性。在图表中，横轴表示每单位重量的正极活性物质的容量，纵轴表示充放电电压。另外，粗曲线为样品3的充电曲线，在4V时的容量值为初次充电容量。细曲线为样品3的放电曲线，在2V时的容量值为初次放电容量。
样品3的初次充电容量和初次放电容量分别为约150mAh/g和约90mAh/g。
上文结果表明：将实施例5所述的2mAS45-FSA用作非水电解质的非水溶剂，能够制造锂二次电池。另外，该结果表明：无添加剂例如碳酸乙烯酯或碳酸亚乙烯酯的情况下，样品3也能作为电池工作。
注意，本实施例可以与其它实施方案及实施例所述的任何结构适当地组合而实施。
参照说明
100：蓄电装置；101：正极罐；102：负极罐；103：垫片；104：正极；105：正极集电器；106：正极活性物质层；107：负极；108：负极集电器；109：负极活性物质层；110：隔离体；153：正极活性物质；154：石墨烯；183：负极活性物质；184：导电助剂；185：石墨烯；200：蓄电装置；201：正极集电器；202：正极活性物质层；203：正极；204：负极集电器；205：负极活性物质层；206：负极；207：隔离体；208：非水电解质；209：外壳体；300：蓄电装置；301：正极盖；302：电池罐；303：正极端子；304：正极；305：隔离体；306：负极；307：负极端子；308：绝缘板；309：绝缘板；311：PTC元件；312：安全阀机构；650：便携式信息终端；651：框体；652：显示部；652a：显示部；652b：显示部；653：电源开关；654：光传感器；655：摄像镜头；656：扬声器；657：麦克风；658：电源；659：标记；660：太阳能电池；670：充放电控制电路；671：电池；672：DC-DC转换器；673：转换器；680：电动汽车；681：电池；682：控制电路；683：驱动装置；684：处理单元；5000：显示装置；5001：框体；5002：显示部；5003：扬声器部；5004：蓄电装置；5100：照明装置；5101：框体；5102：光源；5103：蓄电装置；5104：天花板；5105：墙壁；5106：地板；5107：窗户；5200：室内单元；5201：框体；5202：排风口；5203：蓄电装置；5204：室外单元；5300：电冷藏冷冻箱；5301：框体；5302：冷藏室门；5303：冷冻室门；和5304：蓄电装置
本申请基于2012年4月27日提交到日本专利局的日本专利申请No.2012-103033、2012年10月5日提交到日本专利局的日本专利申请No.2012-222974以及2013年3月13日提交到日本专利局的日本专利申请No.2013-049812，通过引用将其完整内容予以结合。

Claims (18)

1.一种环状季铵盐，包含：
包含两个脂肪族环的季螺铵阳离子；以及
相对于所述季螺铵阳离子的抗衡阴离子，
其中，所述季螺铵阳离子具有所述两个脂肪族环中的碳与取代基结合的非对称结构，和
其中所述两个脂肪族环中的一个的碳数与所述两个脂肪族环中的另一个的碳数不同。
2.根据权利要求1所述的环状季铵盐，其中所述环状季铵盐在常温下为液体。
3.根据权利要求1所述的环状季铵盐，其中所述两个脂肪族环中的一个为六元环。
4.根据权利要求1所述的环状季铵盐，其中所述取代基为供电子取代基。
5.根据权利要求1所述的环状季铵盐，其中相对于锂的氧化还原电位，所述环状季铵盐的还原电位低于或等于0.5V。
6.根据权利要求1所述的环状季铵盐，其中25℃下的所述环状季铵盐的导电率高于或等于3mS/cm。
7.一种蓄电装置，包括：
正极；
负极；以及
根据权利要求1所述的环状季铵盐。
8.根据权利要求7所述的蓄电装置，还包括：
锂盐。
9.一种以式（G1）表示的环状季铵盐，
其中：n和m各自为大于或等于1且小于或等于3的正数；α为大于或等于0且小于或等于n+3的正数；β为大于或等于0且小于或等于m+3的正数；α和β的至少一个不为0；X和Y各自为选自具有1至4个碳原子的烷基、具有1至4个碳原子的烷氧基和具有1至4个碳原子的烷氧烷基的取代基；并且A-为选自一价酰胺阴离子、一价甲基化物阴离子、全氟烷基磺酸根阴离子、四氟硼酸根、全氟烷基硼酸根、六氟磷酸根和全氟烷基磷酸根的阴离子，
其中，式（G1）中的季螺铵阳离子具有非对称结构，和
其中n与m不同。
10.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中所述环状季铵盐在常温下为液体。
11.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中所述取代基具有直链结构或支链结构。
12.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中n和m中的一个为2。
13.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中所述取代基为供电子取代基。
14.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中该环状季铵盐以式（G9）或（G10）表示，
。
15.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中相对于锂的氧化还原电位，所述环状季铵盐的还原电位低于或等于0.5V。
16.根据权利要求9所述的环状季铵盐，其中25℃下的所述环状季铵盐的导电率高于或等于3mS/cm。
17.一种蓄电装置，包括：
正极；
负极；以及
根据权利要求9所述的环状季铵盐。
18.根据权利要求17所述的蓄电装置，还包括：
锂盐。
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CN201380022137.0A Expired - Fee Related CN104245703B (zh) 2012-04-27 2013-04-19 环状季铵盐、非水溶剂、非水电解质及蓄电装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105161765A (zh) * 2015-07-06 2015-12-16 东莞市天丰电源材料有限公司 一种锂离子动力电池电解液
CN114551879A (zh) * 2020-11-19 2022-05-27 泰星能源解决方案有限公司 非水电解质二次电池
CN114573525A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 江苏国泰超威新材料有限公司 一种环状季铵盐电解质的制备方法及应用
CN115124454A (zh) * 2022-07-14 2022-09-30 山东氟能化工材料有限公司 一种复杂结构的螺环季铵盐的合成方法及其产品和应用

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014088361A (ja) * 2012-04-27 2014-05-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 環状４級アンモニウム塩、非水溶媒、非水電解質及び蓄電装置
KR20140045880A (ko) 2012-10-09 2014-04-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전 장치
KR101639313B1 (ko) * 2013-10-31 2016-07-13 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US10147556B2 (en) 2014-03-31 2018-12-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device and electronic device
JPWO2016055908A1 (ja) 2014-10-10 2017-04-27 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置
KR101567771B1 (ko) 2015-01-12 2015-11-11 상명대학교서울산학협력단 출력용량 개선을 위한 전기이중층 커패시터의 전해액 및 이를 이용한 전기이중층 커패시터
JP2016167476A (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 太陽誘電株式会社 蓄電デバイス
JP7155186B2 (ja) * 2020-03-23 2022-10-18 株式会社東芝 複合電解質、二次電池、電池パック及び車両

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347176A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Tomiyama Pure Chemical Industries Ltd 色素増感太陽電池用電解液及びそれを用いた色素増感型太陽電池
JP2006049447A (ja) * 2004-08-03 2006-02-16 Japan Carlit Co Ltd:The 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ
JP2007189024A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Japan Carlit Co Ltd:The 電気二重層キャパシタ用電解液及びそれを用いた電気二重層キャパシタ
CN101300260A (zh) * 2005-08-30 2008-11-05 霍尼韦尔国际公司 合成螺环季铵体系的方法
CN101784524A (zh) * 2007-06-01 2010-07-21 因温斯特技术公司 离子液体
JP2012056897A (ja) * 2010-09-09 2012-03-22 Otsuka Chem Co Ltd 環状第４級アンモニウム塩、それを用いた電解質組成物、及び該電解質組成物を用いた電気化学デバイス
US20120082872A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Basf Se Additive for electrolytes

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0721427A1 (en) 1993-10-01 1996-07-17 Chevron U.S.A. Inc. Zeolite zsm-11 and a process for preparing zeolite zsm-11 using a 3,5-dimethylpiperidinium templating agent
US5968474A (en) 1994-09-30 1999-10-19 Chevron U.S.A. Inc. Pure phase titanium-containing zeolite having MEL structure, process for preparing same, and oxidation processes using same as catalyst
AU5485296A (en) * 1995-05-04 1996-11-21 Chevron U.S.A. Inc. Pure phase titanium, containing zeolite having mel structure
US5580540A (en) 1995-12-01 1996-12-03 Chevron U.S.A. Inc. Zeolite SSZ-44
KR20000062392A (ko) 1996-12-31 2000-10-25 알. 더블류. 윌리암스 치환된 피페리디늄 양이온을 사용한 제올라이트 제조방법
JP2001217151A (ja) 1999-11-25 2001-08-10 Bridgestone Corp 非水電解液電気二重層キャパシタ
US6469888B1 (en) 1999-11-25 2002-10-22 Bridgestone Corporation Non-aqueous electrolyte electric double-layer capacitor
EP1380569B1 (en) * 2001-03-26 2013-02-20 Nisshinbo Industries, Inc. Ionic liquid of dimethylethyl(methoxyethyl)ammonium for an electric double layer capacitor and a secondary battery
JP3962806B2 (ja) 2002-05-16 2007-08-22 独立行政法人産業技術総合研究所 常温溶融塩及び常温溶融塩を用いたリチウム二次電池
US7411777B2 (en) 2003-08-29 2008-08-12 Japan Carlit Co., Ltd. Electrolytic solution for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor
US7842432B2 (en) 2004-12-09 2010-11-30 Nanosys, Inc. Nanowire structures comprising carbon
US7939218B2 (en) 2004-12-09 2011-05-10 Nanosys, Inc. Nanowire structures comprising carbon
US8278011B2 (en) 2004-12-09 2012-10-02 Nanosys, Inc. Nanostructured catalyst supports
CA2588548A1 (en) 2004-12-09 2006-06-15 Nanosys, Inc. Nanowire-based membrane electrode assemblies for fuel cells
JP3850427B2 (ja) 2005-03-22 2006-11-29 株式会社物産ナノテク研究所 炭素繊維結合体およびこれを用いた複合材料
CN1855325A (zh) * 2005-04-25 2006-11-01 电源系统株式会社 双电层电容器用阳电极及其制备方法
KR101390619B1 (ko) 2005-11-21 2014-04-30 나노시스, 인크. 탄소를 포함하는 나노배선 구조체
EP2162942B1 (en) * 2007-06-29 2016-11-23 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation Lithium energy storage device
US7745047B2 (en) 2007-11-05 2010-06-29 Nanotek Instruments, Inc. Nano graphene platelet-base composite anode compositions for lithium ion batteries
JP5377946B2 (ja) 2007-12-25 2013-12-25 花王株式会社 リチウム電池正極用複合材料
KR101267351B1 (ko) 2007-12-25 2013-05-24 가오 가부시키가이샤 리튬전지 양극용 복합재료
WO2009127901A1 (en) 2008-04-14 2009-10-22 High Power Lithium S.A. Lithium metal phosphate/carbon nanocomposites as cathode active materials for secondary lithium batteries
JP5339542B2 (ja) 2008-05-09 2013-11-13 独立行政法人産業技術総合研究所 イオン液体
US20110070486A1 (en) 2008-09-10 2011-03-24 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Ionic liquid
US8580432B2 (en) 2008-12-04 2013-11-12 Nanotek Instruments, Inc. Nano graphene reinforced nanocomposite particles for lithium battery electrodes
US9093693B2 (en) 2009-01-13 2015-07-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Process for producing nano graphene reinforced composite particles for lithium battery electrodes
US20140370380A9 (en) 2009-05-07 2014-12-18 Yi Cui Core-shell high capacity nanowires for battery electrodes
JP2009218608A (ja) 2009-05-11 2009-09-24 Japan Carlit Co Ltd:The 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ
US8778538B2 (en) 2009-11-06 2014-07-15 Northwestern University Electrode material comprising graphene-composite materials in a graphite network
US9431649B2 (en) 2009-11-23 2016-08-30 Uchicago Argonne, Llc Coated electroactive materials
US8652687B2 (en) 2009-12-24 2014-02-18 Nanotek Instruments, Inc. Conductive graphene polymer binder for electrochemical cell electrodes
JP2012040964A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Toyota Motor Corp 車両の制動制御装置
JP5778625B2 (ja) 2011-06-03 2015-09-16 株式会社半導体エネルギー研究所 イオン液体、及びイオン液体を含む蓄電装置
US20120328960A1 (en) 2011-06-24 2012-12-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Nonaqueous solvent and power storage device
JP5780484B2 (ja) 2012-02-28 2015-09-16 国立研究開発法人産業技術総合研究所 イオン液体
JP2014088361A (ja) 2012-04-27 2014-05-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 環状４級アンモニウム塩、非水溶媒、非水電解質及び蓄電装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347176A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Tomiyama Pure Chemical Industries Ltd 色素増感太陽電池用電解液及びそれを用いた色素増感型太陽電池
JP2006049447A (ja) * 2004-08-03 2006-02-16 Japan Carlit Co Ltd:The 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ
CN101300260A (zh) * 2005-08-30 2008-11-05 霍尼韦尔国际公司 合成螺环季铵体系的方法
JP2007189024A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Japan Carlit Co Ltd:The 電気二重層キャパシタ用電解液及びそれを用いた電気二重層キャパシタ
CN101784524A (zh) * 2007-06-01 2010-07-21 因温斯特技术公司 离子液体
JP2012056897A (ja) * 2010-09-09 2012-03-22 Otsuka Chem Co Ltd 環状第４級アンモニウム塩、それを用いた電解質組成物、及び該電解質組成物を用いた電気化学デバイス
US20120082872A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Basf Se Additive for electrolytes

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105161765A (zh) * 2015-07-06 2015-12-16 东莞市天丰电源材料有限公司 一种锂离子动力电池电解液
CN105161765B (zh) * 2015-07-06 2018-09-28 东莞市天丰电源材料有限公司 一种锂离子动力电池电解液
CN114551879A (zh) * 2020-11-19 2022-05-27 泰星能源解决方案有限公司 非水电解质二次电池
US11973228B2 (en) 2020-11-19 2024-04-30 Prime Planet Energy & Solutions, Inc. Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN114551879B (zh) * 2020-11-19 2024-08-16 泰星能源解决方案有限公司 非水电解质二次电池
CN114573525A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 江苏国泰超威新材料有限公司 一种环状季铵盐电解质的制备方法及应用
CN115124454A (zh) * 2022-07-14 2022-09-30 山东氟能化工材料有限公司 一种复杂结构的螺环季铵盐的合成方法及其产品和应用

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