JP2006236829A - Ionic liquid, nonaqueous electrolyte for electricity accumulation device and electricity accumulation device - Google Patents

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浩 吉田
Kanako Yuyama
佳菜子 湯山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ionic liquid having viscosity lower than that of an ionic liquid containing, as constituents, tetrafluoborate anions or hexafluorophosphoric acid anions, and hardly causing hydrolysis. <P>SOLUTION: This ionic liquid is represented by formula (1) or (4) and having a melting point below 50°C. In the formulas, R<SP>1</SP>-R<SP>4</SP>are different types of 1-5C alkyl groups or alkoxyalkyl groups represented by R'-O-(CH<SB>2</SB>)<SB>n</SB>(R' is a methyl or ethyl group and n is an integer of 1 to 4); and any two groups of R<SP>1</SP>to R<SP>4</SP>may form a ring along with X; however, at least one of R<SP>1</SP>to R<SP>4</SP>is an alkoxyalkyl group; X is a nitrogen atom or a phosphorous atom; R<SB>F</SB>is a 1-4C perfluoroalkyl group; (a) is an integer of 1 to 4; and (b) is an integer of 1 to 6 (when (a) and (b) are each not smaller than 2, R<SB>F</SB>s may be identical or different from one another; and R<SB>F</SB>s may form a ring along with a boron atom or a phosphorous atom by being bonded to one another). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、イオン液体、蓄電デバイス用非水電解液および蓄電デバイスに関する。   The present invention relates to an ionic liquid, a nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device, and an electricity storage device.

アルコキシアルキル基を有するオニウムカチオンと、テトラフルオロホウ酸またはヘキサフルオロリン酸アニオンとで構成されるイオン液体は、(1)蒸気圧が全くないか、極めて小さい、(2)不燃または難燃である、(3)高いイオン導電性を有する、(4)水よりも分解電圧が高い、(5)水よりも液体温度領域が広い、(6)大気中での取り扱いが可能、(7)それまで知られていたイオン液体より広い電位窓を有する、といった種々の利点から、近年、電気二重層キャパシタや、リチウムイオン電池等の電解液(溶媒)として好適であることが分かってきた(特許文献1:国際公開02/076924号パンフレット)。   An ionic liquid composed of an onium cation having an alkoxyalkyl group and a tetrafluoroborate or hexafluorophosphate anion has (1) no or very low vapor pressure, and (2) noncombustibility or flame retardancy. , (3) having high ionic conductivity, (4) higher decomposition voltage than water, (5) wider liquid temperature range than water, (6) capable of handling in the atmosphere, (7) until then In recent years, it has been found that it is suitable as an electrolytic solution (solvent) for an electric double layer capacitor, a lithium ion battery or the like because of various advantages such as having a wider potential window than a known ionic liquid (Patent Document 1). : International Publication No. 02/076924 Pamphlet).

このイオン液体を構成するテトラフルオロホウ酸アニオンやヘキサフルオロリン酸アニオンは、系中に存在する水により加水分解され易いという性質を有している。これらのアニオンが加水分解するとフッ化水素が発生し、その結果、キャパシタや電池の電気容量、充放電効率、耐電圧等が低下したり、ガス発生により、キャパシタや電池が膨張したりするなどの問題が生じる。系内に存在する水の低減化を図ることは、通常でも行われているが、電極活物質などのキャパシタまたは電池構成部材に付着した水分を完全に除去することは困難である。このため、電解液中の含水量は、通常数十ppm程度にしかならず、上記加水分解を完全に防ぐことは難しい。
また、上記各アニオンを有する電解質塩を用いた蓄電デバイスを、Cレートで30C以上の大電流で充放電を繰り返すと、イオン会合が原因と考えられる可逆的な容量低下が発生することも知られている。
The tetrafluoroborate anion and hexafluorophosphate anion constituting this ionic liquid have the property of being easily hydrolyzed by water present in the system. When these anions are hydrolyzed, hydrogen fluoride is generated. As a result, the electric capacity, charge / discharge efficiency, withstand voltage, etc. of the capacitor and battery are reduced, and the capacitor and battery are expanded by gas generation. Problems arise. Although reducing the water present in the system is usually performed, it is difficult to completely remove moisture adhering to the capacitor such as the electrode active material or the battery constituent member. For this reason, the water content in the electrolytic solution is usually only about several tens of ppm, and it is difficult to completely prevent the hydrolysis.
It is also known that when an electricity storage device using an electrolyte salt having each of the above anions is repeatedly charged and discharged with a large current of 30 C or more at a C rate, a reversible capacity decrease caused by ion association occurs. ing.

さらに、上記イオン液体は、比較的粘度が高いという性質を有しており、電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池の電解液として用いる場合、内部抵抗が増大しないよう、電解液溶媒で希釈して粘度を下げることが、一般的である。電解液溶媒としては、プロピレンカーボネート等の有機溶媒が用いられることが多いが、有機溶媒は引火性を有していることから、イオン液体自体が、上述のように、蒸気圧がない、不燃または難燃であるという性質を有していても、その利点が充分に生かされないことになる。   Furthermore, the ionic liquid has a relatively high viscosity, and when used as an electrolytic solution for an electric double layer capacitor or a lithium ion battery, it is diluted with an electrolyte solvent so that the internal resistance does not increase. Is generally reduced. As the electrolyte solvent, an organic solvent such as propylene carbonate is often used. However, since the organic solvent has flammability, the ionic liquid itself has no vapor pressure, as described above, is nonflammable, or Even if it has the property of being flame retardant, its advantage cannot be fully utilized.

アニオン成分の加水分解を防止するという観点から、パーフルオロアルキル基を有するフルオロホウ酸アニオンまたはフルオロリン酸アニオンで構成される電解質塩が開発されている(特許文献2:特開2002−63934号公報、特許文献3:特開2002−100403号公報、特許文献4:特開2002−151361号公報等参照)。
また、アルコキシアルキル基を有するアンモニウムカチオンと、パーフルオロエチルトリフルオロホウ酸アニオンとで構成されるイオン液体が、同カチオンと、テトラフルオロホウ酸アニオンとで構成されるイオン液体よりも粘度が低くなるということも報告されている(非特許文献1参照)。
しかしながら、このイオン液体は、粘度の点で不充分であるだけでなく、これを電解液として用いたキャパシタや電池の特性も実用上充分満足できるものとは言い難い。
From the viewpoint of preventing hydrolysis of an anionic component, an electrolyte salt composed of a fluoroborate anion having a perfluoroalkyl group or a fluorophosphate anion has been developed (Patent Document 2: JP-A-2002-63934, Patent Document 3: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100403, Patent Document 4: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-151361, etc.).
In addition, an ionic liquid composed of an ammonium cation having an alkoxyalkyl group and a perfluoroethyl trifluoroborate anion has a lower viscosity than an ionic liquid composed of the cation and a tetrafluoroborate anion. This has also been reported (see Non-Patent Document 1).
However, this ionic liquid is not only insufficient in terms of viscosity, but it cannot be said that the characteristics of capacitors and batteries using the ionic liquid as an electrolytic solution are practically satisfactory.

国際公開02/076924号パンフレットInternational Publication No. 02/076924 Pamphlet 特開2002−63934号公報JP 2002-63934 A 特開2002−100403号公報JP 2002-100403 A 特開2002−151361号公報JP 2002-151361 A ケミストリーレターズ(Chemistry Letters)、Vol.33,No.7,886〜887頁、2004年Chemistry Letters, Vol. 33, no. 7, 886-887, 2004

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、テトラフルオロホウ酸アニオンまたはヘキサフルオロリン酸アニオンをその構成成分とするイオン液体に比べて粘度が低く、かつ、加水分解を起こしにくいイオン液体、蓄電デバイス用非水電解液、およびこの非水電解液を用いてなる蓄電デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a lower viscosity than an ionic liquid containing a tetrafluoroborate anion or a hexafluorophosphate anion as its constituent component and hardly causes hydrolysis. It is an object of the present invention to provide an ionic liquid, a nonaqueous electrolytic solution for an electrical storage device, and an electrical storage device using the nonaqueous electrolytic solution.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、下記式(1)および(4)で示されるイオン液体、好ましくは式(2),(3),(5),(6)で示されるイオン液体が、テトラフルオロホウ酸アニオンまたはヘキサフルオロリン酸アニオンをその構成成分とするイオン液体に比べて粘度が低く、かつ、加水分解を起こしにくいこと、並びにこのイオン液体を含む電解質を用いた電気二重層キャパシタ、二次電池等の蓄電デバイスが、内部抵抗が低い上、定格電圧が高く、しかも耐久性および大電流充放電時のサイクル特性に優れたものとなることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in order to achieve the above object, the present inventor has found that the ionic liquid represented by the following formulas (1) and (4), preferably formulas (2), (3), (5), ( The ionic liquid represented by 6) has a lower viscosity than an ionic liquid containing a tetrafluoroborate anion or a hexafluorophosphate anion as a constituent component thereof, and hardly causes hydrolysis, and includes this ionic liquid. It has been found that electric storage devices such as electric double layer capacitors and secondary batteries using electrolytes have low internal resistance, high rated voltage, and excellent durability and cycle characteristics during large current charge / discharge. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、
1. 下記一般式(1)で示され、融点が50℃以下であることを特徴とするイオン液体、

Figure 2006236829
〔式中、R1〜R4は互いに同一もしくは異種の炭素数1〜5のアルキル基、またはR′−O−(CH2n−で表されるアルコキシアルキル基(R′はメチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。)を示し、これらR1、R2、R3およびR4のいずれか2個の基がXと共に環を形成していてもよい。ただし、R1〜R4の内少なくとも1つは上記アルコキシアルキル基である。Xは窒素原子またはリン原子を示し、RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数である(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
2. 下記一般式(2)で示されることを特徴とする1のイオン液体、
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数である(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。ただし、Xが窒素原子、R′がメチル基、RFがペンタフルオロエチル基、nが2、aが1のものを除く。〕
3. 下記一般式(3)で示されることを特徴とする1のイオン液体、
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R1は炭素数1〜5のアルキル基を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、mは4または5の整数であり、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数を示す(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
4. 下記一般式(4)で示され、融点が50℃以下であることを特徴とするイオン液体、
Figure 2006236829
〔式中、R1〜R4は互いに同一もしくは異種の炭素数1〜5のアルキル基、またはR′−O−(CH2n−で表されるアルコキシアルキル基(R′はメチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。)を示し、これらR1、R2、R3およびR4のいずれか2個の基がXと共に環を形成していてもよい。ただし、R1〜R4の内少なくとも1つは上記アルコキシアルキル基である。Xは窒素原子またはリン原子を示し、RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜6の整数である(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
5. 下記一般式(5)で示されることを特徴とする4のイオン液体、
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜6の整数である(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
6. 下記一般式(6)で示されることを特徴とする4のイオン液体、
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R1は炭素数1〜5のアルキル基を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、mは4または5の整数であり、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜4の整数を示す(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
7. 2〜6のいずれかのイオン液体のみからなることを特徴とする蓄電デバイス用非水電解液、
8. 2〜6のいずれかのイオン液体を含むことを特徴とする蓄電デバイス用非水電解液、
9. 7または8の蓄電デバイス用非水電解質を用いて構成された蓄電デバイス、
10. 電気二重層キャパシタまたはリチウムイオン電池である9の蓄電デバイス
を提供する。 That is, the present invention
1. An ionic liquid represented by the following general formula (1) and having a melting point of 50 ° C. or lower,
Figure 2006236829
[Wherein, R 1 to R 4 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group represented by R′—O— (CH 2 ) n — (R ′ is a methyl group or Represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4.), and any two groups of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may form a ring together with X. However, at least one of R 1 to R 4 is the alkoxyalkyl group. X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a is an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F is mutually They may be the same or different, and R F may be bonded to each other to form a ring with a boron atom.) ]
2. 1 ionic liquid characterized by being represented by the following general formula (2):
Figure 2006236829
[Wherein, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, and n is an integer of 1 to 4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a is an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F may be the same or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the boron atom.) Provided that X is a nitrogen atom, R ′ is a methyl group, R F is a pentafluoroethyl group, n is 2, and a is 1. ]
3. 1 ionic liquid characterized by being represented by the following general formula (3):
Figure 2006236829
[In the formula, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, m is an integer of 4 or 5, n is an integer of 1-4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a represents an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F may be the same or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the boron atom.) ]
4). An ionic liquid represented by the following general formula (4) and having a melting point of 50 ° C. or lower;
Figure 2006236829
[Wherein, R 1 to R 4 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group represented by R′—O— (CH 2 ) n — (R ′ is a methyl group or Represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4.), and any two groups of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may form a ring together with X. However, at least one of R 1 to R 4 is the alkoxyalkyl group. X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, b is an integer of 1 to 6 (in the case where b is 2 or more, R F is mutually They may be the same or different, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom). ]
5. 4 ionic liquids represented by the following general formula (5):
Figure 2006236829
[Wherein, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, and n is an integer of 1 to 4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and b is an integer of 1 to 6 (in addition, when b is 2 or more, R F may be the same as or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom.) ]
6). 4 ionic liquids represented by the following general formula (6):
Figure 2006236829
[In the formula, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, m is an integer of 4 or 5, n is an integer of 1-4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and b represents an integer of 1 to 4 (in addition, when b is 2 or more, R F may be the same as or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom.) ]
7). A non-aqueous electrolyte for an electricity storage device, characterized by comprising only one of the ionic liquids of 2 to 6,
8). A nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device, comprising any one of 2 to 6 ionic liquids,
9. An electricity storage device configured using the non-aqueous electrolyte for electricity storage device according to 7 or 8,
10. Nine electric storage devices which are electric double layer capacitors or lithium ion batteries are provided.

本発明によれば、(a)従来のアルコキシアルキル基を有する有機系イオン液体よりも低粘度である、(b)高いイオン導電性を有する、(c)加水分解でフッ化水素を発生しにくい、(d)電位窓が広い、(e)液体温度領域が広いといった特徴を有するイオン液体を提供することができる。
当該イオン液体からなる蓄電デバイス用電解液は、粘度が低く、有機溶媒で希釈等する必要が無いか、または極少量の希釈で使用できるため、安全性が高い。また、液体温度領域が広いため、低温下でも結晶化しにくい。
当該蓄電デバイス用電解液を用いてなる蓄電デバイスは、内部抵抗が小さいため、大電流充放電に適しているだけでなく、大電流充放電におけるサイクル特性にも優れている。また、上述のように電解液中における有機溶媒の使用量を極力抑えることができるから、安全性に優れる上、電解液が加水分解を起こしにくいから、水分の混入があっても、容量低下やガス発生等の問題を起こしにくい。さらに、電解液の液体温度領域が広いから、温度特性、特に低温下での充放電特性にも優れている。
According to the present invention, (a) lower viscosity than organic ionic liquids having a conventional alkoxyalkyl group, (b) high ionic conductivity, (c) hardly generate hydrogen fluoride by hydrolysis (D) An ionic liquid having characteristics such as a wide potential window and (e) a wide liquid temperature region can be provided.
The electrolytic solution for an electricity storage device made of the ionic liquid has a low viscosity and does not need to be diluted with an organic solvent, or can be used with a very small amount of dilution, and thus has high safety. In addition, since the liquid temperature range is wide, crystallization is difficult even at low temperatures.
An electric storage device using the electrolytic solution for the electric storage device has a small internal resistance, and thus is not only suitable for large current charge / discharge but also excellent in cycle characteristics in large current charge / discharge. In addition, as described above, the amount of the organic solvent used in the electrolytic solution can be suppressed as much as possible, so that the safety is excellent and the electrolytic solution is less prone to hydrolysis. Difficult to cause problems such as gas generation. Further, since the liquid temperature range of the electrolytic solution is wide, the temperature characteristics, particularly the charge / discharge characteristics at a low temperature, are also excellent.

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
[1]第1のイオン液体
本発明に係る第1のイオン液体は、上記一般式(1)で示され、融点が50℃以下であるものである。
(1)カチオン成分
式(1)において、炭素数1〜5のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。R′−O−(CH2n−で表されるアルコキシアルキル基としては、メトキシまたはエトキシメチル基、メトキシまたはエトキシエチル基、メトキシまたはエトキシプロピル基、メトキシまたはエトキシブチル基等が挙げられる。
また、R1、R2、R3およびR4のいずれか2個の基がXと共に環を形成している化合物としては、Xに窒素原子を採用した場合には、アジリジン環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環等を有する4級アンモニウム塩、一方、Xにリン原子を採用した場合には、ペンタメチレンホスフィン(ホスホリナン)環等を有する4級ホスホニウム塩等が挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
[1] First Ionic Liquid The first ionic liquid according to the present invention is represented by the general formula (1) and has a melting point of 50 ° C. or lower.
(1) Cationic component In formula (1), examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a 2-propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the alkoxyalkyl group represented by R′—O— (CH 2 ) n — include a methoxy or ethoxymethyl group, a methoxy or ethoxyethyl group, a methoxy or ethoxypropyl group, and a methoxy or ethoxybutyl group.
In addition, as a compound in which any two groups of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 together with X form a ring, when a nitrogen atom is employed for X, an aziridine ring, an azetidine ring, A quaternary ammonium salt having a pyrrolidine ring, a piperidine ring, or the like. On the other hand, when X employs a phosphorus atom, a quaternary phosphonium salt having a pentamethylenephosphine (phosphorinane) ring or the like can be used.

特に、置換基として、R′がメチル基であり、nが2のメトキシエチル基を少なくとも1つ有する4級アンモニウムカチオンが好適である。
また、(A)置換基として、メチル基、2つのエチル基、およびアルコキシアルキル基を有する下記式(7)で示される4級カチオン、(B)置換基として、エチル基、2つのメチル基、およびアルコキシアルキル基を有する下記式(8)で示される4級カチオン(但し、アニオン成分が、ペンタフルオロエチルトリフルオロボレートの場合、式(7),(8)において、Xが窒素原子、R′がメチル基、nが2のものを除く。)、(C)置換基としてメチル基、ピロリジン環(上記式(3)のイオン液体においてR1がCH3、mが4、Xが窒素原子のもの)、およびアルコキシエチル基を有する下記式(9)で示される4級カチオンを好適に用いることができる。中でも、低粘度のイオン液体を形成し易いことから、下記式(9)で示されるピロリジン環を有する4級カチオンが好ましい。
In particular, a quaternary ammonium cation having at least one methoxyethyl group in which R ′ is a methyl group and n is 2 is preferable as a substituent.
(A) As a substituent, a quaternary cation represented by the following formula (7) having a methyl group, two ethyl groups, and an alkoxyalkyl group; (B) As a substituent, an ethyl group, two methyl groups, And a quaternary cation represented by the following formula (8) having an alkoxyalkyl group (provided that when the anion component is pentafluoroethyl trifluoroborate, in formulas (7) and (8), X is a nitrogen atom, R ′ Is a methyl group and n is 2), (C) a methyl group as a substituent, a pyrrolidine ring (in the ionic liquid of the above formula (3), R 1 is CH 3 , m is 4, X is a nitrogen atom) And quaternary cations represented by the following formula (9) having an alkoxyethyl group can be preferably used. Among them, a quaternary cation having a pyrrolidine ring represented by the following formula (9) is preferable because it easily forms a low-viscosity ionic liquid.

Figure 2006236829
Figure 2006236829

(2)アニオン成分
第1のイオン液体を構成するアニオン成分は、[(RFaBF4-a-で示される炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基RFを有するフルオロホウ酸アニオンである。
炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基が挙げられる。
(2) Anion component The anion component constituting the first ionic liquid is a fluoroborate anion having a perfluoroalkyl group R F having 1 to 4 carbon atoms represented by [(R F ) a BF 4−a ] −. is there.
Examples of the perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and a nonafluorobutyl group.

このアニオンの具体例としては、トリフルオロメチルトリフルオロボレート、ビス(トリフルオロメチル)ジフルオロボレート、トリス(トリフルオロメチル)フルオロボレート、テトラキス(トリフルオロメチル)ボレート、ペンタフルオロエチルトリフルオロボレート、ビス(ペンタフルオロエチル)ジフルオロボレート、トリス(ペンタフルオロエチル)フルオロボレート、テトラキス(ペンタフルオロエチル)ボレート、ヘプタフルオロプロピルトリフルオロボレート、ビス(ヘプタフルオロプロピル)ジフルオロボレート、トリス(ヘプタフルオロプロピル)フルオロボレート、テトラキス(ヘプタフルオロプロピル)ボレート、ノナフルオロブチルトリフルオロボレート、ビス(ノナフルオロブチル)ジフルオロボレート、トリス(ノナフルオロブチル)フルオロボレート、トリフルオロメチルペンタフルオロエチルジフルオロボレート、ビス(トリフルオロメチル)ペンタフルオロエチルフルオロボレート、トリス(トリフルオロメチル)ペンタフルオロエチルボレート、トリフルオロメチルビス(ペンタフルオロエチル)フルオロボレート、ビス(トリフルオロメチル)ビス(ペンタフルオロエチル)ボレート、トリフルオロメチルトリス(ペンタフルオロエチル)フルオロボレート、テトラキス(ペンタフルオロエチル)ボレート、パーフルオロ(B,B−テトラメチレン)ジフルオロボレート、パーフルオロ[ビス(B,B−テトラメチレン)ボレート]、パーフルオロ(B,B−ペンタメチレン)ジフルオロボレート、パーフルオロ[ビス(B,B−ペンタメチレン)ボレート]などが挙げられる。
合成の簡便さおよびコスト面、並びに電気二重層キャパシタ電解質塩として用いる際に要求される分子径の小ささおよび非対称性という点を考慮すると、トリフルオロメチルトリフルオロボレートまたはペンタフルオロエチルトリフルオロボレートが好ましい。
Specific examples of the anion include trifluoromethyl trifluoroborate, bis (trifluoromethyl) difluoroborate, tris (trifluoromethyl) fluoroborate, tetrakis (trifluoromethyl) borate, pentafluoroethyl trifluoroborate, bis ( Pentafluoroethyl) difluoroborate, tris (pentafluoroethyl) fluoroborate, tetrakis (pentafluoroethyl) borate, heptafluoropropyltrifluoroborate, bis (heptafluoropropyl) difluoroborate, tris (heptafluoropropyl) fluoroborate, tetrakis (Heptafluoropropyl) borate, nonafluorobutyl trifluoroborate, bis (nonafluorobutyl) difluoroborate, tri (Nonafluorobutyl) fluoroborate, trifluoromethylpentafluoroethyl difluoroborate, bis (trifluoromethyl) pentafluoroethylfluoroborate, tris (trifluoromethyl) pentafluoroethylborate, trifluoromethylbis (pentafluoroethyl) fluoro Borate, bis (trifluoromethyl) bis (pentafluoroethyl) borate, trifluoromethyltris (pentafluoroethyl) fluoroborate, tetrakis (pentafluoroethyl) borate, perfluoro (B, B-tetramethylene) difluoroborate, per Fluoro [bis (B, B-tetramethylene) borate], perfluoro (B, B-pentamethylene) difluoroborate, perfluoro [bis (B, B-penta Styrene) borate], and the like.
Considering the simplicity of synthesis and cost, and the small size and asymmetry required when used as an electric double layer capacitor electrolyte salt, trifluoromethyl trifluoroborate or pentafluoroethyl trifluoroborate is preferable.

なお、これらのアニオン成分は、公知の方法によって製造することができる。例えば、パーフルオロアルキルトリフルオロボレートは、R.D.Chambers et al.,J.Am.Chem.Soc.,82,5298(1960)、M.Ue et al.,J.Fluorine Chem.,127−131,123(2003),G.A.Molander and B.P.Hoag,Organometallics,3313−3315,22(2003)等の文献記載の方法によって合成することができる。ビス(トリフルオロメチル)ジフルオロボレートは、G.Pawellke et al.,J.Organomet.Chem.,178,1(1979)に記載の方法によって合成することができる。また、その他のアニオンも、これらの方法を応用することによって得ることができる。
本発明における第1のイオン液体として好適なものは、例えば、下記式で示されるものが挙げられる。
These anion components can be produced by a known method. For example, perfluoroalkyl trifluoroborate is R.I. D. Chambers et al. , J .; Am. Chem. Soc. , 82, 5298 (1960), M.M. Ue et al. , J .; Fluorine Chem. 127-131, 123 (2003), G.M. A. Molander and B.M. P. They can be synthesized by methods described in literature such as Hoag, Organometallics, 3313-3315, 22 (2003). Bis (trifluoromethyl) difluoroborate is described in G.I. Pawellke et al. , J .; Organomet. Chem. , 178, 1 (1979). Other anions can also be obtained by applying these methods.
As a suitable 1st ionic liquid in this invention, what is shown by a following formula is mentioned, for example.

Figure 2006236829
Figure 2006236829

(3)製造方法
第1のイオン液体の製造法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、アルコキシアルキル基を有する4級オニウムカチオンのハロゲン塩と、パーフルオロアルキル基を有するフルオロホウ酸アニオンの金属塩とを混合し、塩交換反応により製造する方法(塩交換法)、4級オニウムカチオン前駆体とパーフルオロアルキル基を有するフルオロホウ酸アニオン前駆体とを反応させる直接4級化法等を用いることができる。中でも、反応の容易性から塩交換法が好適である。
(3) Manufacturing method The manufacturing method of the first ionic liquid is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method in which a halogen salt of a quaternary onium cation having an alkoxyalkyl group and a metal salt of a fluoroboric acid anion having a perfluoroalkyl group are mixed and produced by a salt exchange reaction (salt exchange method), a quaternary onium cation A direct quaternization method or the like in which a precursor and a fluoroborate anion precursor having a perfluoroalkyl group are reacted can be used. Of these, the salt exchange method is preferred because of the ease of reaction.

塩交換法に用いられるパーフルオロアルキル基を有するフルオロホウ酸アニオン金属塩において、好適な金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属類が挙げられる。
一方、塩交換法に用いられるアルコキシアルキル基を有する4級オニウムカチオンのハロゲン塩の合成法としては、例えば、次のような方法がある。
4級アンモニウム塩の場合、3級アミン類と、アルキルハライドとを混合し、必要に応じて加熱することで、4級アンモニウムハライド塩とする。
4級ホスホニウム塩の場合、3級ホスフィン類と、アルキルハライドとを混合し、必要に応じて加熱することで、4級ホスホニウムハライド塩とする。なお、アルコキシメチルハライド、アルコキシエチルハライド等の反応性の低い化合物を用いる場合、オートクレーブなどを用いて加圧下で反応させることが好ましい。
上記ハロゲン塩のハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のいずれも制限無く用いることができるが、塩交換の容易性から、塩素、臭素、ヨウ素が好適である。
In the fluoroboric acid anion metal salt having a perfluoroalkyl group used in the salt exchange method, suitable metals include alkali metals such as lithium, sodium and potassium.
On the other hand, examples of the method for synthesizing a halogen salt of a quaternary onium cation having an alkoxyalkyl group used in the salt exchange method include the following methods.
In the case of a quaternary ammonium salt, a tertiary amine and an alkyl halide are mixed and heated as necessary to obtain a quaternary ammonium halide salt.
In the case of a quaternary phosphonium salt, a tertiary phosphine and an alkyl halide are mixed and heated as necessary to obtain a quaternary phosphonium halide salt. In addition, when using compounds with low reactivity, such as alkoxymethyl halide and alkoxyethyl halide, it is preferable to make it react under pressure using an autoclave.
As the halogen of the halogen salt, any of fluorine, chlorine, bromine and iodine can be used without limitation, but chlorine, bromine and iodine are preferred from the viewpoint of easy salt exchange.

上記塩交換反応は、一般的に溶媒中で行われる。この溶媒としては、特に限定されるものではなく、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類;ジイソプロピルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル,酢酸イソプロピル等のエステル類;アセトニトリル等のニトリル類;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール等のアルコール類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類などの有機溶媒、水が挙げられる。中でも、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert−ブチルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、水などが、原料であるパーフルオロアルキル基を有するフルオロホウ酸アニオン金属塩およびアルコキシアルキル基を有する4級オニウムカチオンハロゲン塩の溶解度が高いことから、好適に用いられる。   The salt exchange reaction is generally performed in a solvent. The solvent is not particularly limited, and halogenated hydrocarbons such as chloroform and dichloromethane; ethers such as diisopropyl ether, diethyl ether, tetrahydrofuran, and 1,4-dioxane; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; Esters such as ethyl acetate and isopropyl acetate; Nitriles such as acetonitrile; Alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and tert-butyl alcohol; Amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; Sulphoxides such as dimethyl sulfoxide An organic solvent and water are mentioned. Among these, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, tert-butyl alcohol, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, water, and the like are fluoroboric acid anion metal salts and alkoxyalkyls having perfluoroalkyl groups as raw materials. Since the solubility of the quaternary onium cation halogen salt having a group is high, it is preferably used.

塩交換反応の条件は、特に限定されるものではなく、温度条件としては、加熱下、室温下および冷却下のいずれでもよく、圧力条件としては、加圧下、減圧下および常圧下のいずれでもよい。一般的には、常圧、室温の条件下で充分に反応は進行し、数分から10時間以内で反応は完結する。
塩交換反応を行う際の各原料の反応溶液中における濃度は、特に限定されるものではなく、使用する溶媒に対するこれら各原料の溶解度を勘案して適宜設定すればよい。ただし、濃度が低すぎると反応効率が悪く、高すぎると原料が溶媒に溶解し得ない場合があるため、一般には、反応溶液中の4級オニウムカチオンハロゲン塩およびフルオロホウ酸アニオン金属塩の総含有量が、3〜50質量%、好ましくは5〜30質量%の範囲で反応を行うことが好ましい。
The conditions for the salt exchange reaction are not particularly limited, and the temperature conditions may be any of heating, room temperature, and cooling, and the pressure conditions may be any of pressure, reduced pressure, and normal pressure. . In general, the reaction proceeds sufficiently under conditions of normal pressure and room temperature, and the reaction is completed within a few minutes to 10 hours.
The concentration of each raw material in the reaction solution during the salt exchange reaction is not particularly limited, and may be set as appropriate in consideration of the solubility of each raw material in the solvent used. However, if the concentration is too low, the reaction efficiency is poor, and if it is too high, the raw material may not dissolve in the solvent. Therefore, generally, the total content of the quaternary onium cation halogen salt and the fluoroborate anion metal salt in the reaction solution It is preferable to carry out the reaction in an amount of 3 to 50% by mass, preferably 5 to 30% by mass.

反応終了後は、副生する無機塩を除去し、目的物を単離すればよい。例えば、水で無機塩を抽出した後に、溶媒を除去する方法、無機塩を析出させて濾別した後に溶媒を除去する方法、無機塩を溶解させるとともに目的の有機塩を結晶化させ、これを濾取する方法など、適宜な方法を用いることができる。なお、単離されたイオン液体が水分を含む場合には、必要に応じて、濃縮、共沸脱水等を行い、水分を除去してもよい。   After completion of the reaction, the by-product inorganic salt may be removed and the target product may be isolated. For example, after extracting an inorganic salt with water, a method for removing the solvent, a method for removing the solvent after precipitating and filtering the inorganic salt, dissolving the inorganic salt and crystallizing the target organic salt. An appropriate method such as a filtering method can be used. In addition, when the isolated ionic liquid contains moisture, the moisture may be removed by performing concentration, azeotropic dehydration, or the like as necessary.

[2]第2のイオン液体
本発明に係る第2のイオン液体は、上記一般式(4)で示され、融点が50℃以下であるものである。
(1)カチオン成分
カチオン成分としては、上記第1のイオン液体で説明したとおりであるが、第2のイオン液体においては、式(4)のカチオン成分の置換基として、メチル基、2つのエチル基、およびアルコキシアルキル基を有する4級カチオン、またはエチル基、2つのメチル基、およびアルコキシアルキル基を有する4級カチオンの場合でも、X、R′、n、アニオン成分に限定はない。
[2] Second Ionic Liquid The second ionic liquid according to the present invention is represented by the above general formula (4) and has a melting point of 50 ° C. or lower.
(1) Cation component The cation component is as described in the first ionic liquid, but in the second ionic liquid, as a substituent of the cation component of the formula (4), a methyl group, two ethyl Even in the case of a quaternary cation having a group and an alkoxyalkyl group, or a quaternary cation having an ethyl group, two methyl groups, and an alkoxyalkyl group, X, R ′, n, and the anion component are not limited.

(2)アニオン成分
第2のイオン液体を構成するアニオン成分は、[(RFbPF6-b-で示される炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基RFを有するフルオロリン酸アニオンである。
ここで、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基は、上記第1のイオン液体と同様である。
(2) Anion component The anion component constituting the second ionic liquid is a fluorophosphate anion having a C 1-4 perfluoroalkyl group R F represented by [(R F ) b PF 6-b ] - It is.
Here, the C1-C4 perfluoroalkyl group is the same as that of the said 1st ionic liquid.

このアニオンの具体例としては、トリフルオロメチルペンタフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチル)テトラフルオロホスフェート、トリス(トリフルオロメチル)トリフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルペンタフルオロホスフェート、ビス(ペンタフルオロエチル)テトラフルオロホスフェート、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルトリフルオロメチルテトラフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルビス(トリフルオロメチル)トリフルオロホスフェート、ビス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロメチルトリフルオロホスフェート、ヘプタフルオロプロピルペンタフルオロホスフェート、ビス(ヘプタフルオロプロピル)テトラフルオロホスフェート、トリス(ヘプタフルオロプロピル)トリフルオロホスフェート、トリフルオロメチルヘプタフルオロプロピルテトラフルオロホスフェート、トリフルオロメチルビス(ヘプタフルオロプロピル)トリフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチル)ヘプタフルオロプロピルトリフルオロホスフェート、ビス(トリフルオロメチル)ビス(ヘプタフルオロプロピル)ジフルオロホスフェート、トリス(トリフルオロメチル)ビス(ヘプタフルオロプロピル)フルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルヘプタフルオロプロピルテトラフルオロホスフェート、ビス(ペンタフルオロエチル)ヘプタフルオロプロピルトリフルオロホスフェート、トリス(ペンタフルオロエチル)ヘプタフルオロプロピルジフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルビス(ヘプタフルオロプロピル)トリフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルトリフルオロメチルヘプタフルオロプロピルトリフルオロホスフェート、ビス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロメチルヘプタフルオロプロピルジフルオロホスフェート、ビス(ペンタフルオロエチル)ビス(トリフルオロメチル)ヘプタフルオロプロピルフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルビス(トリフルオロメチル)ヘプタフルオロプロピルジフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルトリス(トリフルオロメチル)ヘプタフルオロプロピルフルオロホスフェート、ペンタフルオロエチルテトラキス(トリフルオロメチル)ヘプタフルオロプロピルホスフェート、ペンタフルオロエチルトリフルオロメチルビス(ヘプタフルオロプロピル)ジフルオロホスフェートなどが挙げられる。
これらの中でも、合成の簡便さおよびコスト面、並びに電気二重層キャパシタ電解質塩として用いる際に要求される分子径の小ささという点を考慮すると、RFの炭素数の総和が6以下のものが好ましい。
Specific examples of this anion include trifluoromethyl pentafluorophosphate, bis (trifluoromethyl) tetrafluorophosphate, tris (trifluoromethyl) trifluorophosphate, pentafluoroethyl pentafluorophosphate, bis (pentafluoroethyl) tetrafluoro. Phosphate, tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, pentafluoroethyltrifluoromethyltetrafluorophosphate, pentafluoroethylbis (trifluoromethyl) trifluorophosphate, bis (pentafluoroethyl) trifluoromethyltrifluorophosphate, heptafluoro Propylpentafluorophosphate, bis (heptafluoropropyl) tetrafluorophosphate, tri (Heptafluoropropyl) trifluorophosphate, trifluoromethyl heptafluoropropyl tetrafluorophosphate, trifluoromethylbis (heptafluoropropyl) trifluorophosphate, bis (trifluoromethyl) heptafluoropropyl trifluorophosphate, bis (trifluoromethyl ) Bis (heptafluoropropyl) difluorophosphate, tris (trifluoromethyl) bis (heptafluoropropyl) fluorophosphate, pentafluoroethyl heptafluoropropyl tetrafluorophosphate, bis (pentafluoroethyl) heptafluoropropyl trifluorophosphate, tris ( Pentafluoroethyl) heptafluoropropyl difluorophosphate, pentafluoro Tilbis (heptafluoropropyl) trifluorophosphate, pentafluoroethyl trifluoromethyl heptafluoropropyl trifluorophosphate, bis (pentafluoroethyl) trifluoromethyl heptafluoropropyl difluorophosphate, bis (pentafluoroethyl) bis (trifluoromethyl) Heptafluoropropyl fluorophosphate, pentafluoroethyl bis (trifluoromethyl) heptafluoropropyl difluorophosphate, pentafluoroethyl tris (trifluoromethyl) heptafluoropropyl fluorophosphate, pentafluoroethyltetrakis (trifluoromethyl) heptafluoropropyl phosphate, Pentafluoroethyl trifluoromethyl bis (heptafluoro Propyl) difluorophosphate and the like.
Among these, in consideration of the ease of synthesis and cost, and the small molecular diameter required for use as an electric double layer capacitor electrolyte salt, the total number of carbon atoms of R F is 6 or less. preferable.

本発明における第2のイオン液体として好適なものは、例えば、下記式で示されるものが挙げられる。   As a suitable 2nd ionic liquid in this invention, what is shown by a following formula is mentioned, for example.

Figure 2006236829
Figure 2006236829

(3)製造方法
第2のイオン液体も、公知の方法を応用することによって製造することができる。例えば、N.Ignat′ev et al.,J.Fluorine.Chem.,103,57(2000)に記載された方法を応用することで得られるパーフルオロアルキル基を有するフルオロホスホランと、4級オニウムカチオンのフッ化物とを反応させることで製造することができる。
また、上記ホウ酸塩の製法と同様に、アルコキシアルキル基を有する4級オニウムカチオンのハロゲン塩と、パーフルオロアルキル基を有するフルオロリン酸アニオンの金属塩との塩交換反応でも製造することができる(塩交換法)。
(3) Manufacturing method The second ionic liquid can also be manufactured by applying a known method. For example, N.I. Ignat'ev et al. , J .; Fluorine. Chem. , 103, 57 (2000), and a fluorophosphorane having a perfluoroalkyl group obtained by applying the method described above, and a fluoride of a quaternary onium cation can be produced.
Similarly to the borate production method, it can also be produced by a salt exchange reaction between a halogen salt of a quaternary onium cation having an alkoxyalkyl group and a metal salt of a fluorophosphate anion having a perfluoroalkyl group. (Salt exchange method).

以上で説明した本発明の第1および第2のイオン液体は、従来の有機系イオン液体と比べて、(1)低粘度である、(2)高いイオン導電性を有する、(3)加水分解によりフッ化水素を発生しにくい、(4)広い電位窓を有する、(5)液体温度領域が広い、などの種々の利点を有している。
特に、イオン液体を蓄電デバイス用非水電解液として使用する場合、電位窓が狭いと、充放電に伴って電解質や電解液が酸化分解されたり、還元分解されたりする虞がある。イミダゾリウム系イオン液体は、電位窓が狭いため、リチウムイオン二次電池系では使用できないが、電位窓の広い本発明のイオン液体は、リチウムイオン二次電池にも使用することができる。
The first and second ionic liquids of the present invention described above are (1) low viscosity, (2) have high ionic conductivity, and (3) hydrolysis compared to conventional organic ionic liquids. Therefore, it has various advantages such as (4) having a wide potential window and (5) a wide liquid temperature range.
In particular, when an ionic liquid is used as a nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device, if the potential window is narrow, the electrolyte and the electrolytic solution may be oxidatively decomposed or reductively decomposed along with charge / discharge. The imidazolium-based ionic liquid cannot be used in a lithium ion secondary battery system because of its narrow potential window, but the ionic liquid of the present invention having a wide potential window can also be used in a lithium ion secondary battery.

蓄電デバイス用非水電解液の用途を考慮すると、上記第1および第2のイオン液体の25℃における粘度は、200mPa・s以下が好ましく、100mPa・s以下がより好ましく、50mPa・s以下がより一層好ましい。この範囲の粘度とすることで、イオン液体のみからなる電解液を用いた蓄電デバイスにおいて、内部抵抗の増大等を抑制でき、大電流充放電におけるサイクル特性を向上させることができる。なお、粘度は、JIS Z8809に規定される粘度計校正用標準液で検定された測定機器を用いれば特に制限はなく、回転式、振動式、または細管式の粘度計を用いて測定することができる。本発明の粘度は、ブルックフィールド型回転粘度計(商品名「デジタルレオメーター DV−III型」、ブルックフィールド社製)を粘度計として用い、スピンドルおよび回転数は、電解液の粘度に応じて、適宜選択し、25℃において測定した値である。   Considering the use of the non-aqueous electrolyte for the electricity storage device, the viscosity at 25 ° C. of the first and second ionic liquids is preferably 200 mPa · s or less, more preferably 100 mPa · s or less, and more preferably 50 mPa · s or less. Even more preferred. By setting it as the viscosity of this range, in the electrical storage device using the electrolyte solution which consists only of an ionic liquid, the increase in internal resistance etc. can be suppressed and the cycling characteristics in large current charging / discharging can be improved. The viscosity is not particularly limited as long as a measuring instrument calibrated with a standard solution for calibration of a viscometer specified in JIS Z8809 is used, and the viscosity can be measured using a rotary, vibration or capillary type viscometer. it can. The viscosity of the present invention uses a Brookfield type rotational viscometer (trade name “Digital Rheometer DV-III”, manufactured by Brookfield) as a viscometer, and the spindle and rotational speed depend on the viscosity of the electrolyte. It is a value that is appropriately selected and measured at 25 ° C.

また、本発明のイオン液体の融点は、50℃以下であるが、蓄電デバイス用非水電解液の用途を考慮すると、25℃以下が好ましく、15℃以下がより好ましい。融点が25℃より高いイオン液体を非水電解液として用いた場合、低温下で凝固したり、有機溶媒中で析出したりする可能性がある。このような電解液の凝固や電解液中での析出が起こると、電解液のイオン電導率が低下し、取り出せる電気量が低下する可能性が高くなる。なお、この理由から、融点は低いほど好ましく、その下限値は特に限定されない。   Moreover, although melting | fusing point of the ionic liquid of this invention is 50 degrees C or less, when the use of the nonaqueous electrolyte for electrical storage devices is considered, 25 degrees C or less is preferable and 15 degrees C or less is more preferable. When an ionic liquid having a melting point higher than 25 ° C. is used as the non-aqueous electrolyte, there is a possibility that it is solidified at a low temperature or precipitated in an organic solvent. When such solidification of the electrolytic solution or precipitation in the electrolytic solution occurs, the ionic conductivity of the electrolytic solution decreases, and the possibility that the amount of electricity that can be taken out decreases. For this reason, the lower the melting point, the better, and the lower limit is not particularly limited.

[3]蓄電デバイス用非水電解液
本発明に係る蓄電デバイス用非水電解液(以下、非水電解液と略記する)は、(1)上述した第1もしくは第2のイオン液体(以下、これらを併せて単にイオン液体という)のみからなるもの、または(2)上記イオン液体を含むものである。
ここで、蓄電デバイスとは、化学的、物理的または物理化学的に電気を蓄えることのできる装置または素子等をいい、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ、電解コンデンサなどの充放電可能なデバイスが挙げられる。
これらの蓄電デバイスに用いられるイオン液体を含む非水電解液としては、(2a)イオン液体および有機溶媒を含み、イオン導電性塩を含まない非水電解液、(2b)イオン液体およびイオン導電性塩を含み、有機溶媒を含まない非水電解液、(2c)イオン液体、有機溶媒およびイオン導電性塩を含む非水電解液が挙げられる。
[3] Nonaqueous Electrolyte for Electricity Storage Device The nonaqueous electrolyte for an electricity storage device according to the present invention (hereinafter abbreviated as nonaqueous electrolyte) is (1) the first or second ionic liquid (hereinafter, referred to as “nonaqueous electrolyte”). These are simply composed of only ionic liquid) or (2) contain the ionic liquid.
Here, the electricity storage device refers to a device or element that can store electricity chemically, physically, or physicochemically, such as a secondary battery such as a lithium ion battery, an electric double layer capacitor, an electrolytic capacitor, etc. These devices can be charged and discharged.
The non-aqueous electrolyte containing an ionic liquid used in these electricity storage devices includes (2a) a non-aqueous electrolyte containing an ionic liquid and an organic solvent and no ionic conductive salt, and (2b) an ionic liquid and an ionic conductivity. Examples thereof include a nonaqueous electrolytic solution containing a salt and not containing an organic solvent, (2c) a nonaqueous electrolytic solution containing an ionic liquid, an organic solvent and an ionic conductive salt.

有機溶媒としては、イオン液体やイオン導電性塩を溶解可能であるとともに、蓄電デバイスの作動電圧範囲で安定なものであれば、特に限定されるものではない。
具体例としては、ジブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン、メチルジグライム、メチルトリグライム、メチルテトラグライム、エチルグライム、エチルジグライム、ブチルジグライム、グリコールエーテル類(エチルセルソルブ、エチルカルビトール、ブチルセルソルブ、ブチルカルビトール等)などの鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキサン等の環状エーテル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサゾリン−2−オン等のラクトン類;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン等のアミド類;ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、スチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類、またはこれらの各種有機溶媒の水素原子やアルキル基がフルオロアルキル基に置換されたフッ素系溶媒などが挙げられる。これらの非水系有機溶媒は、1種単独で用いることも、2種以上混合して用いることもできる。
The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve an ionic liquid or an ion conductive salt and is stable in the operating voltage range of the electricity storage device.
Specific examples include dibutyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-ethoxymethoxyethane, methyl diglyme, methyl triglyme, methyl tetraglyme, ethyl glyme, ethyl diglyme, butyl diglyme, glycol ethers ( Chain ethers such as ethyl cellosolve, ethyl carbitol, butyl cellosolve, butyl carbitol); tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane, etc. Cyclic ethers; Lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, 3-methyl-1,3-oxazolin-2-one; N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N- Methylacetamide, N-methylpyrrolidi Amides such as ethylene; carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, styrene carbonate, vinylene carbonate; imidazolidinones such as 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, Or the fluorine-type solvent etc. by which the hydrogen atom or alkyl group of these various organic solvents was substituted by the fluoroalkyl group etc. are mentioned. These non-aqueous organic solvents can be used singly or in combination of two or more.

中でも、誘電率が大きく、電気化学的安定範囲および使用温度範囲が広く、かつ、安全性に優れるものが好ましく、例えば、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートを主成分として含む混合溶媒や、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、フッ素化プロピレンカーボネート、およびフッ素化γ−ブチロラクトンから選ばれる少なくとも1種の溶媒を用いることが好ましい。   Among them, those having a large dielectric constant, a wide electrochemical stability range and a wide use temperature range, and excellent safety are preferable. For example, a mixed solvent containing ethylene carbonate or propylene carbonate as a main component, or ethylene carbonate or propylene carbonate. It is preferable to use at least one solvent selected from vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, fluorinated propylene carbonate, and fluorinated γ-butyrolactone.

イオン液体と有機溶媒と含む電解液(上記(2a)、(2c))の場合、電解液中におけるイオン液体の含有量は、5〜90質量%が好ましく、10〜80質量%がより好ましい。この含有量が、5質量%未満であると、内部抵抗が増大する結果、エネルギー損失が増大する虞がある。一方、含有量が、90質量%を超えると、低溶解性かつ比較的高融点のイオン液体を用いた場合、低温下で析出し、デバイスの安定性の低下等の不具合を招く虞がある。ただし、本発明のイオン液体は、通常用いられる電解質塩よりも有機溶媒に対する溶解性が高く、融点が25℃以下のものが多い(液体温度領域が広い)ため、イオン液体濃度を通常より高くしても低温時においてその析出が生じにくい。   In the case of the electrolytic solution containing the ionic liquid and the organic solvent (the above (2a) and (2c)), the content of the ionic liquid in the electrolytic solution is preferably 5 to 90% by mass, and more preferably 10 to 80% by mass. If the content is less than 5% by mass, the internal resistance increases, and as a result, energy loss may increase. On the other hand, when the content exceeds 90% by mass, when an ionic liquid having a low solubility and a relatively high melting point is used, it may be precipitated at a low temperature, resulting in problems such as a decrease in device stability. However, since the ionic liquid of the present invention is more soluble in organic solvents than the electrolyte salt that is usually used and has a melting point of 25 ° C. or less (a wide liquid temperature range), the ionic liquid concentration is made higher than usual. However, the precipitation hardly occurs at low temperatures.

イオン導電性塩としては、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスに一般的に使用されているアルカリ金属塩、第4級アンモニウム塩などの公知の各種イオン導電性塩を使用することができる。これらのイオン導電性塩と、イオン液体とを併用することで、イオン導電性塩の結晶化や金属のデンドライト化を防止することができる。イオン導電性塩を用いる場合、その非水電解液中における濃度は、通常、5〜40質量%程度である。
なお、本発明の非水電解液は、上述したように低粘度のイオン液体を用いるものであり、有機溶媒を使用しない、または極少量使用するだけでよいから、安全性に優れている。
Examples of the ion conductive salt include various known ion conductive materials such as alkali metal salts and quaternary ammonium salts that are generally used in power storage devices such as lithium secondary batteries, lithium ion secondary batteries, and electric double layer capacitors. Salt can be used. By using these ion conductive salt and an ionic liquid in combination, crystallization of the ion conductive salt and dendrite formation of the metal can be prevented. When using an ion conductive salt, the concentration in the non-aqueous electrolyte is usually about 5 to 40% by mass.
The non-aqueous electrolyte of the present invention uses a low-viscosity ionic liquid as described above, and is excellent in safety because it does not use an organic solvent or only uses a very small amount.

[4]蓄電デバイス
本発明に係る蓄電デバイスは、上述した蓄電デバイス用非水電解質を用いて構成されたものである。
蓄電デバイスの基本構造は、セパレータを介して正極および負極を対向配置し、これに非水電解液を含浸させるものであり、本発明においては、この非水電解液として、上述した本発明の蓄電デバイス用非水電解液を用いる。
[4] Power Storage Device The power storage device according to the present invention is configured using the above-described nonaqueous electrolyte for a power storage device.
The basic structure of the electricity storage device is such that a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other via a separator and impregnated with a non-aqueous electrolyte. In the present invention, as the non-aqueous electrolyte, the electricity storage of the present invention described above is used. Use non-aqueous electrolyte for devices.

リチウム二次電池およびリチウムイオン二次電池の場合、正極に含まれる正極活物質としては、LiCoO2,LiNiO2,LiMnO2,LiMn24などのリチウムと遷移金属との複合酸化物、MnO2,V25などの遷移金属酸化物、MoS2,TiSなどの遷移金属硫化物、ポリアセチレン,ポリアセン,ポリアニリン,ポリピロール,ポリチオフェンなどの導電性高分子化合物、ポリ(2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール)などのジスルフィド化合物などが用いられる。
負極に含まれる負極活物質としては、リチウム金属、リチウムアルミニウム合金等の理リチウム合金、リチウムを吸蔵・放出できる炭素質材料、黒鉛,フェノール樹脂,フラン樹脂などのコークス類、炭素繊維、ガラス状炭素、熱分解炭素、活性炭などが用いられる。
In the case of a lithium secondary battery and a lithium ion secondary battery, the positive electrode active material contained in the positive electrode is a composite oxide of lithium and a transition metal such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , MnO 2 , Transition metal oxides such as V 2 O 5 , transition metal sulfides such as MoS 2 and TiS, conductive polymer compounds such as polyacetylene, polyacene, polyaniline, polypyrrole and polythiophene, poly (2,5-dimercapto-1, Disulfide compounds such as 3,4-thiadiazole) are used.
Negative electrode active materials contained in the negative electrode include lithium metals, lithium alloys such as lithium aluminum alloys, carbonaceous materials that can occlude and release lithium, cokes such as graphite, phenolic resin, and furan resin, carbon fiber, and glassy carbon. Pyrolytic carbon, activated carbon, etc. are used.

電気二重層キャパシタの場合、上記正極および負極として、一対の分極性電極が用いられる。
分極性電極を構成する材料としては、非水電解液に対して電気化学的に不活性であるとともに、適度の導電性を有する材料が好適であることから、炭素質物質が好適に用いられる。特に、電荷が蓄積する電極界面の面積が大きいという点から、活性炭が最適である。
電解コンデンサの場合、正極には、陽極酸化処理などによって表面に絶縁性のアルミナ層が形成されたアルミニウム箔が、負極には、アルミニウム箔が用いられる。これらのアルミニウム箔は、表面積を増大させて静電容量を高めるべく、通常は、エッチング処理が施されている。
In the case of an electric double layer capacitor, a pair of polarizable electrodes is used as the positive electrode and the negative electrode.
As the material constituting the polarizable electrode, a carbonaceous substance is preferably used because it is electrochemically inert to the non-aqueous electrolyte and has a suitable conductivity. In particular, activated carbon is optimal because the area of the electrode interface where charges accumulate is large.
In the case of an electrolytic capacitor, an aluminum foil having an insulating alumina layer formed on the surface by anodic oxidation or the like is used for the positive electrode, and an aluminum foil is used for the negative electrode. These aluminum foils are usually subjected to an etching process in order to increase the surface area and increase the capacitance.

電極活物質を用いて電極を作成する際に用いられる導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック,ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウムやニッケル等の金属繊維などが用いられる。これらの中でも、少量の配合で所望の導電性を確保できるアセチレンブラック、ケッチェンブラックが好ましい。なお、導電助剤は、電極活物質に対して、通常5〜50質量%程度配合されるが、10〜30質量%配合することがより好ましい。   Examples of conductive aids used when creating an electrode using an electrode active material include carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, ruthenium oxide, titanium oxide, and aluminum. Metal fibers such as nickel are used. Among these, acetylene black and ketjen black that can ensure desired conductivity with a small amount of blend are preferable. In addition, although a conductive support agent is normally mix | blended about 5-50 mass% with respect to an electrode active material, it is more preferable to mix | blend 10-30 mass%.

導電助剤と共に用いられるバインダーとしては、公知の各種バインダーを用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂などが挙げられる。
セパレータとしても、公知の各種セパレータを用いることができる。具体例としては、紙製、ポリプロピレン製、ポリエチレン製、ガラス繊維製セパレータなどが挙げられる。
Various known binders can be used as the binder used together with the conductive assistant. For example, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, fluoroolefin copolymer cross-linked polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin and the like can be mentioned.
Various known separators can be used as the separator. Specific examples include paper, polypropylene, polyethylene, glass fiber separators, and the like.

なお、本発明の非水電解液は、正負極いずれか一方を電気二重層キャパシタで用いられる分極性電極とし、もう一方をリチウムイオン電池で用いられるリチウムイオンを挿入・脱離可能な物質を活物質とする電極としたハイブリッド型の蓄電デバイスにも応用することができる。   In the non-aqueous electrolyte of the present invention, either one of the positive and negative electrodes is a polarizable electrode used in an electric double layer capacitor, and the other is an active material that can insert and desorb lithium ions used in a lithium ion battery. The present invention can also be applied to a hybrid type electricity storage device as a material electrode.

以上説明した本発明に係る蓄電デバイスは、本発明の非水電解質を用いて構成されているから、(1)内部抵抗が小さいため大電流充放電に適している、(2)大電流充放電でのサイクル特性が優れている、(3)有機溶媒の使用量をゼロまたは極力少なくできるため安全性が高い、(4)低温下での充放電特性に優れている、(5)水分の混入があっても容量低下、ガス発生等が生じにくい、などの種々の利点を有している。   Since the electricity storage device according to the present invention described above is configured using the non-aqueous electrolyte of the present invention, (1) it is suitable for large current charge / discharge because of its low internal resistance, (2) large current charge / discharge (3) High safety because it can reduce the amount of organic solvent used to zero or as much as possible, (4) Excellent charge / discharge characteristics at low temperatures, (5) Mixing of moisture Even if there is, there are various advantages such as reduced capacity and less generation of gas.

以下、合成例、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although a synthesis example, an Example, and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the following Example.

[1]イオン液体
[合成例1]イオン液体(38)の合成

Figure 2006236829
[1] Ionic liquid [Synthesis Example 1] Synthesis of ionic liquid (38)
Figure 2006236829

ピロリジン(関東化学株式会社)88mlと2−メトキシエチルクロライド(関東化学株式会社)50mlを、冷却管を付けたフラスコ中で撹拌し、環流下、24時間反応を行った。反応後、反応液を放冷して析出した結晶を濾別し、濾液を減圧蒸留してN−(2-メトキシエチル)−ピロリジン41gを得た。
N−(2-メトキシエチル)−ピロリジン20gをテトラヒドロフラン(和光純薬工業株式会社)200mlに溶解し、氷冷下、撹拌しながらヨウ化メチル(和光純薬工業株式会社)13.5mlを加えた。30分後、氷浴を外して、室温で一晩撹拌した。析出した結晶を濾別、洗浄し、アセトニトリル(和光純薬工業株式会社)−テトラヒドロフラン系で再結晶し、N−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムヨウ素塩を38g得た。
N−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムヨウ素塩15.0gをクロロホルム(和光純薬工業株式会社)に溶解し、氷冷下、撹拌しながらテトラフルオロホウ酸銀(東京化成工業株式会社)10.8gを加えて18時間攪拌した。攪拌終了後、結晶を濾別し、濾液から溶媒を減圧留去してイオン液体(38)〈N−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムテトラフルオロホウ酸塩〉12.4gを得た。なお、イオン液体(38)の粘度は、145mPa・s(25℃)であった。
Pyrrolidine (Kanto Chemical Co., Inc.) 88 ml and 2-methoxyethyl chloride (Kanto Chemical Co., Ltd.) 50 ml were stirred in a flask equipped with a condenser and reacted for 24 hours under reflux. After the reaction, the reaction solution was allowed to cool and the precipitated crystals were filtered off. The filtrate was distilled under reduced pressure to obtain 41 g of N- (2-methoxyethyl) -pyrrolidine.
20 g of N- (2-methoxyethyl) -pyrrolidine was dissolved in 200 ml of tetrahydrofuran (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 13.5 ml of methyl iodide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added with stirring under ice cooling. . After 30 minutes, the ice bath was removed and the mixture was stirred overnight at room temperature. The precipitated crystals were separated by filtration, washed, and recrystallized from acetonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)-Tetrahydrofuran system to obtain 38 g of N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium iodine salt.
15.0 g of N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium iodine salt is dissolved in chloroform (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and stirred under ice cooling with silver tetrafluoroborate (Tokyo Chemical Industry). 10.8 g) was added and stirred for 18 hours. After completion of the stirring, the crystals were filtered off and the solvent was distilled off from the filtrate under reduced pressure to obtain 12.4 g of ionic liquid (38) <N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate>. Obtained. The viscosity of the ionic liquid (38) was 145 mPa · s (25 ° C.).

[合成例2]イオン液体(17)の合成

Figure 2006236829
[Synthesis Example 2] Synthesis of ionic liquid (17)
Figure 2006236829

合成例1と同様の方法で中間体であるN−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムヨウ素塩を得た。
N−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムヨウ素塩15.0gをクロロホルムに溶解し、氷冷下、撹拌しながらペンタフルオロエチルトリフルオロボレートカリウム(前述の参考文献 M.Ue et al.,J.Fluorine Chem.,128−131,123(2003)記載の方法で合成)12.5gを加えて18時間攪拌した。攪拌終了後、結晶を濾別し、濾液から溶媒を減圧留去してイオン液体(17)〈N−(2−メトキシエチル)−N−メチルピロリジニウムペンタフルオロエチルトリフルオロほう酸塩〉17.4gを得た。なお、イオン液体(17)の粘度は、15mPa・s(25℃)であった。
The intermediate N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium iodine salt was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1.
15.0 g of N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium iodine salt is dissolved in chloroform and stirred under ice-cooling with potassium pentafluoroethyl trifluoroborate (the aforementioned reference M. Ue et al. , J. Fluorine Chem., 128-131, 123 (2003)) (12.5 g) was added and stirred for 18 hours. After completion of the stirring, the crystals were filtered off, the solvent was distilled off from the filtrate under reduced pressure, and the ionic liquid (17) <N- (2-methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium pentafluoroethyl trifluoroborate> 17. 4 g was obtained. The viscosity of the ionic liquid (17) was 15 mPa · s (25 ° C.).

[2]電気二重層キャパシタ
合成例1,2で得られたイオン液体を電解液として、以下の手順で電気二重層キャパシタをそれぞれ作製した。
[実施例1]
活物質としてフェノール樹脂由来の炭素材料をアルカリ賦活処理してなる活性炭(MSP−20、関西熱化学(株)製)と、導電性カーボンとしてHS−100(電気化学工業(株)製)と、バインダー樹脂としてPVDF(アルドリッチ社製、重量平均分子量534,000)と、塗工溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMPという)を、活物質:導電性カーボン:バインダー樹脂:NMP=90:5:5:230(質量比)の割合で混合してペースト状にし、分極性電極組成物を調製した。
このペースト状の分極性電極組成物を、アルミ集電箔(30CB、日本蓄電器工業(株)製)の両面に塗布し、80℃で4時間乾燥させた後、圧延して分極性電極を得た。
次いでセルロース製セパレータ(TF40−35、日本高度紙工業(株)製)を介して分極性電極を積層してセルを組み立て、アルミラミネート(大日本印刷(株)製、外層:6−ナイロン/厚み25μm、ガス遮断層:軟質アルミニウム/厚み40μm、内層:ポリプロピレン+変性ポリプロピレン/30μm+15μm)からなる外装容器に収納した後、合成例2のイオン液体(17)のみからなる電解液を注入して含浸させた後、密閉して電気二重層キャパシタセル1を得た。
[2] Electric double layer capacitor Using the ionic liquids obtained in Synthesis Examples 1 and 2 as an electrolytic solution, electric double layer capacitors were respectively produced by the following procedure.
[Example 1]
Activated carbon (MSP-20, manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd.) obtained by subjecting a phenol resin-derived carbon material to alkali activation treatment as an active material, and HS-100 (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as conductive carbon, PVDF (Aldrich, weight average molecular weight 534,000) as binder resin, N-methylpyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) as coating solvent, active material: conductive carbon: binder resin: NMP = 90: 5: The mixture was made into a paste by mixing at a ratio of 5: 230 (mass ratio) to prepare a polarizable electrode composition.
The paste-like polarizable electrode composition was applied to both sides of an aluminum current collector foil (30CB, manufactured by Nippon Electric Power Industry Co., Ltd.), dried at 80 ° C. for 4 hours, and then rolled to obtain a polarizable electrode. It was.
Next, cells were assembled by laminating polarizable electrodes via a cellulose separator (TF40-35, manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries Co., Ltd.), and an aluminum laminate (Dai Nippon Printing Co., Ltd., outer layer: 6-nylon / thickness). 25 μm, gas barrier layer: soft aluminum / thickness 40 μm, inner layer: polypropylene + modified polypropylene / 30 μm + 15 μm), and then impregnated by injecting and impregnating an electrolytic solution consisting only of the ionic liquid (17) of Synthesis Example 2. After sealing, the electric double layer capacitor cell 1 was obtained.

[比較例1]
電解液として合成例1のイオン液体(38)のみからなる電解液を注入する以外は、上記実施例1と同様にして電気二重層キャパシタセル2を作製した。
[Comparative Example 1]
An electric double layer capacitor cell 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution consisting only of the ionic liquid (38) of Synthesis Example 1 was injected as the electrolytic solution.

〈キャパシタセルの評価〉
実施例1および比較例1で得られた電気二重層キャパシタセル1,2について、下記条件にて電流密度別充放電試験およびサイクル充放電試験を行った。
(1)電流密度別充放電試験
25℃環境下、放電電流密度:1、5、10、20mA/cm2の定電流、充放電電圧:0〜3.0Vの設定で充放電を行い、各電流密度の放電エネルギー量と、セルに用いた活物質質量とから、活物質質量あたり静電容量を算出した。結果を図1に示す。
(2)サイクル充放電試験
25℃環境下、電流密度:10mA/cm2の定電流、充放電電圧:2.0〜3.0V、定電圧充電無し、および休止無しの設定でサイクル充放電を行い、サイクル回数毎の放電エネルギー量を測定した。また、充放電1万サイクル後のセルを分解し、電解液を採取して電解液中のフッ素イオン濃度をイオンクロマトグラフにより測定した(なお、充放電試験前の電解液中のフッ素イオン濃度も同方法により測定し、試験開始前の電解液中の水分量は、カールフィッシャー水分計(京都電子工業(株)製)により測定した。)。初回の放電エネルギー量を100%とした放電エネルギー維持率の結果を図2に、電解液中のフッ素イオン濃度を表1に示す。
<Capacitor cell evaluation>
The electric double layer capacitor cells 1 and 2 obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to a charge / discharge test according to current density and a cycle charge / discharge test under the following conditions.
(1) Charging / discharging test according to current density In a 25 ° C. environment, charging / discharging was performed at a setting of a constant current of 1, 5, 10, 20 mA / cm 2 and a charging / discharging voltage of 0 to 3.0 V, respectively. The capacitance per active material mass was calculated from the amount of discharge energy of the current density and the active material mass used in the cell. The results are shown in FIG.
(2) Cycle charge / discharge test Cycle charge / discharge in a 25 ° C environment with current density: 10 mA / cm 2 constant current, charge / discharge voltage: 2.0 to 3.0 V, no constant voltage charge, and no pause. The amount of discharge energy for each cycle was measured. In addition, the cell after 10,000 cycles of charge / discharge was disassembled, the electrolyte solution was collected, and the fluorine ion concentration in the electrolyte solution was measured by ion chromatography (in addition, the fluorine ion concentration in the electrolyte solution before the charge / discharge test was The water content in the electrolyte before the start of the test was measured by the same method and measured with a Karl Fischer moisture meter (manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.). FIG. 2 shows the results of the discharge energy maintenance rate with the initial discharge energy amount being 100%, and Table 1 shows the fluorine ion concentration in the electrolytic solution.

Figure 2006236829
Figure 2006236829

図1に示されるように、本発明のイオン液体のみを電解液として用いた実施例1のキャパシタセル1では、電流密度が大きくなっても活物質質量あたり静電容量の低下が少なく、比較例1のキャパシタセル2よりも大電流放電特性に優れることがわかる。
また、図2に示されるように、放電エネルギー量だけでなく、サイクル充放電特性でも実施例1のキャパシタセル1では維持率が高く、比較例1のキャパシタセル2よりサイクル特性に優れることがわかる。
さらに、表1に示されるように、アニオンの分解によるフッ素イオンの発生量も少ないことがわかる。
このように、イオン液体のみを電解液として用いた場合、従来のイオン液体のみの電解液よりも優れており、通常の有機電解液と同等の性能の電気二重層キャパシタを得ることができるだけでなく、安全面を考慮すれば、本発明のイオン液体は、有用な蓄電デバイス用電解液となり得ることがわかる。
As shown in FIG. 1, in the capacitor cell 1 of Example 1 using only the ionic liquid of the present invention as the electrolyte, even when the current density is increased, there is little decrease in the capacitance per mass of the active material. It can be seen that the large current discharge characteristics are superior to the capacitor cell 2 of 1.
Further, as shown in FIG. 2, not only the discharge energy amount but also the cycle charge / discharge characteristics, the capacitor cell 1 of Example 1 has a high retention rate, and the cycle characteristics are superior to the capacitor cell 2 of Comparative Example 1. .
Furthermore, as shown in Table 1, it can be seen that the amount of fluorine ions generated by the decomposition of anions is small.
As described above, when only an ionic liquid is used as an electrolytic solution, it is superior to a conventional electrolytic solution containing only an ionic liquid, and not only can an electric double layer capacitor having the same performance as a normal organic electrolytic solution be obtained. From the viewpoint of safety, it can be seen that the ionic liquid of the present invention can be a useful electrolyte for an electricity storage device.

実施例1および比較例1で作製したキャパシタセル1,2の電流密度別充放電試結果を示すグラフである。6 is a graph showing charging / discharging test results by current density of capacitor cells 1 and 2 produced in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1および比較例1で作製したキャパシタセル1,2のサイクル充放電試結果を示すグラフである。6 is a graph showing cycle charge / discharge test results of capacitor cells 1 and 2 produced in Example 1 and Comparative Example 1.

Claims (10)

下記一般式(1)で示され、融点が50℃以下であることを特徴とするイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、R1〜R4は互いに同一もしくは異種の炭素数1〜5のアルキル基、またはR′−O−(CH2n−で表されるアルコキシアルキル基(R′はメチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。)を示し、これらR1、R2、R3およびR4のいずれか2個の基がXと共に環を形成していてもよい。ただし、R1〜R4の内少なくとも1つは上記アルコキシアルキル基である。Xは窒素原子またはリン原子を示し、RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数である(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
An ionic liquid represented by the following general formula (1) and having a melting point of 50 ° C. or lower.
Figure 2006236829
[Wherein, R 1 to R 4 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group represented by R′—O— (CH 2 ) n — (R ′ is a methyl group or Represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4.), and any two groups of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may form a ring together with X. However, at least one of R 1 to R 4 is the alkoxyalkyl group. X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a is an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F is mutually They may be the same or different, and R F may be bonded to each other to form a ring with a boron atom.) ]
下記一般式(2)で示されることを特徴とする請求項1記載のイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数である(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。ただし、Xが窒素原子、R′がメチル基、RFがペンタフルオロエチル基、nが2、aが1のものを除く。〕
It is shown by following General formula (2), The ionic liquid of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Figure 2006236829
[Wherein, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, and n is an integer of 1 to 4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a is an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F may be the same or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the boron atom.) Provided that X is a nitrogen atom, R ′ is a methyl group, R F is a pentafluoroethyl group, n is 2, and a is 1. ]
下記一般式(3)で示されることを特徴とする請求項1記載のイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R1は炭素数1〜5のアルキル基を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、mは4または5の整数であり、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、aは1〜4の整数を示す(なお、aが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してホウ素原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
It is shown by the following general formula (3), The ionic liquid according to claim 1 characterized by things.
Figure 2006236829
[In the formula, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, m is an integer of 4 or 5, n is an integer of 1-4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a represents an integer of 1 to 4 (in the case where a is 2 or more, R F may be the same or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the boron atom.) ]
下記一般式(4)で示され、融点が50℃以下であることを特徴とするイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、R1〜R4は互いに同一もしくは異種の炭素数1〜5のアルキル基、またはR′−O−(CH2n−で表されるアルコキシアルキル基(R′はメチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。)を示し、これらR1、R2、R3およびR4のいずれか2個の基がXと共に環を形成していてもよい。ただし、R1〜R4の内少なくとも1つは上記アルコキシアルキル基である。Xは窒素原子またはリン原子を示し、RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜6の整数である(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
An ionic liquid represented by the following general formula (4) and having a melting point of 50 ° C. or lower.
Figure 2006236829
[Wherein, R 1 to R 4 are the same or different alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, or an alkoxyalkyl group represented by R′—O— (CH 2 ) n — (R ′ is a methyl group or Represents an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 4.), and any two groups of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may form a ring together with X. However, at least one of R 1 to R 4 is the alkoxyalkyl group. X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, b is an integer of 1 to 6 (in the case where b is 2 or more, R F is mutually They may be the same or different, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom). ]
下記一般式(5)で示されることを特徴とする請求項4記載のイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜6の整数である(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
The ionic liquid according to claim 4, which is represented by the following general formula (5).
Figure 2006236829
[Wherein, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, and n is an integer of 1 to 4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and b is an integer of 1 to 6 (in addition, when b is 2 or more, R F may be the same as or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom.) ]
下記一般式(6)で示されることを特徴とする請求項4記載のイオン液体。
Figure 2006236829
〔式中、Xは窒素原子またはリン原子を示し、R1は炭素数1〜5のアルキル基を示し、R′は、メチル基またはエチル基を示し、mは4または5の整数であり、nは1〜4の整数である。RFは、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を示し、bは1〜4の整数を示す(なお、bが2以上の場合、RFは互いに同一でも異なっていてもよく、またRFが相互に結合してリン原子と共に環を形成していてもよい。)。〕
It is shown by following General formula (6), The ionic liquid of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
Figure 2006236829
[In the formula, X represents a nitrogen atom or a phosphorus atom, R 1 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, R ′ represents a methyl group or an ethyl group, m is an integer of 4 or 5, n is an integer of 1-4. R F represents a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and b represents an integer of 1 to 4 (in addition, when b is 2 or more, R F may be the same as or different from each other, and R F may be bonded to each other to form a ring together with the phosphorus atom.) ]
請求項2〜6のいずれか1項記載のイオン液体のみからなることを特徴とする蓄電デバイス用非水電解液。   A nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device, comprising only the ionic liquid according to any one of claims 2 to 6. 請求項2〜6のいずれか1項記載のイオン液体を含むことを特徴とする蓄電デバイス用非水電解液。   A nonaqueous electrolytic solution for an electricity storage device, comprising the ionic liquid according to claim 2. 請求項7または8に記載の蓄電デバイス用非水電解質を含んでなる蓄電デバイス。   An electricity storage device comprising the nonaqueous electrolyte for an electricity storage device according to claim 7 or 8. 電気二重層キャパシタまたはリチウムイオン電池である請求項9記載の蓄電デバイス。
The electrical storage device according to claim 9, which is an electric double layer capacitor or a lithium ion battery.
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