JP2009212469A - Novel energy storage device utilizing electrolyte for storing electricity - Google Patents

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Yasuhiro Tsukada
泰弘 塚田
Masamitsu Tachibana
正満 立花
Takahiro Oishi
孝洋 大石
Mutsuaki Murakami
睦明 村上
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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To substantially improve charge and discharge capacity in an electric double-layer capacitor, a redox capacitor, a lithium ion electrolytic capacitor, a lithium ion secondary battery and application devices thereof, for example, without spoiling output characteristics, charge and discharge efficiency and a cycle lifetime thereof, while providing them as large capacity energy storage devices. <P>SOLUTION: In the energy storage device including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, 0.5-50 wt.% of at least one charged by doping/dedoping reaction selected from an aniline tetramer, an aniline tetramer derivative having a molecular weight of not less than 366 and less than 500, an aniline pentamer, and an aniline pentamer derivative having a molecular weight of not less than 457 and less than 500 is contained in the electrolyte. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規なエネルギー貯蔵手段を有するエネルギー貯蔵デバイスに関する。電解液に含有されるドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な化合物のドープ/脱ドープ反応によりエネルギーを貯蔵する機構を備えたエネルギー貯蔵デバイスに関する発明であり、電気二重層キャパシタ、レドックス型キャパシタ、リチウムイオン電解質型キャパシタ、リチウムイオン二次電池、及びその応用デバイス等に適用可能である。   The present invention relates to an energy storage device having a novel energy storage means. The invention relates to an energy storage device having a mechanism for storing energy by doping / de-doping reaction of a compound capable of performing doping / de-doping reaction contained in an electrolyte, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, The present invention can be applied to lithium ion electrolyte capacitors, lithium ion secondary batteries, and application devices thereof.

近年、民生用電子機器のポータブル化、コードレス化等が進んでおり、これら電子機器の駆動用電源を担う小型、軽量で大きな容量を有するキャパシタ、電池への要望が高まっている。また、エハイブリッド自動車(HEV)や燃料電池自動車(FCEV)等の用途でも大容量のキャパシタ、電池が必要とされている。   In recent years, consumer electronic devices are becoming more portable and cordless, and there is an increasing demand for small, lightweight, large capacity capacitors and batteries that serve as power sources for driving these electronic devices. In addition, large capacity capacitors and batteries are also required for applications such as e-hybrid vehicles (HEV) and fuel cell vehicles (FCEV).

エネルギー貯蔵デバイスの一つとして、電気二重層キャパシタが知られている。電気二重層キャパシタは、電圧を加えたときに電極と電解質との界面に生じる電気二重層容量を利用した蓄電用電気化学デバイスである。この電気二重層容量による蓄電のメカニズムは、電気化学反応を伴う二次電池と比較し、より早い充放電が可能であり、充放電の繰り返し寿命特性にも優れているという特徴を有している。   As one of energy storage devices, an electric double layer capacitor is known. An electric double layer capacitor is an electrochemical device for electrical storage that utilizes an electric double layer capacitance generated at the interface between an electrode and an electrolyte when a voltage is applied. The mechanism of electricity storage by this electric double layer capacity is characterized by being capable of faster charge / discharge and excellent charge / discharge cycle life characteristics as compared to a secondary battery with an electrochemical reaction. .

また、導電性高分子による擬似容量を用いた蓄電器が提案されている。擬似容量は、電気二重層容量とは異なり、電極材料の酸化還元反応を伴って蓄えられる。このような擬似容量は導電性高分子を用いる場合には導電性高分子のレドックス反応、すなわちドープ・脱ドープ反応によって発現する。このような導電性高分子材料としてはポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン等のパイ共役高分子が知られている。(例えば、特許文献1、2参照)。   In addition, a battery using a pseudo capacitance by a conductive polymer has been proposed. Unlike the electric double layer capacity, the pseudo capacity is stored with an oxidation-reduction reaction of the electrode material. Such a pseudo capacity is manifested by a redox reaction of the conductive polymer, that is, a doping / dedoping reaction when the conductive polymer is used. As such conductive polymer materials, pi-conjugated polymers such as polypyrrole, polyaniline, and polythiophene are known. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

また、正極側は活性炭表面の電気二重層容量、負極側は層状炭素材料へのリチウムイオンのインターカレーション容量を利用して蓄電する、リチウムイオン電解質型キャパシタが提案されている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, a lithium ion electrolyte type capacitor has been proposed in which the positive electrode side stores the electric double layer capacity on the activated carbon surface, and the negative electrode side stores the lithium ion intercalation capacity to the layered carbon material (for example, Patent Documents). 3).

さらに、正極にリチウム含有遷移金属酸化物、負極に層状炭素材料を利用するリチウムイオン二次電池は容量が大きい電池であり、広い用途に使用されている。リチウムイオン二次電池の研究は盛んに行われており、正極、負極のみならず電解液に関する改良研究も行われている(例えば、特許文献4参照)。   Furthermore, a lithium ion secondary battery using a lithium-containing transition metal oxide for the positive electrode and a layered carbon material for the negative electrode is a battery having a large capacity and is used in a wide range of applications. Research on lithium ion secondary batteries has been actively conducted, and improvement research has been conducted not only on positive electrodes and negative electrodes but also on electrolytic solutions (for example, see Patent Document 4).

しかし、以上のキャパシタおよび電池は、いずれもエネルギー貯蔵手段として、電極自体の酸化還元反応または電極近傍の電気二重層を利用している。すなわち電気エネルギーの貯蔵および放出は、電極材料自体の酸化還元や電極表面でのイオンの吸脱着等の、電極自体または電極のごく近傍に関わる部位のみを利用して行われている。このため得られる蓄電の容量には限界があり、従来とは異なるエネルギー貯蔵手段を利用することによって大容量のエネルギー貯蔵デバイスを作製することが求められている。
特開平6−104141号公報 特開2002−203742号公報 特開平8−107048号公報 特開2003−338318号公報
However, both of the above capacitors and batteries use an oxidation-reduction reaction of the electrode itself or an electric double layer near the electrode as an energy storage means. In other words, electrical energy is stored and released using only the part related to the electrode itself or very close to the electrode, such as redox of the electrode material itself and adsorption / desorption of ions on the electrode surface. For this reason, there is a limit to the capacity of the obtained electricity storage, and it is required to produce a large-capacity energy storage device by using an energy storage means different from the conventional one.
JP-A-6-104141 JP 2002-203742 A Japanese Patent Laid-Open No. 8-1007048 JP 2003-338318 A

本発明が解決しようとする課題は、大容量のエネルギー貯蔵デバイスを提供することである。例えば電気二重層キャパシタ、レドックス型キャパシタ、リチウムイオン電解質型キャパシタ、リチウムイオン二次電池、及びこれらの応用デバイスにおいて、これらのもつ出力特性や充放電効率、サイクル寿命などを損なうことなく、充放電の容量を大幅に改善することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a high-capacity energy storage device. For example, in electric double layer capacitors, redox capacitors, lithium ion electrolyte capacitors, lithium ion secondary batteries, and their application devices, charging / discharging can be performed without impairing their output characteristics, charging / discharging efficiency, cycle life, etc. The capacity is greatly improved.

本発明者らは鋭意研究の結果、電解液中に存在するドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な、アニリン4量体および分子量が366以上、500未満のアニリン4量体誘導体、アニリン5量体および分子量が457以上、500未満のアニリン5量体誘導体の少なくとも1種の化合物が、安定にドープ/脱ドープ反応を行うことによりエネルギーを貯蔵することを発見し、本発明を成すに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have conducted an aniline tetramer, an aniline tetramer derivative having a molecular weight of 366 or more and less than 500, and an aniline 5 amount capable of performing a doping / dedoping reaction present in an electrolytic solution. It has been found that at least one compound of an aniline pentamer derivative having a body and a molecular weight of 457 or more and less than 500 stores energy by performing a stable doping / de-doping reaction, and has led to the present invention. .

すなわち本発明の第1は正極、負極及び電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液にドープ/脱ドープ反応によって充放電する分子量が366以上、500未満の下記一般式1に示す化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス、である。   That is, the first of the present invention is an energy storage device including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and a compound represented by the following general formula 1 having a molecular weight of 366 or more and less than 500 charged and discharged by doping / dedoping reaction to the electrolytic solution. Is an energy storage device containing 0.5 wt% or more and 50 wt% or less.

Figure 2009212469
(ここでR1、R、R、R12、R17は同一または異なる置換基であってアミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルコキシカルボニル基、炭素数が1〜5の範囲内であるアルキル基、炭素数が1〜2の範囲内であるアルコキシ基、炭素数が1〜2の範囲内であるフルオロアルキル基、フッ素原子、水素原子のいずれか、またはメチル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。R〜R、R〜R11、R13〜R16、R18〜R22は同一または異なる置換基であって、ニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、スルホニルエステル基、炭素数が1〜5の範囲内であるアルキル基、炭素数が1〜2の範囲内であるアルコキシ基、炭素数が1〜2の範囲内であるフルオロアルキル基、フッ素原子、水素原子のいずれか、またはニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、スルホニルエステル基、メチル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。)
また、本発明の第2は、正極、負極及び電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液にドープ/脱ドープ反応によって充放電する、分子量が457以上、500未満の下記一般式2に示す化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス、である。
Figure 2009212469
(Wherein R 1 , R 2 , R 7 , R 12 , R 17 are the same or different substituents, and an amino group, an acyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, an alkoxycarbonyl group, and a carbon number of 1 to An alkyl group in the range of 5, an alkoxy group in the range of 1 to 2 carbon atoms, a fluoroalkyl group in the range of 1 to 2 carbon atoms, a fluorine atom, a hydrogen atom, or a methyl group And R 3 to R 6 , R 8 to R 11 , R 13 to R 16 , and R 18 to R 22 are the same or different substituents, and are a nitro group , Amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, sulfonyl ester group, alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms, carbon number Is in the range of 1-2 Fluoroalkyl group, fluorine atom, hydrogen atom, or nitro group, amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, sulfonyl ester group, methyl group, methoxy group, fluorine atom, hydrogen atom Either)
A second aspect of the present invention is an energy storage device including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, and the electrolyte solution is charged / discharged by a doping / dedoping reaction and has a molecular weight of 457 or more and less than 500. An energy storage device containing 0.5 wt% or more and 50 wt% or less of the compound shown in FIG.

Figure 2009212469
(ここでR23、R24、R29、R34、R39、R44は同一または異なる置換基であってアミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルコキシカルボニル基、炭素数が1〜3の範囲内であるアルキル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。R25〜R28、R30〜R33、R35〜R38、R40〜R43、R45〜R49は同一または異なる置換基であって、ニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、炭素数が1〜3の範囲内であるアルキル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。)
また、本発明の第3は、本発明の第1に記載のエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液に含有されるドープ・脱ドープ反応によって充放電する、下記化学式3〜5からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス、である。
Figure 2009212469
(Wherein R 23 , R 24 , R 29 , R 34 , R 39 , R 44 are the same or different substituents and are an amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, alkoxycarbonyl group, carbon number Is an alkyl group, a methoxy group, a fluorine atom or a hydrogen atom within the range of 1 to 3. R 25 to R 28 , R 30 to R 33 , R 35 to R 38 , R 40 to R 43 , R 45 to R 49 are the same or different substituents, and are a nitro group, an amino group, an acyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a methoxy group, It is either a fluorine atom or a hydrogen atom.)
Moreover, 3rd of this invention is an energy storage device of 1st of this invention, Comprising: From the group which consists of following Chemical formula 3-5 charged / discharged by dope and dedoping reaction contained in the said electrolyte solution An energy storage device containing at least one selected compound of 0.5 wt% or more and 50 wt% or less.

Figure 2009212469
Figure 2009212469

Figure 2009212469
Figure 2009212469

Figure 2009212469
また、本発明の第4は、前記電解液の溶媒が、有機溶媒、イオン液体、または有機溶媒とイオン液体との混合物のいずれかである、本発明の第1〜3のいずれかに記載のエネルギー貯蔵デバイス、である。
Figure 2009212469
Moreover, 4th of this invention is the solvent of the said electrolyte solution in any one of 1-3 of this invention which is either a mixture of an organic solvent, an ionic liquid, or an organic solvent and an ionic liquid. An energy storage device.

また、本発明の第5は、前記有機溶媒がアセトニトリル、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、からなる群から選ばれる少なくとも1つである本発明の第4に記載のエネルギー貯蔵デバイス、である。   According to a fifth aspect of the present invention, the organic solvent comprises acetonitrile, γ-butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. It is an energy storage device according to the fourth aspect of the present invention, which is at least one selected from the group.

また、本発明の第6は、前記イオン液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトシレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトシレートからなる群から選ばれる少なくとも1つである本発明の第4または第5に記載のエネルギー貯蔵デバイス、である。   According to a sixth aspect of the present invention, the ionic liquid comprises 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluoroborate. At least one selected from the group consisting of fluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tosylate, 1-butyl-3-methylimidazolium tosylate It is an energy storage device according to the fourth or fifth aspect of the present invention.

本発明により、大容量のエネルギー貯蔵デバイスを得ることが可能となる。例えば電気二重層キャパシタ、レドックス型キャパシタ、リチウムイオン電解質型キャパシタ、リチウムイオン二次電池、及びこれらの応用デバイスにおいて充放電の容量を大幅に増大させることが可能である。   The present invention makes it possible to obtain a large-capacity energy storage device. For example, it is possible to greatly increase the charge / discharge capacity in electric double layer capacitors, redox capacitors, lithium ion electrolyte capacitors, lithium ion secondary batteries, and these application devices.

本発明は、これまでエネルギー貯蔵手段として利用されていなかった、電極間に存在する電解液領域をエネルギー貯蔵手段として利用できることを見出したものである。具体的には、電解液にアニリン4量体および分子量が366以上、500未満のアニリン4量体誘導体、アニリン5量体および分子量が457以上、500未満のアニリン5量体誘導体の少なくとも1種の化合物を添加することにより効率的なエネルギー貯蔵が可能としたものである。本発明は、電気二重層キャパシタ、レドックス型キャパシタ、リチウムイオン電解質型キャパシタ、リチウムイオン二次電池、およびこれらの応用デバイスにおいて、さらに容量を向上させるという課題を解決するものである。以下で本発明を詳細に説明するが、本発明は以下に限定されるものではない。   The present invention has found that an electrolyte region existing between electrodes, which has not been used as an energy storage means until now, can be used as an energy storage means. Specifically, the electrolyte contains at least one of an aniline tetramer and an aniline tetramer derivative having a molecular weight of 366 or more and less than 500, an aniline pentamer and an aniline pentamer derivative having a molecular weight of 457 or more and less than 500. By adding a compound, efficient energy storage is possible. The present invention solves the problem of further improving the capacity of an electric double layer capacitor, a redox capacitor, a lithium ion electrolyte capacitor, a lithium ion secondary battery, and these applied devices. The present invention is described in detail below, but the present invention is not limited to the following.

本発明では電解液中に存在するアニリン4量体および分子量が366以上、500未満のアニリン4量体誘導体、アニリン5量体および分子量が457以上、500未満のアニリン5量体誘導体の少なくとも1種の化合物が、ドープ/脱ドープ反応を行うことでエネルギー貯蔵手段として作用することにより、これまでエネルギー貯蔵には利用されていなかった電解液領域に安定的にエネルギーを貯蔵できる。このため、従来の電極領域のみをエネルギー貯蔵手段とするエネルギー貯蔵デバイスに比べて、より大容量のエネルギー貯蔵が可能となる。以下で本発明の詳細についてさらに説明する。   In the present invention, at least one of an aniline tetramer and an aniline tetramer derivative having a molecular weight of 366 or more and less than 500, an aniline pentamer and an aniline pentamer derivative having a molecular weight of 457 or more and less than 500, which are present in the electrolytic solution. This compound can act as an energy storage means by performing a doping / dedoping reaction, so that energy can be stably stored in an electrolyte region that has not been used for energy storage until now. For this reason, energy storage of a larger capacity is possible as compared with the energy storage device using only the conventional electrode region as the energy storage means. Details of the present invention will be further described below.

<正極、負極>
充電の際に電極またはその近傍に正の電荷が蓄積される側の電極を正極と呼び、充電の際に電極またはその近傍に負の電荷が蓄積される側の電極を負極と呼ぶ。電気2重層キャパシタのように、デバイスによっては一つの電極が正極としても負極としても働くことが可能であるため、一つの電極がいつも正極あるいは負極であるとは限らない場合もある。しかしこのような場合にも、ある瞬間に片方の電極が正極として働いていればもう一方の電極は負極として働くので、ここでは、このような場合も含めて「正極、負極」と呼ぶ。
<Positive electrode, negative electrode>
The electrode on the side where positive charge is accumulated in or near the electrode during charging is called a positive electrode, and the electrode on the side where negative charge is accumulated in or near the electrode during charging is called a negative electrode. Like an electric double layer capacitor, one electrode can function as both a positive electrode and a negative electrode depending on the device, and therefore, one electrode may not always be a positive electrode or a negative electrode. However, even in such a case, if one electrode works as a positive electrode at a certain moment, the other electrode works as a negative electrode. Therefore, here, such a case is also referred to as “positive electrode, negative electrode”.

<電解液>
本発明の電解液はドープ/脱ドープによるエネルギー貯蔵する化合物が含まれることが特徴である。ドープ/脱ドープする化合物は電解液に溶解していても、分散していても良い。しかし一般には長期に分散状態を維持することは難しい場合が多く、溶解している場合に比べて動作が不安定になるため、ドープ/脱ドープ反応を行う化合物は溶解していることが好ましい。また、繊維状電極や多孔質電極などを用いる際には、電極の微細構造の隙間にも活物質が入り易くするために、前記ドープ/脱ドープ可能な化合物は電解液に溶解しているほうが好ましい。
<Electrolyte>
The electrolytic solution of the present invention is characterized in that it contains a compound that stores energy by doping / dedoping. The compound to be doped / dedoped may be dissolved in the electrolytic solution or dispersed. However, in general, it is often difficult to maintain a dispersed state for a long period of time, and the operation becomes unstable as compared with the case where it is dissolved. Therefore, it is preferable that the compound that performs the doping / dedoping reaction is dissolved. In addition, when using a fibrous electrode, a porous electrode, or the like, the compound that can be doped / dedoped should be dissolved in the electrolyte so that the active material can easily enter the gaps in the microstructure of the electrode. preferable.

電解液の溶媒としては例えば通常の有機溶媒を使用する事が可能であるが、高濃度で電解質(ドーパントとなるイオン)を溶解でき、電位窓が広いものが好ましい。また、溶媒に電解質を溶解させる代わりに、溶媒を含まず常温でイオンのみから構成される液体であるイオン液体(常温溶融塩)を利用することが可能である。イオン液体はイオン濃度を通常の電解液よりも高くすることができ、蒸発せず、引火性も無いため、エネルギーデバイスに好適に用いられる。さらに、高イオン濃度と高い電気伝導度を程よくバランスさせる観点からイオン液体と有機溶媒との混合物が好ましく用いられる。   For example, a normal organic solvent can be used as the solvent of the electrolytic solution, but a solvent that can dissolve the electrolyte (ion serving as a dopant) at a high concentration and has a wide potential window is preferable. Further, instead of dissolving the electrolyte in the solvent, it is possible to use an ionic liquid (room temperature molten salt) that is a liquid that does not contain a solvent and is composed only of ions at room temperature. The ionic liquid can be used in an energy device because it can have an ionic concentration higher than that of a normal electrolytic solution, does not evaporate, and has no flammability. Furthermore, a mixture of an ionic liquid and an organic solvent is preferably used from the viewpoint of appropriately balancing a high ion concentration and a high electric conductivity.

<エネルギー貯蔵デバイス>
本発明でいうエネルギー貯蔵デバイスとは、電気化学反応や化学吸着、物理吸着等によってエネルギーを貯蔵することができるデバイスを指し、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、酸化物やパイ共役高分子、パイ共役分子によるレドックス型キャパシタ、リチウムイオン電解質型キャパシタ、リチウムイオン二次電池等が含まれる。
<Energy storage device>
The energy storage device in the present invention refers to a device capable of storing energy by electrochemical reaction, chemical adsorption, physical adsorption, etc., and is an electrolytic capacitor, an electric double layer capacitor, an oxide, a pi-conjugated polymer, a pi-conjugated. Examples include molecular redox capacitors, lithium ion electrolyte capacitors, lithium ion secondary batteries, and the like.

<ドープ/脱ドープ反応を行う化合物>
本発明で用いるドープ/脱ドープ反応を行う化合物は、電解液に溶解させるのが比較的容易であり、ドープ/脱ドープ反応による蓄電量が大きく、さらには電圧が印加されて充放電を起こす際に起こりうる、電気分解や電解重合などの副反応を抑制する効果がある、例えば以下の示すものが好ましい。
<Compound that performs doping / dedoping reaction>
The compound that performs the doping / dedoping reaction used in the present invention is relatively easy to dissolve in the electrolytic solution, has a large amount of stored electricity due to the doping / dedoping reaction, and is charged / discharged when a voltage is applied. The following are preferable, for example, which have the effect of suppressing side reactions such as electrolysis and electrolytic polymerization that may occur.

<一般式1の化合物>
一般式1の化合物はアニリン4量体および分子量が366以上、500未満のアニリン4量体誘導体である。アニリン4量体はプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの溶媒に溶解し、かつ1分子当り3電子分の蓄電が可能であることから、分子量あたりの蓄電可能な電荷量が大きい。また置換基を導入したアニリン4量体誘導体は電解液中での濃度をさらに高くすることが可能であり、蓄電可能な電荷量をさらに大きくする事ができる。置換基によって効果は異なるがメチル基は溶解性向上の点で効果が顕著である。アニリン4量体の分子量は366であるので、アニリン4量体誘導体の分子量は366以上であり、また1分子当りの蓄電可能な電荷量の点から分子量は500未満が望ましい。またアニリン4量体は溶媒への高い溶解性を有するだけでなく、電圧が印加されて充放電を起こす際に起こりうる、電気分解や電解重合などの副反応を起こしにくい。さらに置換基によって効果は異なるが、アニリン4量体誘導体は副反応を抑制するという点においても効果があり、かさ高い置換基を有する程、効果が顕著である。溶解性の向上と副反応の抑制は、同一の置換基によって両方実現される場合もある。例えば、一般式1において置換基R、R12、R17、R22をともにメチル基にすれば、イオン液体やプロピレンカ―ボネイト、γ―ブチロラクトン等の有機溶媒への溶解性をさらに高めることができ、電圧が印加されて充放電を起こす際に電気分解や電解重合などの副反応が起こるのを抑制することもできる。
<Compound of general formula 1>
The compound of the general formula 1 is an aniline tetramer and an aniline tetramer derivative having a molecular weight of 366 or more and less than 500. The aniline tetramer is dissolved in a solvent such as propylene carbonate and γ-butyrolactone, and can store three electrons per molecule, and therefore has a large amount of charge that can be stored per molecular weight. In addition, the aniline tetramer derivative having a substituent introduced therein can further increase the concentration in the electrolytic solution, and can further increase the amount of charge that can be stored. Although the effect varies depending on the substituent, the methyl group is remarkable in terms of improving solubility. Since the molecular weight of the aniline tetramer is 366, the molecular weight of the aniline tetramer derivative is 366 or more, and the molecular weight is preferably less than 500 from the viewpoint of the charge amount that can be stored per molecule. The aniline tetramer not only has high solubility in a solvent, but also hardly causes side reactions such as electrolysis and electrolytic polymerization that can occur when a voltage is applied to cause charge and discharge. Furthermore, although the effect varies depending on the substituent, the aniline tetramer derivative is also effective in suppressing side reactions, and the effect is more remarkable as the bulky substituent is present. In some cases, the improvement in solubility and the suppression of side reactions are both realized by the same substituent. For example, if the substituents R 7 , R 12 , R 17 and R 22 in the general formula 1 are all methyl groups, the solubility in organic solvents such as ionic liquid, propylene carbonate and γ-butyrolactone can be further increased. It is also possible to suppress the occurrence of side reactions such as electrolysis and electrolytic polymerization when a voltage is applied to cause charge and discharge.

Figure 2009212469
<電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物の含有量>
電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物の含有量は、少なすぎると電解液の領域に十分なエネルギー貯蔵が行えないので、ある程度以上の含有量が必要である。効果的にエネルギー貯蔵量を増やすためには、ドープ/脱ドープ反応を行う化合物の含有量が0.5重量%以上であることが望ましい。また、電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物の含有量は多すぎると電解液の粘度が高くなるため電気伝導度が下がり、特に高速充放電においては電気抵抗が大きくなってしまう。ドープ/脱ドープ反応を行う化合物の電解液中の含有量は50重量%以下であることが好ましい。さらにはエネルギー貯蔵量を増やす事ができ、電気抵抗が大きくなり過ぎない電解液中の最適な化合物含有量は20重量%以上35重量%以下が好ましい。更には寒冷地での使用や電気機器の加熱等を考慮すれば−20℃から60℃の範囲で20重量%以上35重量%以下溶解している事が好ましい。
Figure 2009212469
<Content of Compound for Doping / De-Doping Reaction in Electrolyte>
If the content of the compound that performs the doping / dedoping reaction in the electrolytic solution is too small, sufficient energy storage cannot be performed in the region of the electrolytic solution. In order to effectively increase the energy storage amount, it is desirable that the content of the compound that performs the doping / dedoping reaction is 0.5% by weight or more. On the other hand, if the content of the compound that performs the doping / de-doping reaction in the electrolytic solution is too large, the viscosity of the electrolytic solution becomes high, so that the electrical conductivity is lowered, and the electrical resistance is increased particularly in high-speed charge / discharge. The content of the compound that performs the doping / dedoping reaction in the electrolytic solution is preferably 50% by weight or less. Furthermore, the energy storage amount can be increased, and the optimum compound content in the electrolytic solution in which the electric resistance does not become too large is preferably 20% by weight or more and 35% by weight or less. Furthermore, in consideration of use in cold districts, heating of electrical equipment, etc., it is preferable that the resin is dissolved in the range of −20 ° C. to 60 ° C. in the range of 20 wt% to 35 wt%.

<一般式2の化合物>
一般式2の化合物はアニリン5量体および分子量が457以上、500未満のアニリン5量体誘導体である。アニリン5量体はプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの溶媒に溶解するが、さらに置換基を導入したアニリン5量体誘導体は電解液中での濃度を高くすることが可能であり、蓄電可能な電荷量を大きくする事ができる。また置換基によって効果は異なるがメチル基は溶解性の点で効果が顕著である。アニリン5量体の分子量は457であるので、アニリン4量体誘導体の分子量は457以上であり、また1分子当りの蓄電可能な電荷量の点から分子量は500未満が望ましい。またアニリン5量体は溶媒への高い溶解性を有するだけでなく、電圧が印加されて充放電を起こす際に起こりうる、電気分解や電解重合などの副反応を抑制する効果がある。さらに置換基によって効果は異なるが、アニリン5量体誘導体は副反応を抑制するという点においても効果があり、かさ高い置換基を有する程、効果が顕著である。溶解性の向上と副反応の抑制は、同一の置換基によって両方実現される場合もある。例えば、一般式2において置換基R49をメチル基にすれば、イオン液体やプロピレンカ―ボネイト、γ―ブチロラクトン等の有機溶媒への溶解性をさらに高めることができ、電圧が印加されて充放電を起こす際に電気分解や電解重合などの副反応が起こるのを抑制することもできる。
<Compound of general formula 2>
The compound of the general formula 2 is an aniline pentamer and an aniline pentamer derivative having a molecular weight of 457 or more and less than 500. The aniline pentamer is dissolved in a solvent such as propylene carbonate and γ-butyrolactone, but the aniline pentamer derivative further introduced with a substituent can have a higher concentration in the electrolytic solution and can be charged with electricity. The amount can be increased. Further, although the effect varies depending on the substituent, the methyl group has a remarkable effect in terms of solubility. Since the molecular weight of the aniline pentamer is 457, the molecular weight of the aniline tetramer derivative is 457 or more, and the molecular weight is preferably less than 500 from the viewpoint of the charge amount that can be stored per molecule. The aniline pentamer not only has high solubility in a solvent, but also has an effect of suppressing side reactions such as electrolysis and electrolytic polymerization that can occur when a voltage is applied to cause charge and discharge. Further, although the effect varies depending on the substituent, the aniline pentamer derivative is also effective in suppressing side reactions, and the effect is more remarkable as the bulky substituent is present. In some cases, the improvement in solubility and the suppression of side reactions are both realized by the same substituent. For example, if the substituent R 49 in the general formula 2 is a methyl group, the solubility in an organic solvent such as an ionic liquid, propylene carbonate, or γ-butyrolactone can be further increased, and charging / discharging is performed by applying a voltage. It is also possible to suppress the occurrence of side reactions such as electrolysis and electropolymerization when the oxidization occurs.

Figure 2009212469
<アニリン4量体およびその誘導体>
化合物3はアニリン4量体でありプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの溶媒に溶解する。さらに化合物4はアニリン4量体の末端基をメチル基で置換した化合物であり、電解液中での濃度を高くすることが可能であり、蓄電可能な電荷量を大きくする事ができる。化合物5は化合物4の窒素上の水素をメチル基で置換した化合物であり、さらに電解液中での濃度を高くすることが可能であり、蓄電可能な電荷量を大きくする事ができる。また化合物3、4、5は溶媒への高い溶解性を有するだけでなく、電圧が印加されて充放電を起こす際に起こりうる、電気分解や電解重合などの副反応を抑制する効果がある。化合物4および5は副反応を抑制するという点において効果が顕著である。
Figure 2009212469
<Aniline tetramer and its derivative>
Compound 3 is an aniline tetramer and is dissolved in a solvent such as propylene carbonate and γ-butyrolactone. Further, compound 4 is a compound in which the terminal group of aniline tetramer is substituted with a methyl group, and the concentration in the electrolytic solution can be increased, and the amount of charge that can be stored can be increased. Compound 5 is a compound obtained by substituting hydrogen on nitrogen of compound 4 with a methyl group, and the concentration in the electrolytic solution can be increased, and the amount of charge that can be stored can be increased. In addition, the compounds 3, 4, and 5 not only have high solubility in a solvent, but also have an effect of suppressing side reactions such as electrolysis and electrolytic polymerization that can occur when a voltage is applied to cause charge and discharge. Compounds 4 and 5 are remarkable in terms of suppressing side reactions.

Figure 2009212469
Figure 2009212469

Figure 2009212469
Figure 2009212469

Figure 2009212469
<溶解>
ここで溶解とは、分子レベルで溶媒と均一な混合物になっていることを意味する。電解液に溶解しないで分散している状態でも、電圧の印加によって脱ドープ状態の化合物をドープ状態に変化させることも可能であり、ドープ状態の化合物を脱ドープ状態に変化させることも可能である。しかし、一般に長期に分散状態を維持することは難しい場合が多く、溶解している場合に比べて動作が不安定になるため、ドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な化合物は溶解していることが好ましい。また、繊維状電極や多孔質電極を用いる場合には、活物質であるドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な化合物が電極の微細構造の中に入り易いようにするために、やはり電解液に溶解させるのが好ましい。電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物は濃度が高いほどエネルギー貯蔵可能量が増大するが、一般的に粘度が高くなるため電解液の導電率が低下し、エネルギー貯蔵デバイスの充放電速度が遅くなってしまうため、適当な濃度が存在する。エネルギー貯蔵デバイスの使用目的にもよるが、1重量%以上50重量%以下が望ましい。特には20重量%以上35重量%以下が好ましい。更には寒冷地での使用や電気機器の加熱等を考慮すれば−20℃から60℃の範囲で20重量%以上35重量%以下溶解している事が好ましい。
Figure 2009212469
<Dissolution>
Here, dissolution means that the mixture is in a uniform mixture with the solvent at the molecular level. Even in a state where it is dispersed without being dissolved in the electrolytic solution, it is possible to change the undoped compound to the doped state by applying a voltage, and it is also possible to change the doped compound to the undoped state. . However, in general, it is often difficult to maintain a dispersed state for a long period of time, and since the operation becomes unstable compared with the case where it is dissolved, the compound capable of performing the doping / dedoping reaction is dissolved. It is preferable. Also, when using a fibrous electrode or a porous electrode, in order to make it easy for a compound capable of performing a doping / de-doping reaction, which is an active material, to enter the fine structure of the electrode, an electrolyte solution is also used. It is preferable to dissolve in. As the concentration of the compound that performs doping / de-doping reaction in the electrolytic solution increases, the energy storage capacity increases, but generally the viscosity increases, so the conductivity of the electrolytic solution decreases, and the charge / discharge rate of the energy storage device There will be a suitable concentration. Although it depends on the intended use of the energy storage device, it is preferably 1% by weight or more and 50% by weight or less. In particular, 20 wt% or more and 35 wt% or less is preferable. Furthermore, in consideration of use in cold districts, heating of electrical equipment, etc., it is preferable that the resin is dissolved in the range of −20 ° C. to 60 ° C. in the range of 20 wt% to 35 wt%.

<有機溶媒>
本発明の電解液の溶媒として用いる溶媒に特に制限は無いが、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチレンカーボネート、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は電位窓が広く、低粘度であり、本発明の電解液に使用する溶媒として好ましい。特には一般式1,2の化合物の溶解度が高いという点からγ−ブチロラクトンやプロピレンカーボネートが好ましい。また、これらの有機溶媒はイオン液体と非常に広い混合比で均一な混合液を作り、耐電圧、電気伝導度が高い電解液を作製できるため、イオン液体との混合液として電解液に用いる観点からも好ましい。
<Organic solvent>
There is no particular limitation on the solvent used as the solvent of the electrolytic solution of the present invention, but acetonitrile, γ-butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl Carbonate has a wide potential window and low viscosity, and is preferable as a solvent used in the electrolytic solution of the present invention. In particular, γ-butyrolactone and propylene carbonate are preferred from the viewpoint of high solubility of the compounds of general formulas 1 and 2. In addition, these organic solvents can form a uniform mixed solution with an ionic liquid at a very wide mixing ratio, and can produce an electrolytic solution with high withstand voltage and high electrical conductivity. Is also preferable.

<イオン液体>
イオン液体は、常温で液体状態を保つ塩であって、様々な化合物が存在する。代表的なものは、カチオン成分が、イミダゾリウム誘導体、アンモニウム誘導体、ピリジニウム誘導体、フォスフォニウム誘導体等であり、アニオン成分が、BF 、PF 等のフッ素を含む原子団、スルホン酸アニオン(−SO )を含む原子団、アニオン成分がカルボキシラト(−COO)を含む原子団等が知られている。これらのイオン液体は、すべてがイオン性の原子団から構成されているため、高イオン伝導性を示し、イオン濃度を通常の電解液よりも高くすることができ、蒸発せず、引火性も無い。このため安全な電解液として好適に用いることができる。イオン液体の例としては、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトシレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトシレートなどを挙げることができる。
<Ionic liquid>
An ionic liquid is a salt that maintains a liquid state at room temperature, and various compounds exist. As a typical example, the cation component is an imidazolium derivative, an ammonium derivative, a pyridinium derivative, a phosphonium derivative, or the like, and the anion component is an atomic group containing fluorine, such as BF 4 or PF 6 —, or a sulfonate anion. An atomic group containing (—SO 3 ), an atomic group containing an anion component containing carboxylate (—COO ), and the like are known. Since these ionic liquids are all composed of ionic atomic groups, they exhibit high ionic conductivity, can be made higher in ionic concentration than ordinary electrolytes, do not evaporate, and are not flammable . For this reason, it can be suitably used as a safe electrolytic solution. Examples of ionic liquids include 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl- Examples thereof include 3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tosylate, 1-butyl-3-methylimidazolium tosylate, and the like.

さらに、イオン液体単独ではなく、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の他の支持電解質を溶解させて用いることもできるし、アセトニトリル等の他の溶媒を混合して用いることもできる。しかし、電解液にイオン液体と有機溶媒の混合物を用いた場合には、パイ共役高分子の溶解性が低下するため、電解液成分の15%以上(体積比)がイオン液体であることが好ましい。   Furthermore, instead of the ionic liquid alone, other supporting electrolytes such as tetraethylammonium tetrafluoroborate can be dissolved and used, or other solvents such as acetonitrile can be mixed and used. However, when a mixture of an ionic liquid and an organic solvent is used for the electrolytic solution, the solubility of the pi-conjugated polymer is lowered, so that 15% or more (volume ratio) of the electrolytic solution component is preferably an ionic liquid. .

<イオン液体と有機溶媒の混合物>
イオン液体に有機溶媒を添加し、撹拌することでイオン液体と有機溶媒の混合液を作製する。逆に、有機溶媒にイオン液体を添加して撹拌して混合液を作製しても良い。イオン液体と有機溶媒の組み合わせ及び混合比率によっては均一に混合するのに30℃から50℃で3時間程度要する場合があるが、概ね室温で1時間程度撹拌すれば殆どの場合、均一な混合液を得ることができる。高電圧で充放電を行うキャパシタ用の電解液など、電解液の用途によっては電解液への水分の混入を防ぐ必要があり、イオン液体と有機溶媒の混合は窒素ガス、アルゴンガスなどの雰囲気中で行わなければならない場合もある。有機溶媒とイオン液体を混合すれば一般に粘度を低くすることができるが、伝導度の観点から混合液のイオン濃度を高く保つ必要があるため、過剰に有機溶媒を混合するのは好ましくない。イオン液体と有機溶媒は、その混合液の電気伝導度が極大となる混合比率で混合することが一般に最も望ましいが、電気伝導度が最大となる混合比からイオン液体の含有量が±50%以内の範囲の比率(体積比)であれば、任意の比率で混合しても十分な電気伝導度を持つ混合液を作製でき、本発明の目的に良好に使用可能である。この範囲内での比率で混合したイオン液体と有機溶媒の混合液は広く電気化学素子の電解液として使用が可能であり、電気化学素子の応答速度を損なう心配もほとんど無い。この範囲から外れると、例えば電解液のイオン濃度を極めて高く出来たとしても、電解液の粘度が高くなり、エネルギー貯蔵デバイスの電気抵抗が大きくなり、電速度を速くするとエネルギーの損失が大きくなってしまう。例えば、電気2重層キャパシタ、レドックス型キャパシタの電解液として上記範囲内での混合比率で作製した混合液を用いると、従来の電解液を用いた場合よりも充放電の容量、充放電速度をともに向上させることが可能である。より望ましい混合比率としては、電気伝導度が最大となる混合比からイオン液体の含有量が±20%以内の範囲の比率(体積比)であることであり、さらに望ましくは電気伝導度が最大となる混合比からイオン液体の含有量が±10%以内の範囲の比率(体積比)であることである。以上のような好ましい混合比率は一般にイオン液体:有機溶媒=1:5〜5:1(体積比)の範囲内である。
<Mixture of ionic liquid and organic solvent>
An organic solvent is added to the ionic liquid and stirred to prepare a mixed liquid of the ionic liquid and the organic solvent. Conversely, an ionic liquid may be added to an organic solvent and stirred to produce a mixed solution. Depending on the combination and mixing ratio of the ionic liquid and the organic solvent, it may take about 3 hours at 30 ° C. to 50 ° C. to mix uniformly. Can be obtained. Depending on the application of the electrolyte, such as a capacitor electrolyte that charges and discharges at a high voltage, it is necessary to prevent moisture from entering the electrolyte. Mixing of the ionic liquid and organic solvent is performed in an atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. It may be necessary to do this. If an organic solvent and an ionic liquid are mixed, the viscosity can generally be lowered. However, since it is necessary to keep the ionic concentration of the mixed solution high from the viewpoint of conductivity, it is not preferable to mix the organic solvent excessively. In general, it is most desirable to mix the ionic liquid and the organic solvent at a mixing ratio that maximizes the electric conductivity of the mixed liquid, but the content of the ionic liquid is within ± 50% from the mixing ratio that maximizes the electric conductivity. If the ratio is within the range (volume ratio), a mixed liquid having sufficient electric conductivity can be produced even if mixed at an arbitrary ratio, and can be used favorably for the purpose of the present invention. A mixed liquid of an ionic liquid and an organic solvent mixed at a ratio within this range can be widely used as an electrolytic solution for an electrochemical element, and there is almost no fear of impairing the response speed of the electrochemical element. Outside this range, for example, even if the ion concentration of the electrolytic solution can be made extremely high, the viscosity of the electrolytic solution increases, the electrical resistance of the energy storage device increases, and the loss of energy increases as the electrical speed increases. End up. For example, when a mixed solution prepared at a mixing ratio within the above range is used as an electrolytic solution for an electric double layer capacitor or a redox capacitor, both the charge / discharge capacity and the charge / discharge rate are higher than when a conventional electrolytic solution is used. It is possible to improve. A more desirable mixing ratio is a ratio (volume ratio) in which the content of the ionic liquid is within ± 20% from the mixing ratio at which the electric conductivity is maximized, and more desirably, the electric conductivity is at the maximum. From the mixing ratio, the content of the ionic liquid is a ratio (volume ratio) within a range of ± 10%. A preferable mixing ratio as described above is generally in the range of ionic liquid: organic solvent = 1: 5 to 5: 1 (volume ratio).

<電解液の自由拡散の抑制>
本発明のエネルギー貯蔵デバイスは、2枚以上の電極を有しており、両電極間に電位差をもたせることによりエネルギーを貯蔵する。しかし、電解液中のドープ/脱ドープ可能な化合物がドープ/脱ドープすることによる貯蔵エネルギーは、ドープ/脱ドープする化合物が充電後に自由拡散によって電極近傍から離れてしまうとエネルギーとして取り出せなくなるため、液内の電荷の均一化を防止するための電解液自由拡散抑制手段が必要である。例えば電極として活性炭のような多孔質のものや、カーボンファイバーのような繊維状のものを使用することにより、電極近傍の電解液の自由拡散をある程度抑制することが可能である。
<Inhibition of free diffusion of electrolyte>
The energy storage device of the present invention has two or more electrodes and stores energy by providing a potential difference between the two electrodes. However, the storage energy due to the doping / dedoping of the compound that can be doped / dedoped in the electrolytic solution cannot be taken out as energy when the compound to be doped / dedoped is separated from the vicinity of the electrode by free diffusion after charging. An electrolyte free diffusion suppressing means for preventing the charge in the liquid from being uniform is required. For example, by using a porous material such as activated carbon or a fibrous material such as carbon fiber as the electrode, it is possible to suppress the free diffusion of the electrolyte solution in the vicinity of the electrode to some extent.

<セパレーター>
本発明のエネルギー貯蔵デバイスは、1対以上の電極を有しており、両電極間に電位差をもたせることによりエネルギーを貯蔵する。エネルギー貯蔵デバイス内で両電極間に電子伝導があると短絡が起こり、蓄電効率が低下するため、電極どうしの接触を防止するために両電極間にはセパレーターを介在させるのが一般的である。この電極に接するように存在するセパレーターは、そのままで電極近傍の電解液の自由拡散を抑制する効果があるので、本発明のエネルギー貯蔵デバイスに使用するのが好ましい。
<Separator>
The energy storage device of the present invention has one or more pairs of electrodes, and stores energy by providing a potential difference between the electrodes. When there is electronic conduction between both electrodes in the energy storage device, a short circuit occurs and power storage efficiency decreases. Therefore, in order to prevent contact between the electrodes, a separator is generally interposed between the two electrodes. Since the separator that exists so as to be in contact with the electrode has the effect of suppressing free diffusion of the electrolyte near the electrode as it is, it is preferably used for the energy storage device of the present invention.

<ドープ状態>
化合物のドープ状態とは、化合物自体が酸化または還元を受けて正または負に帯電しており、その電荷を打ち消すようにアニオンまたはカチオンがパイ共役化合物の近傍に存在し、全体として中性となって安定化しているものである。
<Dope state>
The doped state of a compound is that the compound itself is positively or negatively charged by oxidation or reduction, and an anion or cation exists in the vicinity of the pi-conjugated compound so as to cancel the charge, and becomes neutral as a whole. Is stable.

上記アニオンおよびカチオンは電解液中のドープ/脱ドープ反応では電解液に含まれるアニオン、カチオンから供給される。電解液に含有されるアニオンとしては例えばBF 、PF 、ClO 、有機スルホン酸イオン、硫酸イオン、(CFSOなどを用いることができ、電解液に含有されるカチオンとしては各種4級アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、Li、Naなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。 The anion and cation are supplied from the anion and cation contained in the electrolytic solution in the doping / dedoping reaction in the electrolytic solution. Examples of anions contained in the electrolytic solution include BF 4 , PF 6 , ClO 4 , organic sulfonate ions, sulfate ions, (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. As the cation, various quaternary ammonium cations, pyridinium cations, imidazolium cations, Li + , Na + and the like can be used, but are not limited thereto.

ドープ状態の化合物のドーパントとしては例えばBF 、PF 、ClO 、ヨウ素、有機スルホン酸イオン、硫酸イオン、(CFSO、各種4級アンモニウムカチオン、各種ピリジニウムカチオン、各種イミダゾリウムカチオン、Li、Naなどを用いることができ、特に制限はされないが、使用する化合物に対してより多くドーピングができるものがエネルギー貯蔵デバイスの容量を大きくする観点から好ましく、電解液に含まれるイオン(ドーパント)もこれと共通にすることが望ましい。 Examples of the dopant of the compound in the doped state include BF 4 , PF 6 , ClO 4 , iodine, organic sulfonate ion, sulfate ion, (CF 3 SO 2 ) 2 N , various quaternary ammonium cations, and various pyridinium cations. Various imidazolium cations, Li + , Na + and the like can be used, and are not particularly limited, but those that can be more doped with respect to the compound to be used are preferable from the viewpoint of increasing the capacity of the energy storage device. It is desirable that the ions (dopants) contained in the liquid are also common.

一般には化合物に僅かでもドーパントがドープされた状態であればドープ状態(ドープされた状態)と呼ぶことが可能ではある。しかし、本発明で言う「ドープされた」とは、エネルギー貯蔵デバイスの充放電電荷量を効果的に増大させる観点から、電気化学的に安定なドープ/脱ドープが繰り返し行える範囲内で最大限に近いドープが行われている状態であることが好ましく、ここでは安定なドープ/脱ドープが繰り返し行える範囲内で最大限に導入できるドーパント量に比べて100〜50%のドーパントが導入されている状態を「ドープされた」状態と呼ぶ。   In general, a compound can be referred to as a doped state (doped state) as long as it is in a state where a dopant is doped even a little. However, the term “doped” in the present invention refers to the maximum within the range in which electrochemically stable doping / undoping can be repeated from the viewpoint of effectively increasing the charge / discharge charge amount of the energy storage device. It is preferable to be in a state in which near doping is performed, and here, a state where 100 to 50% of dopant is introduced as compared with the amount of dopant that can be introduced to the maximum within a range where stable doping / undoping can be repeated. Is called the “doped” state.

<脱ドープ状態>
化合物の脱ドープ状態とは、化合物自体が酸化または還元を受けておらず、電気的に中性であるものを指す。
<Dedoped state>
The undoped state of a compound refers to a compound that is not oxidized or reduced and is electrically neutral.

<充放電可能電荷量>
個々の電極、あるいはエネルギー貯蔵デバイスが繰り返し充電/放電可能な電荷量を充放電可能電荷量と呼ぶこととする。本発明のように電解液中の化合物のレドックスにより電荷を蓄積するのでは無い、従来のエネルギー貯蔵デバイスにおいては、エネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量は、2つの電極のうちの充放電可能電荷量が少ない方の電極の充放電可能電荷量によって規定される。
<Charge / discharge charge>
The amount of charge that can be repeatedly charged / discharged by an individual electrode or energy storage device is referred to as chargeable / dischargeable charge amount. In the conventional energy storage device in which the charge is not accumulated by the redox of the compound in the electrolyte as in the present invention, the chargeable / dischargeable charge amount of the energy storage device is the chargeable / dischargeable charge of the two electrodes. It is defined by the chargeable / dischargeable charge amount of the electrode with the smaller amount.

<電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物により負極側の充放電可能電荷量を補う>
例えば、正極と負極の充放電可能電荷量がそれぞれ100と50である場合には、エネルギー貯蔵デバイス全体としての充放電可能電荷量は50となる。エネルギー貯蔵デバイスのエネルギー密度を向上させるには様々な方法が考えられるが、一つには本発明のように充放電可能電荷量を増やすことが極めて効果的である。エネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量を効果的に向上させるためには、充放電可能電荷量が小さい電極側の容量を優先的に大きくするようにし、両方の電極の容量が同じになるように増大させれば良い。例えば上記の例では、負極側の容量を50増大させて100にさせれば、エネルギー貯蔵デバイス全体としての充放電可能電荷量を100にすることができる。また、上記の例で負極側の容量を80増大させて130とし、正極側の容量を30増大させて130とすれば、エネルギー貯蔵デバイス全体としての充放電可能電荷量を130にすることができ、これらは最も効率良くエネルギー貯蔵デバイス全体の充放電可能電荷量を増大させたことになる。
<Supplementary charge amount on the negative electrode side is supplemented by a compound that performs a doping / de-doping reaction in the electrolytic solution>
For example, when the chargeable / dischargeable charge amounts of the positive electrode and the negative electrode are 100 and 50, respectively, the chargeable / dischargeable charge amount of the entire energy storage device is 50. Various methods are conceivable for improving the energy density of the energy storage device. For example, it is extremely effective to increase the chargeable / dischargeable charge amount as in the present invention. In order to effectively improve the chargeable / dischargeable charge amount of the energy storage device, the capacity on the electrode side where the chargeable / dischargeable charge quantity is small is preferentially increased so that the capacity of both electrodes is the same. Increase it. For example, in the above example, if the capacity on the negative electrode side is increased by 50 to 100, the chargeable / dischargeable charge amount of the entire energy storage device can be set to 100. In the above example, if the capacity on the negative electrode side is increased to 130 and the capacity on the positive electrode side is increased to 30 to 130, the chargeable / dischargeable charge amount of the entire energy storage device can be set to 130. These have most effectively increased the chargeable / dischargeable charge amount of the entire energy storage device.

このような効率的なエネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量の増大は、電解液に添加する化合物のドープ状態、脱ドープ状態の比率および、化合物のタイプ(p型、n型、pn型)を上手く選択することにより、実現することができる。例えば上記の場合には、負極の充放電可能電荷量を補うことでエネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量を効果的に増大させられるので、負極側の蓄電量を優先して増加させることが重要である。そのためには負極側の蓄電量を補い正極側の蓄電量は増やさない状態にあるドープ/脱ドープ反応が可能な化合物、すなわちn−ドープされたn型化合物、脱ドープされたp型化合物、脱ドープされたpn型化合物及びn−ドープされたpn型化合物、が多く(全ドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な化合物に対して50モル%以上)電解液に含有されていることが望ましい。   The increase in the chargeable / dischargeable charge amount of such an efficient energy storage device can be achieved by changing the ratio of the compound added to the electrolytic solution, the ratio of the dedope state, and the compound type (p-type, n-type, pn-type). It can be realized by selecting well. For example, in the above case, it is possible to effectively increase the chargeable / dischargeable charge amount of the energy storage device by supplementing the chargeable / dischargeable charge amount of the negative electrode. It is. For that purpose, a compound capable of doping / de-doping that compensates for the amount of electricity stored on the negative electrode side and does not increase the amount of electricity stored on the positive electrode side, that is, n-doped n-type compound, de-doped p-type compound, It is desirable that many doped pn-type compounds and n-doped pn-type compounds are contained in the electrolyte solution (50 mol% or more with respect to the compounds capable of performing all doping / dedoping reactions). .

<電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物により正極側の充放電可能電荷量を補う>
例えば上記とは逆に、正極の充放電可能電荷量を補うことでエネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量を効果的に増大させられる場合は、正極側の蓄電量を優先して増加させることが重要である。そのためには正極側の蓄電量を補い、負極側の蓄電量は増やさない状態にあるドープ/脱ドープ反応が可能な化合物、すなわちp−ドープされたp型化合物、脱ドープされたn型化合物、脱ドープされたpn型化合物、及びp−ドープされたpn型化合物、が多く(全ドープ/脱ドープ反応を行うことが可能な化合物に対して50モル%以上)電解液に含有されていることが望ましい。
<Supplementary charge amount on the positive electrode side is supplemented by a compound that performs a doping / de-doping reaction in the electrolyte>
For example, conversely to the above, when the chargeable / dischargeable charge amount of the energy storage device can be effectively increased by supplementing the chargeable / dischargeable charge amount of the positive electrode, the charged amount on the positive electrode side may be preferentially increased. is important. To that end, a compound capable of doping / dedoping reaction that compensates for the amount of electricity stored on the positive electrode side and does not increase the amount of electricity stored on the negative electrode side, that is, a p-doped p-type compound, a dedoped n-type compound, Many undoped pn-type compounds and p-doped pn-type compounds are contained in the electrolyte solution (50 mol% or more with respect to the compounds capable of performing all-doping / de-doping reactions). Is desirable.

<電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物により正極側、負極側の両方の充放電可能電荷量を補う>
電解液中のドープ/脱ドープ反応を行う化合物によりエネルギー貯蔵デバイスの充放電可能電荷量を大きくするためには、正極側、負極側の両方の充放電可能電荷量をともにバランスよく増大させるのが効果的な場合もある。このような場合には、負極側の蓄電量を補い正極側の蓄電量は増やさない状態にあるドープ/脱ドープ反応が可能な化合物(すなわちn−ドープされたn型化合物、脱ドープされたp型化合物、脱ドープされたpn型化合物及びn−ドープされたpn型化合物)あるいは正極側の蓄電量を補い負極側の蓄電量は増やさない状態にあるドープ/脱ドープ反応が可能な化合物(すなわちp−ドープされたp型化合物、脱ドープされたn型化合物、脱ドープされたpn型化合物、及びp−ドープされたpn型化合物)が偏って多く電解液に含まれていないことが重要である。
<Supplementary charge amount on both the positive electrode side and the negative electrode side is compensated by a compound that performs doping / de-doping reaction in the electrolyte solution>
In order to increase the chargeable / dischargeable charge amount of the energy storage device by the compound that performs the doping / dedoping reaction in the electrolyte, it is necessary to increase both the chargeable / dischargeable charge amount on the positive electrode side and the negative electrode side in a balanced manner. It can be effective. In such a case, a compound capable of performing a doping / dedoping reaction in a state in which the charged amount on the negative electrode side is supplemented and the charged amount on the positive electrode side is not increased (that is, an n-doped n-type compound, a dedoped p-type compound). Compound, dedoped pn-type compound and n-doped pn-type compound) or a compound capable of doping / de-doping reaction that compensates for the amount of charge on the positive electrode side and does not increase the amount of charge on the negative electrode side (ie It is important that the p-doped p-type compound, the dedope n-type compound, the dedope pn-type compound, and the p-doped pn-type compound) are biased and not contained in the electrolyte. is there.

<p―ドープ>
化合物自体が酸化を受けて正に帯電し、その電荷を打ち消すようにアニオンが化合物の近傍に来て全体として中性となって安定化した状態のドーピング(p−ドープ)のことである。このタイプのドープ/脱ドープを起こす化合物をp型の化合物と呼ぶ。p型の化合物としては、例えばポリアニリンおよびその誘導体、ポリピロール、ポリチオフェン、N,N‘−ジフェニルベンジジンなどを挙げることができる。
<P-dope>
This is a doping (p-dope) in which the compound itself is oxidized and positively charged, and the anion comes close to the compound and neutralizes and stabilizes as a whole so as to cancel the charge. A compound that causes this type of doping / undoping is called a p-type compound. Examples of the p-type compound include polyaniline and derivatives thereof, polypyrrole, polythiophene, N, N′-diphenylbenzidine and the like.

<n−ドープ>
化合物自体が還元を受けて負に帯電し、その電荷を打ち消すようにカチオンが化合物の近傍に来て全体として中性となって安定化した状態のドーピング(n−ドープ)のことである。このタイプのドープ/脱ドープを起こす化合物をn型の化合物と呼ぶ。
<N-dope>
This is a doping (n-dope) in which the compound itself is negatively charged upon reduction, and the cation comes close to the compound so as to cancel the charge and becomes neutral as a whole and stabilized. A compound that causes this type of doping / undoping is called an n-type compound.

<pn両ドープ>
上記p−ドープおよびn−ドープの両方を合わせてpn両ドープと呼ぶ。pn両ドープが可能な化合物をpn型の化合物と呼ぶ。pn型の化合物としては、ポリ−3−(4−フルオロフェニル)チオフェン、ポリ−3−(4−トリフルオロメチルフェニル)チオフェン、ポリ−3−(2,4−ジフルオロフェニル)チオフェンなどを挙げることができる。
<Pn both dope>
Both the p-doped and the n-doped are collectively referred to as pn-doped. A compound capable of both pn doping is called a pn-type compound. Examples of pn-type compounds include poly-3- (4-fluorophenyl) thiophene, poly-3- (4-trifluoromethylphenyl) thiophene, poly-3- (2,4-difluorophenyl) thiophene. Can do.

<電解液にドープ/脱ドープ反応を行う化合物を混合する工程>
電解液中にドープ/脱ドープ反応を行う化合物を含有させる方法としては、電解液中で該化合物を合成(重合)する方法なども考えられるが、単純に該化合物を電解液に混合することにより十分実現される。ドープ/脱ドープ反応を行う化合物(パイ共役高分子、パイ共役分子)は市販品として比較的安価に入手できるものが多く、これらを電解液に混合する工程は、ドープ/脱ドープ反応を行う化合物を含有する電解液を製造する方法として極めて簡便で製造コストの観点からも都合が良い。ここで電解液に混合する化合物は、電解液に溶解すればさらに好ましい場合がある。
<The process of mixing the compound which performs dope / dedope reaction in electrolyte solution>
As a method of adding a compound that performs a doping / de-doping reaction in the electrolytic solution, a method of synthesizing (polymerizing) the compound in the electrolytic solution may be considered, but by simply mixing the compound into the electrolytic solution. Fully realized. Many compounds that dope / dedope reactions (pi-conjugated polymers, pi-conjugated molecules) are commercially available products that are relatively inexpensive, and the step of mixing them with the electrolyte is a compound that performs the dope / dedope reaction. Is very convenient as a method for producing an electrolyte solution containing benzene, which is convenient from the viewpoint of production cost. Here, the compound to be mixed with the electrolytic solution may be more preferably dissolved in the electrolytic solution.

<ドープ/脱ドープ反応を行う化合物の電解液への添加方法>
前記ドープ/脱ドープ反応を行う化合物を電解液に混合する際に、正極と負極の充放電可能電荷量の比率に応じて、全ドープ/脱ドープ反応を行う化合物に対するドープされた状態のドープ/脱ドープ反応を行う化合物の割合及びp型/n型/pn型の種別を選択することにより、エネルギー貯蔵デバイス全体の充放電可能電荷量を効果的に向上させることが可能である。
<Method of adding compound to electrolyte solution for doping / de-doping reaction>
When the compound that performs the doping / de-doping reaction is mixed with the electrolyte, the doping / doping state of the compound that performs the total doping / de-doping reaction according to the ratio of the charge / discharge charge amount of the positive electrode and the negative electrode By selecting the ratio of the compound that performs the dedoping reaction and the type of p-type / n-type / pn-type, it is possible to effectively improve the charge / discharge charge amount of the entire energy storage device.

本発明の発明者らは、電解液中でドープ状態の化合物を存在させたい場合には、化合物を電解液と混合させた後でドーピングを行う必要が無く、予めドープ状態の化合物を電解液に混合するだけで良いことを見出した。また本発明の発明者らは、電解液中に含まれるドーパントとは異なる種類のドーパントが含まれた化合物を電解液に混合しても、該化合物がドープ状態でありさえずれば、化合物中に予め含まれるドーパントがその後の電解液中でのドープ/脱ドープ反応に悪影響を及ぼさないもので無い限り問題ないことを見出した。また、電解液中で脱ドープ状態の化合物を存在させたい場合には、化合物を電解液と混合させた後で脱ドープ処理を改めて行う必要は無く、予め脱ドープ状態の化合物を電解液に混合するだけで良いことを見出した。したがって上記で説明したように、電解液中に存在させたい化合物の種類(p型、n型、pn型)とドープ状態/脱ドープ状態が分かれば、それらの化合物を望むドープ/脱ドープ状態で電解液に混合するだけで、簡易にエネルギー貯蔵デバイスのエネルギー貯蔵量を増大させられるので、本発明によるエネルギー貯蔵デバイスの容量向上手法は、高性能のエネルギー貯蔵デバイスの製造方法として極めて有用である。ここで電解液に混合する化合物は、電解液に溶解すればさらに好ましい場合がある。   The inventors of the present invention do not need to perform doping after mixing the compound with the electrolytic solution when the compound of the doped state is desired to be present in the electrolytic solution. I found that it was only necessary to mix. In addition, the inventors of the present invention can mix a compound containing a dopant different from the dopant contained in the electrolytic solution into the electrolytic solution as long as the compound is in a doped state. It has been found that there is no problem as long as the dopant contained in advance does not adversely affect the subsequent doping / dedoping reaction in the electrolytic solution. In addition, when it is desired to have a dedope compound in the electrolyte solution, it is not necessary to perform the dedope treatment again after mixing the compound with the electrolyte solution, and the dedope compound is mixed with the electrolyte solution in advance. I just found out that it was good. Therefore, as explained above, if the type of compound (p-type, n-type, pn-type) desired to be present in the electrolyte and the doped / undoped state are known, these compounds can be used in the desired doped / undoped state. Since the energy storage amount of the energy storage device can be easily increased simply by mixing with the electrolyte, the method for improving the capacity of the energy storage device according to the present invention is extremely useful as a method for producing a high-performance energy storage device. Here, the compound to be mixed with the electrolytic solution may be more preferably dissolved in the electrolytic solution.

以下に「ドープ/脱ドープ反応を行う化合物を電解液に混合する際に、正極と負極の充放電可能電荷量の比率に応じて、全ドープ/脱ドープ反応を行う化合物に対するドープされた状態のドープ/脱ドープ反応を行う化合物の割合及びp型/n型/pn型の種別を選択することにより、エネルギー貯蔵デバイス全体の充放電可能電荷量を向上させる」例を3つ示す。   In the following, “when the compound that performs the doping / de-doping reaction is mixed with the electrolyte, the state of the doped state with respect to the compound that performs the total doping / de-doping reaction depends on the charge / discharge charge amount ratio of the positive electrode and the negative electrode. Three examples are shown in which the charge / discharge charge amount of the entire energy storage device is improved by selecting the ratio of the compound that performs the doping / de-doping reaction and the type of p-type / n-type / pn-type.

<例1 電気二重層キャパシタの充放電可能電荷量向上>
電気二重層キャパシタは電解液との電極の界面に生じる電気二重層に電荷を蓄えるエネルギー貯蔵デバイスである。電気二重層キャパシタの容量は電極面積に比例するため、電極には高比表面積の活性炭などが用いられる。正極、負極の区別は無く、2つの電極の容量は概ね同じであると見て良い。充電の際には片方の電極側で酸化反応が起きるが、この際に電解液のこの電極近傍の領域で電解液中の化合物のp−ドープまたはn−脱ドープ反応が起これば、酸化反応による充電の蓄電量を増大させることができる。逆にもう一方の電極側では充電の際に還元反応が起きるので、この際に電解液のこの電極近傍の領域で電解液中の化合物のn−ドープまたはp−脱ドープ反応が起これば、還元反応による充電の蓄電量を増大させることができる。
<Example 1 Improvement of chargeable / dischargeable charge amount of electric double layer capacitor>
An electric double layer capacitor is an energy storage device that stores electric charges in an electric double layer generated at an electrode interface with an electrolyte. Since the capacitance of the electric double layer capacitor is proportional to the electrode area, activated carbon having a high specific surface area is used for the electrode. There is no distinction between a positive electrode and a negative electrode, and it can be seen that the capacities of the two electrodes are substantially the same. During charging, an oxidation reaction occurs on one electrode side. If a p-doped or n-dedoping reaction of a compound in the electrolytic solution occurs in a region near the electrode of the electrolytic solution at this time, the oxidizing reaction occurs. It is possible to increase the amount of electricity stored by charging. On the other hand, since the reduction reaction occurs during charging on the other electrode side, if an n-doped or p-dedoping reaction of the compound in the electrolytic solution occurs in the region near the electrode of the electrolytic solution at this time, It is possible to increase the charged amount of charge due to the reduction reaction.

したがって、例えば電解液にp−ドープ状態および脱ドープ状態のp型化合物を等モル混合すれば両方の電極側の容量を同程度増大させられ、電気二重層キャパシタ全体として効果的な充放電可能電荷量の増大、すなわち効果的なエネルギー密度増大ができる。   Therefore, for example, by equimolarly mixing p-doped and dedope-type p-type compounds in the electrolyte, the capacity of both electrodes can be increased to the same extent, and the electric double layer capacitor as a whole can be effectively charged and discharged. The amount can be increased, that is, the effective energy density can be increased.

また、同様に電解液にnドープ状態および脱ドープ状態のn型化合物を等モル混合する場合も同様である。ここで混合するp型またはn型の化合物は1種類である必要は無く、2種類以上を一緒に電荷液に混合しても構わない。これらの2つの場合には、電解液のレドックスによる充放電の電圧は一般的にそれほど大きくない。p−ドープ/p−脱ドープまたはn−ドープ/n−脱ドープの一方が起こる電位は化合物の種類が変わっても一般にそれほど大きく違わず、2種類以上の化合物を用いてもp型またはn型の一方のみを使用する場合には充放電電圧は1.5V程度までである。   Similarly, the same applies to the case where an n-type compound in an n-doped state and an undoped state are mixed in the electrolyte solution in an equimolar amount. The p-type or n-type compound to be mixed here is not necessarily one kind, and two or more kinds may be mixed together in the charge liquid. In these two cases, the charge / discharge voltage due to the redox of the electrolyte is generally not so high. The potential at which one of p-doped / p-dedope or n-doped / n-dedope occurs is generally not so different even if the type of compound is changed, and it is p-type or n-type even if two or more types of compounds are used. When only one of these is used, the charge / discharge voltage is up to about 1.5V.

電解液に脱ドープ状態のp型化合物および脱ドープ状態のn型化合物を等モル混合した場合にも上と同様に電気二重層キャパシタ全体として効果的な充放電可能電荷量の増大、すなわち効果的なエネルギー密度増大ができる。ただしこの場合には充放電の電圧を3V程度まで上げることができ、エネルギー密度を向上させる観点からより好ましい。p−ドープ/p−脱ドープが起こる電位とn−ドープ/n−脱ドープが起こる電位は一般に離れており、p型、n型の両方を充放電に利用する場合には、p型、n型の一方しか使わない場合に比べて高い充放電電圧を得られることが多い。ここでも混合するp型またはn型の化合物は1種類である必要は無く、2種類以上を一緒に電荷液に混合しても構わない。また、この場合には、一つの電極近傍ではp型、n型のうち一方の化合物のみが充放電に寄与でき、基本的にもう一方の化合物は充放電に関与しないことになる。   Even when an equimolar mixture of a p-type compound in a dedope state and an n-type compound in a dedope state is mixed in the electrolytic solution, the electric double layer capacitor as a whole can effectively increase the chargeable / dischargeable amount, that is, effectively Energy density can be increased. However, in this case, the charge / discharge voltage can be increased to about 3 V, which is more preferable from the viewpoint of improving the energy density. The potential at which p-doping / p-de-doping occurs is generally different from the potential at which n-doping / n-de-doping occurs. When both p-type and n-type are used for charging and discharging, p-type, n-type In many cases, a higher charge / discharge voltage can be obtained than when only one of the molds is used. Here, the p-type or n-type compound to be mixed is not necessarily one kind, and two or more kinds may be mixed together in the charge liquid. In this case, only one of the p-type and n-type compounds can contribute to charging / discharging in the vicinity of one electrode, and the other compound basically does not participate in charging / discharging.

さらに、脱ドープ状態のpn型化合物を電解液に混合しても電気二重層キャパシタのエネルギー密度を効果的に向上させることができる。この場合にも充放電の電圧を3V程度まで上げることができ、エネルギー密度を向上させる観点から好ましい。さらに、それぞれの電極側で、電極近傍に存在する化合物がすべて充放電に寄与できるので、化合物を等モル量混合しても上の場合よりも多くの電荷を充放電させられ、より好ましい。ここでも混合するpn型の化合物は1種類である必要は無く、2種類以上を一緒に電荷液に混合しても構わない。   Furthermore, the energy density of the electric double layer capacitor can be effectively improved even if a pn-type compound in the undoped state is mixed with the electrolytic solution. Also in this case, the charge / discharge voltage can be increased to about 3 V, which is preferable from the viewpoint of improving the energy density. Furthermore, since all the compounds present in the vicinity of the electrodes can contribute to charging / discharging on each electrode side, even if the compounds are mixed in an equimolar amount, more charges can be charged / discharged than in the above case, which is more preferable. Here, the pn-type compound to be mixed is not necessarily one kind, and two or more kinds may be mixed together in the charge liquid.

<例2 レドックスキャパシタの充放電可能電荷量向上>
電極の活物質の酸化還元反応を利用して電荷を蓄えるエネルギー貯蔵デバイスである。例えば両方の電極にともにpn型パイ共役高分子であるポリ−3−(4−フルオロフェニル)チオフェンを用いた導電性高分子レドックス型キャパシタが挙げられる。このような導電性高分子レドックス型キャパシタも基本的に2つの電極の容量は概ね同じであると見て良い。充電の際には片方の電極側で酸化反応が起きるが、この際に電解液のこの電極近傍の領域で電解液中の化合物のp−ドープまたはn−脱ドープ反応が起これば、酸化反応による充電の蓄電量を増大させることができる。逆にもう一方の電極側では充電の際に還元反応が起きるので、この際に電解液のこの電極近傍の領域で電解液中の化合物のn−ドープまたはp−脱ドープ反応が起これば、還元反応による充電の蓄電量を増大させることができる。基本的な考え方は同じなので、上の電気二重層キャパシタと同様の方法でエネルギー密度を向上させることができる。それぞれの電極の充放電可能電荷量に差がある場合には、充放電可能電荷量が小さい方の電極側で電解液のレドックス容量が大きく発現するように、電解液に混合する化合物のドープ状態、脱ドープ状態の比率および、パイ共役化合物のタイプ(p型、n型、pn型)を選択すればキャパシタの効果的なエネルギー密度向上を実現できる。
<Example 2 Improvement of chargeable / dischargeable charge amount of redox capacitor>
It is an energy storage device that stores electric charges by utilizing a redox reaction of an active material of an electrode. For example, a conductive polymer redox capacitor using poly-3- (4-fluorophenyl) thiophene, which is a pn-type pi-conjugated polymer, for both electrodes. Such a conductive polymer redox capacitor can also be considered to have basically the same capacity of the two electrodes. During charging, an oxidation reaction occurs on one electrode side. If a p-doped or n-dedoping reaction of a compound in the electrolytic solution occurs in a region near the electrode of the electrolytic solution at this time, the oxidizing reaction occurs. It is possible to increase the amount of electricity stored by charging. On the other hand, since the reduction reaction occurs during charging on the other electrode side, if an n-doped or p-dedoping reaction of the compound in the electrolytic solution occurs in the region near the electrode of the electrolytic solution at this time, It is possible to increase the charged amount of charge due to the reduction reaction. Since the basic idea is the same, the energy density can be improved by the same method as the above electric double layer capacitor. When there is a difference in the chargeable / dischargeable charge amount of each electrode, the doped state of the compound mixed in the electrolyte solution so that the redox capacity of the electrolyte solution is greatly expressed on the electrode side with the smaller chargeable / dischargeable charge amount If the ratio of the dedope state and the type (p-type, n-type, pn-type) of the conjugated compound are selected, the effective energy density of the capacitor can be improved.

<例3 リチウムイオン電解質型キャパシタの充放電可能電荷量向上>
リチウムイオン電解質型キャパシタはリチウムイオンを含む電解液を用い、正極側は活性炭電極と電解液の界面の電気二重層を利用して電荷を蓄積し、負極側はグラファイトへのリチウムイオンのインターカレーションを利用して電荷を蓄積する。正極と負極の電位差が大きいため高電圧での充放電が可能である。しかし正極の容量は負極に比べて小さいので、正極側の充放電可能電荷量を増大させることにより、エネルギー密度を向上させることが望ましい。したがって脱ドープ状態のp型化合物、ドープ状態のn型化合物、脱ドープ状態のpn型化合物の少なくとも1つを電解液に混合し、逆にドープ状態のp型化合物、脱ドープ状態のn型化合物、p−ドープ状態のpn型化合物は電解液に混合しないか、あるいは上の3つに比べて少量を混合すればリチウムイオン電解質型キャパシタのエネルギー密度を向上させることが可能となる。放電電圧を高くする観点から、ドープ状態のn型化合物よりも、脱ドープ状態のp型化合物および/または脱ドープ状態のpn型化合物を電解液に混合するのが好ましい。
<Example 3 Improvement of chargeable / dischargeable charge amount of lithium ion electrolyte capacitor>
Lithium ion electrolyte type capacitors use an electrolyte containing lithium ions, the positive electrode uses an electric double layer at the interface between the activated carbon electrode and the electrolyte to accumulate charge, and the negative electrode intercalates lithium ions into graphite. Uses to accumulate charges. Since the potential difference between the positive electrode and the negative electrode is large, charging / discharging at a high voltage is possible. However, since the capacity of the positive electrode is smaller than that of the negative electrode, it is desirable to improve the energy density by increasing the charge amount that can be charged and discharged on the positive electrode side. Accordingly, at least one of the undoped p-type compound, the doped n-type compound, and the undoped pn-type compound is mixed with the electrolytic solution, and conversely, the doped p-type compound and the undoped n-type compound are mixed. It is possible to improve the energy density of the lithium ion electrolyte type capacitor if the pn type compound in the p-doped state is not mixed in the electrolytic solution or if a small amount is mixed with the above three. From the viewpoint of increasing the discharge voltage, it is preferable to mix a dedoped p-type compound and / or a dedoped pn-type compound into the electrolyte rather than a doped n-type compound.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.

(実施例1)
<アニリン4量体の合成>
窒素雰囲気下、300mlの丸底フラスコにジフェニルアミン(和光純薬工業(株)社製)(1.69g、0.01mol)と4,4−ジアミノジフェニルアミン硫酸(和光純薬工業(株)社製)(3.50g、0.01mol)を加え系内を窒素置換した後に、ジメチルホルムアミド100ml、蒸留水20ml、濃塩酸15mlを加え、よく攪拌した。続いて反応液を0℃に冷却し、過硫酸アンモニウム溶液(2.28g/1M塩酸50ml)を少量ずつ滴下した。滴下終了後、0℃ 1時間攪拌した後に700mlの蒸留水に反応液を加えた。反応液をろ過し、1M塩酸で洗浄(50mlX3)し得られたろ過物を40℃ 3時間にて真空乾燥させ2.56gの黒色結晶を得た。続いて得られた黒色粉末を25%のアンモニア水溶液中(5。0ml)で12時間攪拌させ、ろ過後40℃ 3時間にて真空乾燥させて2.42gの黒色粉末を回収した。さらに得られた黒色粉末をヒドラジンハイドライド中(10ml)で12時間攪拌させ、ろ過後、40℃ 3時間真空乾燥させて2.35gの黒色粉末を得た。続いて50℃のエタノールに黒色粉末を溶解させ不溶分をろ別した。続いてエタノールを減圧留去し、得られた固体をクロロホルムに溶解させ不溶分を回収し、5時間真空乾燥させ0.35gの黒色粉末を得た。(収率10%)
Example 1
<Synthesis of aniline tetramer>
Diphenylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (1.69 g, 0.01 mol) and 4,4-diaminodiphenylamine sulfate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were placed in a 300 ml round bottom flask in a nitrogen atmosphere. (3.50 g, 0.01 mol) was added, and the system was purged with nitrogen. Then, 100 ml of dimethylformamide, 20 ml of distilled water, and 15 ml of concentrated hydrochloric acid were added and stirred well. Subsequently, the reaction solution was cooled to 0 ° C., and an ammonium persulfate solution (2.28 g / 1M hydrochloric acid 50 ml) was added dropwise little by little. After completion of the dropwise addition, the reaction solution was added to 700 ml of distilled water after stirring for 1 hour at 0 ° C. The reaction solution was filtered, washed with 1M hydrochloric acid (50 ml × 3), and the resulting filtrate was vacuum dried at 40 ° C. for 3 hours to obtain 2.56 g of black crystals. Subsequently, the obtained black powder was stirred in a 25% aqueous ammonia solution (5.0 ml) for 12 hours, filtered and vacuum dried at 40 ° C. for 3 hours to recover 2.42 g of black powder. Further, the obtained black powder was stirred in hydrazine hydride (10 ml) for 12 hours, filtered, and then vacuum dried at 40 ° C. for 3 hours to obtain 2.35 g of black powder. Subsequently, the black powder was dissolved in ethanol at 50 ° C., and the insoluble matter was separated by filtration. Subsequently, ethanol was distilled off under reduced pressure, and the obtained solid was dissolved in chloroform to recover an insoluble matter, followed by vacuum drying for 5 hours to obtain 0.35 g of a black powder. (Yield 10%)

Figure 2009212469
H NMR(DMSO、300MHz、Varian UNITY−300)δ4.62(s、2H)、6.52(d、2H)、6.75(t、1H)、6.78−7.31(m、15H)、7.41(s、1H)、7.68(s、1H)

<溶解度の検討>
有機溶媒に対するアニリン4量体(式4)溶解度を検討した。有機溶媒としては、電池に使用されるプロピレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、ジエチルカーボネートを用いた。各有機溶媒をビーカーに入れ、アニリン4量体を室温で添加し、スターラーで30分間攪拌した。アニリン4量体はγ-ブチロラクトンに対して最も良く溶解し0.2M以上溶解した。
Figure 2009212469
1 H NMR (DMSO, 300 MHz, Varian UNITY-300) δ 4.62 (s, 2H), 6.52 (d, 2H), 6.75 (t, 1H), 6.78-7.31 (m, 15H), 7.41 (s, 1H), 7.68 (s, 1H)

<Examination of solubility>
The solubility of aniline tetramer (formula 4) in organic solvents was examined. As the organic solvent, propylene carbonate, γ-butyrolactone, and diethyl carbonate used for batteries were used. Each organic solvent was put into a beaker, aniline tetramer was added at room temperature, and the mixture was stirred with a stirrer for 30 minutes. The aniline tetramer dissolved best in γ-butyrolactone and dissolved more than 0.2M.

<電解液の調整>
テトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートのγ−ブチロラクトン溶液(濃度1M)3.0ccに、アニリン4量体(式4)を0.110g(0.1M)添加し、室温にてスターラーで30分間攪拌してサイクリックボルタンメトリ測定(CV測定)、充放電測定、残存率測定用の溶液とした。アニリン4量体はすべて溶解した。
<Adjustment of electrolyte>
0.110 g (0.1 M) of aniline tetramer (formula 4) is added to 3.0 cc of a solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate in γ-butyrolactone (concentration 1 M), and the mixture is stirred at room temperature with a stirrer for 30 minutes. The solution was used for cyclic voltammetry measurement (CV measurement), charge / discharge measurement, and residual rate measurement. All aniline tetramers were dissolved.

<サイクリックボルタンメトリ測定(CV測定)>
アニリン4量体を溶解させた上記電解液について、Solartron社製(商品名Solartron1400)にてCV測定を行った。作用極は直径1.6mmの白金円盤を用い、対極は直径0.5mmの白金ワイヤを約1cm電解液に浸漬させた。参照極はビー・エー・エス(株)社製(商品名:RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV))を用いた。CV測定の電位スイープは、自然電位から始めて、最初は+方向に向かって参照極に対して+1.0〜−1.0Vの範囲で3サイクル行った。以上のCV測定は、大気中の水分の影響を排除するために全て高純度アルゴンで置換したグローブボックス中で行った。得られたサイクリックボルタモグラムには上下のピークの対が3つあり(それぞれ上側のピークの位置は、参照極に対して+0.05V、+0.45V、+1.50V)、アニリン4量体は3段階の可逆な酸化還元を繰り返すことが分かった。すなわち、アニリン4量体分子は電子3個分の蓄電を行うことが可能である。また、3サイクルともサイクリックボルタモグラムの形状は殆ど同じであり、3段階の酸化還元反応は比較的安定であることが分かる。
<Cyclic voltammetry measurement (CV measurement)>
The electrolytic solution in which the aniline tetramer was dissolved was subjected to CV measurement by Solartron (trade name Solartron 1400). A platinum disk having a diameter of 1.6 mm was used as the working electrode, and a platinum wire having a diameter of 0.5 mm was immersed in an electrolyte of about 1 cm as the counter electrode. The reference electrode used was a product of BAS Co., Ltd. (trade name: RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to the standard hydrogen electrode)). The potential sweep of the CV measurement was started from a natural potential, and was initially performed for 3 cycles in the range of +1.0 to −1.0 V with respect to the reference electrode in the + direction. The above CV measurements were performed in a glove box that was completely replaced with high-purity argon in order to eliminate the influence of moisture in the atmosphere. The obtained cyclic voltammogram has three pairs of upper and lower peaks (the positions of the upper peaks are +0.05 V, +0.45 V, +1.50 V with respect to the reference electrode, respectively), and the aniline tetramer has 3 It was found to repeat the reversible redox of the stage. That is, the aniline tetramer molecule can store three electrons. Also, the cyclic voltammogram has almost the same shape in all three cycles, and it can be seen that the three-stage redox reaction is relatively stable.

<充放電測定>
アニリン用4量体を溶解させた上記電解液を用いて、充放電測定を行った。作用極および対極を幅1cm、長さ4cmの白金板とし、ともに上記で作製した電解液に1cm浸漬させた。参照極はビー・エー・エス(株)社製(商品名:RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV))を用いた。充放電測定は1.6mAの一定電流で行った。作用極の自然電位より測定を開始し、作用極の電位が参照極に対して+1.0〜−1.0Vの範囲で5サイクル充放電を繰り返した。以上の充放電測定は、大気中の水分の影響を排除するために全て高純度アルゴンで置換したグローブボックス中で行った。得られたデータから5サイクル目の放電電荷(C)を計算したところ、0.13Cであった。
<Charge / discharge measurement>
Charge / discharge measurement was performed using the above electrolytic solution in which the tetramer for aniline was dissolved. The working electrode and the counter electrode were platinum plates having a width of 1 cm and a length of 4 cm, and both were immersed in the electrolytic solution prepared above for 1 cm. The reference electrode used was a product of BAS Co., Ltd. (trade name: RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to the standard hydrogen electrode)). The charge / discharge measurement was performed at a constant current of 1.6 mA. Measurement was started from the natural potential of the working electrode, and charging and discharging were repeated for 5 cycles when the potential of the working electrode was in the range of +1.0 to -1.0 V with respect to the reference electrode. The above charge and discharge measurements were performed in a glove box that was completely replaced with high-purity argon in order to eliminate the influence of moisture in the atmosphere. When the discharge charge (C) at the fifth cycle was calculated from the obtained data, it was 0.13 C.

<電圧印加後の電解液の分析(アニリン4量体の残存率測定)>
電圧を印加し続けた場合に、アニリン4量体がどの程度安定かを調べた。作用極および対極を幅1cm、長さ4cmの白金板とし、ともに上記で作製した電解液3ccに1cm浸漬させた。参照極はビー・エー・エス(株)社製(商品名:RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV))を用いた。電解液をスターラーで攪拌しながら、作用極の電位を、サイクリックボルタモグラムにおける3つの上側のピーク電位(参照極に対して+0.05V、+0.45V、+1.50V)に保ったまま、174Cの電荷(アニリン4量体1分子に対して6電子分の電荷に相当)を流れるまで室温で放置した。アニリン4量体が電圧印加に対して完全に安定であれば、174Cの電荷はアニリン4量体のシャトル効果により、対極に流れるだけであり、アニリン4量体の分解、重合などは起こらず、アニリン4量体の残存率は100%となる。分解や重合などの副反応が優先的に起こるならば、アニリン4量体は174Cの電荷によってほぼ完全に消滅すると考えられる。作用極を上記各ピーク電位に保った状態で174Cの電荷を流した後に、それぞれの電解液の分析を行い、アニリン4量体の残存率を求めた。0.05V(1電子分の蓄電が起こる電位)の場合、アニリン4量体残存率は32%であり、0.45V(2電子分の蓄電が起こる電位)では残存率は17%であった。電圧印加前の物質が電圧印加後に残存しているということは、エネルギー貯蔵デバイスの安定した動作性の点で重要である。
<Analysis of electrolytic solution after voltage application (measurement of residual rate of aniline tetramer)>
It was examined how stable the aniline tetramer was when voltage was continuously applied. The working electrode and the counter electrode were platinum plates having a width of 1 cm and a length of 4 cm, and both were immersed in 3 cc of the electrolytic solution prepared above. The reference electrode used was a product of BAS Co., Ltd. (trade name: RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to the standard hydrogen electrode)). While the electrolyte was stirred with a stirrer, the potential of the working electrode was maintained at the three upper peak potentials in the cyclic voltammogram (+0.05 V, +0.45 V, +1.50 V with respect to the reference electrode), and 174 C. It was left at room temperature until a charge (corresponding to a charge of 6 electrons per molecule of aniline tetramer) flows. If the aniline tetramer is completely stable against voltage application, the charge of 174C only flows to the counter electrode due to the shuttle effect of the aniline tetramer, and the decomposition and polymerization of the aniline tetramer do not occur. The residual rate of the aniline tetramer is 100%. If side reactions such as decomposition and polymerization occur preferentially, the aniline tetramer is considered to disappear almost completely due to the charge of 174C. After flowing a 174 C charge with the working electrode kept at each of the above peak potentials, each electrolyte was analyzed to determine the residual rate of the aniline tetramer. In the case of 0.05 V (potential at which electricity storage for one electron occurs), the residual rate of aniline tetramer was 32%, and at 0.45 V (potential at which electricity storage for two electrons occurs), the residual rate was 17%. . The fact that the substance before the voltage application remains after the voltage application is important in terms of stable operability of the energy storage device.

(比較例1)
<溶解度の検討>
有機溶媒に対するN,N‘−ジフェニルベンジジン(Aldrich製)の溶解度を検討した。有機溶媒としては、電池に使用されるプロピレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、ジエチルカーボネートを用いた。各有機溶媒をビーカーに入れ、N,N‘−ジフェニルベンジジンを室温で添加し、スターラーで30分間攪拌した。N,N‘−ジフェニルベンジジンはγ-ブチロラクトンに対して最も良く溶解し、0.03M以上溶解させられることが分かったが、0.05M溶解させることは不可能であった。
(Comparative Example 1)
<Examination of solubility>
The solubility of N, N′-diphenylbenzidine (manufactured by Aldrich) in an organic solvent was examined. As the organic solvent, propylene carbonate, γ-butyrolactone, and diethyl carbonate used for batteries were used. Each organic solvent was put into a beaker, N, N′-diphenylbenzidine was added at room temperature, and the mixture was stirred with a stirrer for 30 minutes. N, N′-diphenylbenzidine was best dissolved in γ-butyrolactone and was found to be 0.03M or more, but it was impossible to dissolve 0.05M.

<電解液の調整>
テトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボレートのγ−ブチロラクトン溶液(濃度1M)3.0ccに、N,N‘−ジフェニルベンジジンを0.025g(0.25M)添加し、室温にてスターラーで30分間攪拌してサイクリックボルタンメトリ測定(CV測定)、充放電測定、残存率測定用の溶液とした。N,N‘−ジフェニルベンジジンはすべて溶解した。
<サイクリックボルタンメトリ測定(CV測定)
N,N‘−ジフェニルベンジジンを溶解させた上記電解液について、CV測定を行った。作用極は直径1.6mmの白金円盤を用い、対極は直径0.5mmの白金ワイヤを約1cm電解液に浸漬させた。参照極はBAS社製RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV)を用いた。CV測定の電位スイープは、自然電位から始めて、最初は+方向に向かって参照極に対して+0.6〜−1.0Vの範囲で3サイクル行った。以上のCV測定は、大気中の水分の影響を排除するために全て高純度アルゴンで置換したグローブボックス中で行った。
得られたサイクリックボルタモグラムには上下のピークの対が2つあり(それぞれ上側のピークの位置は、参照極に対して+0.37V、+0.65V)、N,N‘−ジフェニルベンジジンは2段階の可逆な酸化還元を繰り返すことが分かった。すなわち、N,N‘−ジフェニルベンジジン分子は電子2個分の蓄電を行うことが可能である。また、3サイクルともサイクリックボルタモグラムの形状は殆ど同じであり、2段階の酸化還元反応は比較的安定であることが分かる。
<Adjustment of electrolyte>
0.025 g (0.25 M) of N, N′-diphenylbenzidine was added to 3.0 cc of a γ-butyrolactone solution (concentration 1 M) of tetraethylammonium tetrafluoroborate and stirred with a stirrer at room temperature for 30 minutes. The solution was used for click voltammetry measurement (CV measurement), charge / discharge measurement, and residual rate measurement. All N, N′-diphenylbenzidine was dissolved.
<Cyclic voltammetry measurement (CV measurement)
CV measurement was performed on the electrolyte solution in which N, N′-diphenylbenzidine was dissolved. A platinum disk having a diameter of 1.6 mm was used as the working electrode, and a platinum wire having a diameter of 0.5 mm was immersed in an electrolyte of about 1 cm as the counter electrode. As a reference electrode, a RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to a standard hydrogen electrode) manufactured by BAS was used. The potential sweep of the CV measurement was started from a natural potential, and was initially performed for 3 cycles in the range of +0.6 to -1.0 V with respect to the reference electrode in the + direction. The above CV measurements were performed in a glove box that was completely replaced with high-purity argon in order to eliminate the influence of moisture in the atmosphere.
The obtained cyclic voltammogram has two pairs of upper and lower peaks (the positions of the upper peaks are +0.37 V and +0.65 V with respect to the reference electrode, respectively), and N, N′-diphenylbenzidine has two stages. It was found that the reversible redox of was repeated. That is, the N, N′-diphenylbenzidine molecule can store two electrons. In addition, the cyclic voltammogram has almost the same shape in all three cycles, and it can be seen that the two-stage redox reaction is relatively stable.

<充放電測定>
N,N‘−ジフェニルベンジジンを溶解させた上記電解液を用いて、充放電測定を行った。作用極および対極を幅1cm、長さ4cmの白金板とし、ともに上記で作製した電解液に1cm浸漬させた。参照極はBAS社製RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV)を用いた。充放電測定は1.6mAの一定電流で行った。作用極の自然電位より測定を開始し、作用極の電位が参照極に対して+0.6〜−1.0Vの範囲で5サイクル充放電を繰り返した。以上の充放電測定は、大気中の水分の影響を排除するために全て高純度アルゴンで置換したグローブボックス中で行った。得られたデータから5サイクル目の放電電荷(C)を計算したところ、5.1X10−3Cであった。
<Charge / discharge measurement>
Charge / discharge measurement was performed using the above electrolytic solution in which N, N′-diphenylbenzidine was dissolved. The working electrode and the counter electrode were platinum plates having a width of 1 cm and a length of 4 cm, and both were immersed in the electrolytic solution prepared above for 1 cm. As a reference electrode, a RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to a standard hydrogen electrode) manufactured by BAS was used. The charge / discharge measurement was performed at a constant current of 1.6 mA. Measurement was started from the natural potential of the working electrode, and charging and discharging were repeated for 5 cycles in the range where the potential of the working electrode was +0.6 to −1.0 V with respect to the reference electrode. The above charge and discharge measurements were performed in a glove box that was completely replaced with high-purity argon in order to eliminate the influence of moisture in the atmosphere. When the discharge charge (C) at the fifth cycle was calculated from the obtained data, it was 5.1 × 10 −3 C.

<電圧印加後の電解液の分析(N,N‘−ジフェニルベンジジン残存率測定)>
電圧を印加し続けた場合に、N,N‘−ジフェニルベンジジンがどの程度安定か調べた。作用極および対極を幅1cm、長さ4cmの白金板とし、ともに上記で作製した電解液3ccに1cm浸漬させた。参照極はBAS社製RE−5参照電極(Ag/Ag、標準水素電極に対して+490mV)を用いた。電解液をスターラーで攪拌しながら、作用極の電位を、サイクリックボルタモグラムにおける2つの上側のピーク電位(参照極に対して+0.37V、+0.65V)に保ったまま、29.0Cの電荷(N,N‘−ジフェニルベンジジン1分子に対して4電子分の電荷に相当)を流れるまで室温で放置した。N,N‘−ジフェニルベンジジンが電圧印加に対して完全に安定であれば、29.0Cの電荷はN,N‘−ジフェニルベンジジンのシャトル効果により、対極に流れるだけであり、N,N‘−ジフェニルベンジジンの分解、重合などは起こらず、N,N‘−ジフェニルベンジジンの残存率は100%となる。分解や重合などの副反応が優先的に起こるならば、N,N‘−ジフェニルベンジジンは29.0Cの電荷によってほぼ完全に消滅すると考えられる。作用極を上記各ピーク電位に保った状態で29.0Cの電荷を流した後に、それぞれの電解液の分析を行い、N,N‘−ジフェニルベンジジンの残存率を求めた。0.37V(1電子分の蓄電が起こる電位)、0.45V(2電子分の蓄電が起こる電位)いずれの場合も、残存率は0%であった。電圧印加前の物質が電圧印加後には全く残存しておらず、エネルギー貯蔵デバイスの安定した動作性の点で課題が残る。
<Analysis of electrolyte solution after voltage application (N, N′-diphenylbenzidine residual ratio measurement)>
It was examined how stable N, N′-diphenylbenzidine was when voltage was continuously applied. The working electrode and the counter electrode were platinum plates having a width of 1 cm and a length of 4 cm, and both were immersed in 3 cc of the electrolytic solution prepared above. As a reference electrode, a RE-5 reference electrode (Ag / Ag + , +490 mV with respect to a standard hydrogen electrode) manufactured by BAS was used. While stirring the electrolyte solution with a stirrer, the electric potential of the working electrode was maintained at the two upper peak potentials in the cyclic voltammogram (+0.37 V, +0.65 V with respect to the reference electrode), and a charge of 29.0 C ( N, N′-diphenylbenzidine was allowed to stand at room temperature until it flowed (corresponding to a charge of 4 electrons). If N, N'-diphenylbenzidine is completely stable against voltage application, the charge of 29.0C only flows to the counter electrode due to the shuttle effect of N, N'-diphenylbenzidine, and N, N'- Diphenylbenzidine is not decomposed or polymerized, and the residual rate of N, N′-diphenylbenzidine is 100%. If side reactions such as decomposition and polymerization occur preferentially, it is considered that N, N′-diphenylbenzidine is almost completely extinguished by the charge of 29.0C. After flowing a charge of 29.0 C with the working electrode kept at each peak potential, each electrolyte was analyzed to determine the residual ratio of N, N′-diphenylbenzidine. In both cases of 0.37 V (potential at which electricity storage for one electron occurs) and 0.45 V (potential at which electricity storage for two electrons occur), the residual rate was 0%. The substance before the voltage application does not remain at all after the voltage application, and there remains a problem in terms of stable operability of the energy storage device.

実施例1、比較例1の結果から明らかなように、アニリン4量体を用いたエネルギー貯蔵デバイスはN,N‘−ジフェニルベンジジンを用いたエネルギー貯蔵デバイスよりも1分子あたりの蓄電電荷が大きく、電圧印加に対しても安定である。   As is clear from the results of Example 1 and Comparative Example 1, the energy storage device using aniline tetramer has a larger stored charge per molecule than the energy storage device using N, N′-diphenylbenzidine, It is stable against voltage application.

Claims (6)

正極、負極及び電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液にドープ/脱ドープ反応によって充放電する分子量が366以上、500未満の下記一般式1に示す化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス。
Figure 2009212469
(ここでR1、R、R、R12、R17は同一または異なる置換基であってアミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルコキシカルボニル基、炭素数が1〜5の範囲内であるアルキル基、炭素数が1〜2の範囲内であるアルコキシ基、炭素数が1〜2の範囲内であるフルオロアルキル基、フッ素原子、水素原子のいずれか、またはメチル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。R〜R、R〜R11、R13〜R16、R18〜R22は同一または異なる置換基であって、ニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、スルホニルエステル基、炭素数が1〜5の範囲内であるアルキル基、炭素数が1〜2の範囲内であるアルコキシ基、炭素数が1〜2の範囲内であるフルオロアルキル基、フッ素原子、水素原子のいずれか、またはニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、スルホニルエステル基、メチル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。)
An energy storage device including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, the compound represented by the following general formula 1 having a molecular weight of 366 or more and less than 500 charged and discharged by doping / dedoping reaction in the electrolytic solution is 0.5% by weight. Energy storage device containing 50% by weight or less.
Figure 2009212469
(Wherein R 1 , R 2 , R 7 , R 12 , R 17 are the same or different substituents, and an amino group, an acyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, an alkoxycarbonyl group, and a carbon number of 1 to An alkyl group in the range of 5, an alkoxy group in the range of 1 to 2 carbon atoms, a fluoroalkyl group in the range of 1 to 2 carbon atoms, a fluorine atom, a hydrogen atom, or a methyl group And R 3 to R 6 , R 8 to R 11 , R 13 to R 16 , and R 18 to R 22 are the same or different substituents, and are a nitro group , Amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, sulfonyl ester group, alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms, carbon number Is in the range of 1-2 Fluoroalkyl group, fluorine atom, hydrogen atom, or nitro group, amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, sulfonyl ester group, methyl group, methoxy group, fluorine atom, hydrogen atom Either)
正極、負極及び電解液を含むエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液にドープ/脱ドープ反応によって充放電する、分子量が457以上、500未満の下記一般式2に示す化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス。
Figure 2009212469
(ここでR23、R24、R29、R34、R39、R44は同一または異なる置換基であってアミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、アルコキシカルボニル基、炭素数が1〜3の範囲内であるアルキル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。R25〜R28、R30〜R33、R35〜R38、R40〜R43、R45〜R49は同一または異なる置換基であって、ニトロ基、アミノ基、アシル基、シアノ基、エステル基、アミド基、炭素数が1〜3の範囲内であるアルキル基、メトキシ基、フッ素原子、水素原子のいずれかである。)
An energy storage device including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and 0.5 weight by weight of a compound represented by the following general formula 2 having a molecular weight of 457 or more and less than 500, which is charged / discharged by doping / dedoping reaction in the electrolytic solution. An energy storage device containing at least 50% by weight.
Figure 2009212469
(Wherein R 23 , R 24 , R 29 , R 34 , R 39 , R 44 are the same or different substituents and are an amino group, acyl group, cyano group, ester group, amide group, alkoxycarbonyl group, carbon number Is an alkyl group, a methoxy group, a fluorine atom or a hydrogen atom within the range of 1 to 3. R 25 to R 28 , R 30 to R 33 , R 35 to R 38 , R 40 to R 43 , R 45 to R 49 are the same or different substituents, and are a nitro group, an amino group, an acyl group, a cyano group, an ester group, an amide group, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a methoxy group, It is either a fluorine atom or a hydrogen atom.)
請求項1に記載のエネルギー貯蔵デバイスであって、前記電解液に含有されるドープ・脱ドープ反応によって充放電する、下記化学式3〜5からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を、0.5重量%以上50重量%以下含有するエネルギー貯蔵デバイス。
Figure 2009212469
Figure 2009212469
Figure 2009212469
2. The energy storage device according to claim 1, wherein at least one compound selected from the group consisting of the following chemical formulas 3 to 5 charged / discharged by a doping / dedoping reaction contained in the electrolyte solution is given as follows: An energy storage device containing 5% by weight or more and 50% by weight or less.
Figure 2009212469
Figure 2009212469
Figure 2009212469
前記電解液の溶媒が、有機溶媒、イオン液体、または有機溶媒とイオン液体との混合物のいずれかである、請求項1〜3のいずれかに記載のエネルギー貯蔵デバイス。   The energy storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein a solvent of the electrolytic solution is any one of an organic solvent, an ionic liquid, or a mixture of an organic solvent and an ionic liquid. 前記有機溶媒がアセトニトリル、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項4に記載のエネルギー貯蔵デバイス。   The organic solvent is at least one selected from the group consisting of acetonitrile, γ-butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. The energy storage device according to claim 4. 前記イオン液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトシレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトシレートからなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項4または請求項5に記載のエネルギー貯蔵デバイス。   The ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3- The at least one selected from the group consisting of methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazolium tosylate, and 1-butyl-3-methylimidazolium tosylate. Energy storage devices.
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