JP2010153560A - Electrolyte using quaternary ammonium salt electrolyte, and electrochemical element - Google Patents

Electrolyte using quaternary ammonium salt electrolyte, and electrochemical element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte which excels in performance at a low-temperature environment and having a high withstand voltage, and to provide an electrochemical element which can be used stably at low temperatures and excels in long-term stability. <P>SOLUTION: The electrolyte for electrochemical element includes the electrolyte (B) containing a compound (A) expressed by a general expression (1); at least one kind of sulfolane derivative (S) containing a nonaqueous mixed solvent (H) and the solvent (H) is selected from among a group including sulfolane, 3-methylsulfolane, and 2,4-dimethyl sulfolane; and a chain carbonate ester (C) represented by general expression (2). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は第4級アンモニウム塩電解質を用いた電気化学素子用電解液に関する。 The present invention relates to an electrolytic solution for an electrochemical device using a quaternary ammonium salt electrolyte.

電気化学素子とは、電気化学的エネルギーを素子内部に蓄えるものであり、具体的には、素子内部に蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出すための電池、素子内部に蓄えられた静電エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出すためのキャパシタ、及び色素増感太陽電池等をいう。
従来、キャパシタの電解質にはテトラエチルアンモニウムのBF塩、トリエチルメチルアンモニウムのBF塩、または1−エチル−3−メチルイミダゾリウムのBF塩等が電解質として用いられている。特に過酷な条件下で、しかも大電流で使用されるハイブリッド電気自動車等の新しい用途分野では、低温でも安定に使用可能な、長期安定性に優れた電気化学素子が要望されており、このためそれを構成する部材である電解液にも、低温環境下で使用可能であり、かつ高耐電圧(電位窓が広い)な電解液の開発が急務となっている。
こうした状況の中、スルホランなどの耐分解性の高い溶媒を使用することで、耐電圧の高い電解液が開発されてきている(例えば、特許文献1、2)。
特開平08−306591 特開2005−260031
An electrochemical element stores electrochemical energy inside the element. Specifically, the electrochemical element stores a battery for taking out chemical energy stored inside the element as electric energy, and a static electricity stored inside the element. A capacitor for taking out electric energy as electric energy to the outside, a dye-sensitized solar cell, and the like.
Conventionally, the electrolyte of the capacitor BF 4 salt of tetraethyl ammonium, BF 4 salt of triethyl methyl ammonium or 1-ethyl-3-BF 4 salt of methyl imidazolium have been used as an electrolyte. Particularly in new application fields such as hybrid electric vehicles that are used under severe conditions and with large currents, there is a demand for electrochemical elements that can be used stably even at low temperatures and have excellent long-term stability. There is an urgent need to develop an electrolytic solution that can be used in a low temperature environment and has a high withstand voltage (wide potential window).
Under such circumstances, an electrolytic solution having a high withstand voltage has been developed by using a solvent having high decomposition resistance such as sulfolane (for example, Patent Documents 1 and 2).
JP 08-306591 A JP 2005-260031 A

しかしながら、特許文献1、2記載の非水電解液を用いると、耐電圧は向上するが、−30℃以下の低温環境下では電解質の析出、または電解液の固化が起こるため使用が不可能であったり、凝固はしないまでも粘度の急激な上昇のため、電気電導度が低下するなどの電気化学素子用電解液としては致命的な欠陥を生じる場合があった。
すなわち、本発明の目的は、低温環境下での性能に優れ、かつ高耐電圧である電解液を提供し、低温でも安定に使用可能な、長期安定性に優れた電気化学素子を提供することである。
However, when the non-aqueous electrolyte described in Patent Documents 1 and 2 is used, the withstand voltage is improved, but it cannot be used because electrolyte deposition or solidification of the electrolyte occurs in a low temperature environment of −30 ° C. or lower. In some cases, fatal defects may occur as electrolytes for electrochemical devices, such as a decrease in electrical conductivity due to a rapid increase in viscosity even without solidification.
That is, an object of the present invention is to provide an electrolytic solution having excellent performance in a low temperature environment and having a high withstand voltage, and an electrochemical device excellent in long-term stability that can be used stably even at low temperatures. It is.

本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、一般式(1)で表される化合物(A)を含有してなる電解質(B)と、非水混合溶媒(H)を含有してなる電解液であって、非水混合溶媒(H)が、スルホラン、3−メチルスルホラン及び2,4−ジメチルスルホランからなる群より選ばれる少なくとも1種のスルホラン誘導体(S)と、一般式(2)で表される鎖状炭酸エステル(C)を含有してなることを特徴とする電気化学素子用電解液; As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention is an electrolyte solution containing an electrolyte (B) containing the compound (A) represented by the general formula (1) and a non-aqueous mixed solvent (H), which is a non-aqueous mixture. The solvent (H) is at least one sulfolane derivative (S) selected from the group consisting of sulfolane, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, and a chain carbonate ester represented by the general formula (2) ( An electrolytic solution for an electrochemical element comprising C);

Figure 2010153560
[Rはハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基である。R2はハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基、水素原子、又はハロゲン原子である。R3〜R14は、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のフルオロアルキル基、水素原子、又はハロゲン原子である。R3〜R14は同じでも異なっていてもよい。h、i、j、x、y及びzは0〜6の整数であり、同じでも異なっていてもよい。h+xは0〜6の整数、i+y及びj+zは1〜6の整数である。Xは対アニオンを表し、該対アニオンの第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.である。]
Figure 2010153560
[R 1 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have at least one group selected from the group consisting of a halogen atom, a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group and a group having an ether bond. is there. R 2 is a halogen atom, a nitro group, a cyano group and a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have at least one group selected from the group consisting of groups having an ether bond, a hydrogen atom, Or it is a halogen atom. R 3 to R 14 are an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a hydrogen atom, or a halogen atom. R 3 to R 14 may be the same or different. h, i, j, x, y, and z are integers of 0 to 6, and may be the same or different. h + x is an integer of 0-6, i + y and j + z are integers of 1-6. X represents a counter anion, and the HOMO energy of the counter anion according to the first principle molecular orbital calculation is −0.60 to −0.20 a.u. ]

Figure 2010153560
[R15とR16は炭素数1〜5のアルキル基であり、R15とR16は異なる基である。]
及び該電解液を用いた電気化学素子である。
Figure 2010153560
[R 15 and R 16 are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and R 15 and R 16 are different groups. ]
And an electrochemical element using the electrolytic solution.

本発明の電気化学素子用電解液を用いた電気化学素子は、高耐電圧で低温でも安定に使用可能であり、かつ長期安定性に優れる。 An electrochemical element using the electrolytic solution for an electrochemical element of the present invention can be used stably even at a low temperature with a high withstand voltage, and is excellent in long-term stability.

以下に本発明を詳細に説明する。
一般式(1)で表される化合物(A)はカチオン中心の窒素が立体的にアルキル基で保護されている特定の環構造を有するカチオン基と、酸化電位の高いアニオン基からなる第4級アンモニウム塩であるため、従来技術の電解質と比較して分子軌道計算においてLUMO値が高く、かつアニオン基のHOMO値が高いため、酸化還元を受けにくい。その結果、酸化電位と還元電位の差が大きく、電気化学的に安定であり、電解液として耐電圧が非常に高いという特徴を有している。
The present invention is described in detail below.
The compound (A) represented by the general formula (1) is a quaternary group consisting of a cation group having a specific ring structure in which the nitrogen at the cation center is sterically protected by an alkyl group, and an anion group having a high oxidation potential. Since it is an ammonium salt, it has a high LUMO value in the molecular orbital calculation and a high HOMO value of the anion group as compared with the electrolytes of the prior art, and is not easily subjected to redox. As a result, the difference between the oxidation potential and the reduction potential is large, electrochemically stable, and the withstand voltage of the electrolyte is very high.

一般式(1)で示される化合物(A)のカチオン種(a)において、Rはハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基(以下、官能基Yと記す。) からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基であり、炭化水素基としては、直鎖脂肪族炭化水素基、分岐脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基等が含まれる。Rの具体例を以下に挙げる。 In the cation species (a) of the compound (A) represented by the general formula (1), R 1 is a halogen atom, a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group, and a group having an ether bond (hereinafter referred to as a functional group Y). A monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have at least one group selected from the group consisting of a linear aliphatic hydrocarbon group and a branched aliphatic hydrocarbon. Groups, alicyclic hydrocarbon groups, aromatic hydrocarbon groups and the like. Specific examples of R 1 are given below.

炭化水素基が直鎖脂肪族炭化水素基の場合:メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基及びn−デシル基、並びに官能基Yを有する基としてはヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基及び2−ヒドロキシエチル基、ニトロメチル基、ニトロエチル基、シアノメチル基、シアノエチル基、メトキシメチル基、及びメトキシエチル基等が挙げられる。 When the hydrocarbon group is a linear aliphatic hydrocarbon group: a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, an n-pentyl group, an n-hexyl group, an n-decyl group, and a functional group Y Examples of the group include a hydroxymethyl group, a 1-hydroxyethyl group, a 2-hydroxyethyl group, a nitromethyl group, a nitroethyl group, a cyanomethyl group, a cyanoethyl group, a methoxymethyl group, and a methoxyethyl group.

炭化水素基が分岐脂肪族炭化水素基の場合:iso−プロピル基、2−メチルプロピル基、2−ブチル基、2−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、3−ペンチル基、2−メチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、3−ヘプチル基、2−エチルブチル基、3−メチルペンチル基、3−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1,2−ジメチルブチル、1,3−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基及び2−エチルオクチル基、並びに官能基Yを有する基としては2−ヒドロキシ−iso−プロピル基、1−ヒドロキシ−2−メチルプロピル基、2−アミノ−iso−プロピル基、2−ニトロ−iso−プロピル基、1−ニトロ−2−メチルプロピル基、2−シアノ−iso−プロピル基、1−シアノ−2−メチルプロピル基、2−メトキシ−iso−プロピル基及び1−メトキシ−2−メチルプロピル基等が挙げられる。 When the hydrocarbon group is a branched aliphatic hydrocarbon group: iso-propyl group, 2-methylpropyl group, 2-butyl group, 2-pentyl group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 3-pentyl group, 2 -Methylbutyl, 1-methylpentyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 3-heptyl, 2-ethylbutyl, 3-methylpentyl, 3-hexyl, 2 A 2-hydroxy-iso-propyl group as the group having -ethylhexyl group, 1,2-dimethylbutyl, 1,3-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group and 2-ethyloctyl group, and functional group Y 1-hydroxy-2-methylpropyl group, 2-amino-iso-propyl group, 2-nitro-iso-propyl group, 1-nitro-2-methyl group Propyl group, 2-cyano -iso- propyl group, 1-cyano-2-methylpropyl group, 2-methoxy -iso- propyl, and 1-methoxy-2-methylpropyl group and the like.

炭化水素基が環式炭化水素基の場合:シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、2−メチルシクロヘキシル基、3−メチルシクロヘキシル基及び4−メチルシクロヘキシル基、並びに官能基Yを有する基としては1−ヒドロキシシクロヘキシル基、2−ヒドロキシシクロヘキシル基、3−ヒドロキシシクロヘキシル基及び4−ヒドロキシシクロヘキシル基、1−メトキシシクロヘキシル基、2−メトキシシクロヘキシル基、3−メトキシシクロヘキシル基及び4−メトキシシクロヘキシル基等が挙げられる。 When the hydrocarbon group is a cyclic hydrocarbon group: a cyclohexyl group, a 1-methylcyclohexyl group, a 2-methylcyclohexyl group, a 3-methylcyclohexyl group, a 4-methylcyclohexyl group, and a group having a functional group Y are 1- Examples thereof include a hydroxycyclohexyl group, a 2-hydroxycyclohexyl group, a 3-hydroxycyclohexyl group, a 4-hydroxycyclohexyl group, a 1-methoxycyclohexyl group, a 2-methoxycyclohexyl group, a 3-methoxycyclohexyl group, and a 4-methoxycyclohexyl group.

炭化水素基が芳香族炭化水素基の場合:フェニル基、トルイル基及びベンジル基等が挙げられる。 When the hydrocarbon group is an aromatic hydrocarbon group: a phenyl group, a toluyl group, a benzyl group, and the like can be given.

ハロゲン原子を有する炭化水素基としてはフルオロアルキル基が好ましく、フルオロアルキル基としては、C2n+1(nは10以下の整数)で表される基であり、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等が挙げられる。 The hydrocarbon group having a halogen atom is preferably a fluoroalkyl group, and the fluoroalkyl group is a group represented by C n F 2n + 1 (n is an integer of 10 or less), a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group. And a heptafluoropropyl group.

これらRのうち直鎖又は分岐脂肪族炭化水素基、エーテル結合を有する基を有する脂肪族炭化水素基及びフルオロアルキル基が好ましい。さらに好ましくはメチル基、エチル基、メトキシエチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基である。特に好ましくは、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基である。極めて好ましくは、メチル基である。 Of these R 1, a linear or branched aliphatic hydrocarbon group, an aliphatic hydrocarbon group having a group having an ether bond, and a fluoroalkyl group are preferable. More preferred are a methyl group, an ethyl group, a methoxyethyl group, a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group. Particularly preferred are a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group. Highly preferred is a methyl group.

一般式(1)において、Rはハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基、水素原子、又はハロゲン原子であり、Rと同様の官能基、水素原子及びハロゲン原子等が挙げられる。
これらRのうち水素原子、直鎖又は分岐脂肪族炭化水素基及びフルオロアルキル基が好ましい。さらに好ましくは水素原子、メチル基、エチル基、メトキシエチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基である。特に好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基子、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基である。極めて好ましくは水素原子である。
In General Formula (1), R 2 is a monovalent group having 1 to 10 carbon atoms that may have at least one group selected from the group consisting of a halogen atom, a nitro group, a cyano group and a group having an ether bond. It is a hydrocarbon group, a hydrogen atom, or a halogen atom, and the same functional group as R 1 , a hydrogen atom, a halogen atom, etc. are mentioned.
Of these R 2, a hydrogen atom, a linear or branched aliphatic hydrocarbon group and a fluoroalkyl group are preferred. More preferred are a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a methoxyethyl group, a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group. Particularly preferred are a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, and a pentafluoroethyl group. Very preferred is a hydrogen atom.

一般式(1)においてR3〜R14は、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のフルオロアルキル基、水素原子、又はハロゲン原子であり、炭素数1〜5のアルキル基には直鎖脂肪族炭化水素基、分岐脂肪族炭化水素基が含まれる。R3〜R14は同じでも異なっていてもよい。 R 3 to R 14 in the general formula (1) is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a hydrogen atom or a halogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms Includes a linear aliphatic hydrocarbon group and a branched aliphatic hydrocarbon group. R 3 to R 14 may be the same or different.

3〜R14の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、iso−プロピル基、2−メチルプロピル基、2−ブチル基、2−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、3−ペンチル基、2−メチルブチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、n−ヘプタフルオロプロピル基、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。これらのうち、好ましいものは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、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、水素原子、フッ素原子である。さらに好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、水素原子、フッ素原子である。特に好ましくは、水素原子、フッ素原子である。極めて好ましくは水素原子である。 Specific examples of R 3 to R 14 include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, iso-propyl group, 2-methylpropyl group, 2-butyl group, 2- Pentyl group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 3-pentyl group, 2-methylbutyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, n-heptafluoropropyl group, hydrogen atom, fluorine atom, chlorine atom, bromine An atom, an iodine atom, etc. are mentioned. Among these, preferred are a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl, a hydrogen atom, and a fluorine atom. More preferably, they are a methyl group, a trifluoromethyl group, a hydrogen atom, or a fluorine atom. Particularly preferred are a hydrogen atom and a fluorine atom. Very preferred is a hydrogen atom.

一般式(1)において、h、i、j、x、y及びzは0〜6の整数であり、同じでも異なっていてもよい。h+xは0〜6の整数、i+y及びj+zは1〜6の整数である。好ましくは、i+y及びj+zが2又は3の整数であり、h+xが2又は1又は0である。さらに好ましくは、x、y及びzが0であり、i及びjが2又は3の整数であり、hが2又は1又は0である。
一般式(1)で示される化合物(A)のカチオン種(a)として好ましいものは電気化学的安定性の観点から、N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウム、N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウム、N−トリフルオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−トリフロオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムなどがあげられる。
In the general formula (1), h, i, j, x, y, and z are integers of 0 to 6, and may be the same or different. h + x is an integer of 0-6, i + y and j + z are integers of 1-6. Preferably, i + y and j + z are integers of 2 or 3, and h + x is 2 or 1 or 0. More preferably, x, y and z are 0, i and j are integers of 2 or 3, and h is 2 or 1 or 0.
From the viewpoint of electrochemical stability, N-methyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium, N is preferable as the cation species (a) of the compound (A) represented by the general formula (1). -Ethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium, N-methyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium, N-ethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane -Ium, N-trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium, N-trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium and the like.

化合物(A)の原料となる3級アミンは公知の方法にて合成できる。一般には、
(1)ヒドロキシルアルキル基を有するテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテルを臭化水素により臭素化して得られた、トリブロムアルキル化合物をメタノール性アンモニアと封管中で130〜150℃に加熱することにより、HBrを脱離させ環化させる方法、
(2)アミノアルキル基を有するテトラヒドロフラン、テトラヒドロピランなどの環状エーテルにハロゲン化水素を反応させて得られる、ジハロゲン化第1級アミン化合物を0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に滴下して、ハロゲン化水素の脱離により分子内環化反応を行う方法、
(3)カルボキシアルキル基を有するピペリジン、ピロリジンなどの環状第2級アミンを水素化アルミニウムリチウム等で還元、あるいはカルボキシアルキル基を有するピリジンなどの芳香族アミンをナトリウムとエタノールなどにより還元することによりヒドロキシアルキル基を有する環状第2級アミンを得る。さらに、臭化水素、ヨウ化水素酸等のハロゲン化水素酸を反応させることにより水酸基を置換しハロゲン化物を得る。このハロゲン化環状第2級アミン化合物を0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に滴下して、ハロゲン化水素の脱離により分子内環化反応を行い、第3級アミンを合成する方法、
などが知られている(V.Prelog、Ann.,545,229(1940))。
The tertiary amine used as a raw material of the compound (A) can be synthesized by a known method. In general,
(1) By heating a tribromoalkyl compound obtained by brominating a cyclic ether such as tetrahydrofuran or tetrahydropyran having a hydroxylalkyl group with hydrogen bromide to 130 to 150 ° C in methanol and ammonia in a sealed tube. , A method of detaching and cyclizing HBr,
(2) A dihalogenated primary amine compound obtained by reacting a hydrogen halide with a cyclic ether such as tetrahydrofuran or tetrahydropyran having an aminoalkyl group is added dropwise to a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution to effect halogenation. A method of performing an intramolecular cyclization reaction by desorption of hydrogen,
(3) A cyclic secondary amine such as piperidine or pyrrolidine having a carboxyalkyl group is reduced with lithium aluminum hydride or the like, or an aromatic amine such as pyridine having a carboxyalkyl group is reduced with sodium and ethanol. A cyclic secondary amine having an alkyl group is obtained. Furthermore, by reacting a hydrohalic acid such as hydrogen bromide or hydroiodic acid, the hydroxyl group is substituted to obtain a halide. A method of synthesizing a tertiary amine by dropping the halogenated cyclic secondary amine compound into a 0.1N aqueous sodium hydroxide solution and carrying out an intramolecular cyclization reaction by elimination of the hydrogen halide;
(V. Prelog, Ann., 545, 229 (1940)).

化合物(A)は、公知の製造方法、例えば、上記第3級アミン化合物をジアルキル炭酸のような炭酸エステルで4級化し、得られた炭酸エステル塩を対アニオン(X)に塩交換する方法(例えば特開昭61−239616)によって得られる。また3級アミンをアルキルハライドで4級化し、得られたハライド塩をアニオン交換する方法によっても得られる。 Compound (A) is a known production method, for example, a method in which the tertiary amine compound is quaternized with a carbonate ester such as dialkyl carbonate, and the resulting carbonate salt is exchanged with a counter anion (X ). (For example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-239616). It can also be obtained by a method in which a tertiary amine is quaternized with an alkyl halide and the resulting halide salt is subjected to anion exchange.

電解質(B)は化合物(A)を好ましくは50〜100重量%、より好ましくは70〜100重量%含有する。
電解質(B)は化合物(A)の他に、化合物(A)と異なる他の有機塩化合物(D)等を含有していてもよい。他の有機塩化合物(D)としては、アルキルアンモニウム塩、アミジニウム塩(イミダゾリウム塩等)等である。具体的には、例えば、アルキルアンモニウムのBF塩及びPF塩、イミダゾリウムのBF塩及びPF塩等である。例えばテトラエチルアンモニウムBF塩、トリエチルメチルアンモニウムBF塩、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムBF塩及び1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムBF塩、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウムBF塩等が挙げられる。他の有機塩化合物(D)の量は、電解質(B)の重量に対して好ましくは0〜50重量%、より好ましくは5〜25重量%である。
The electrolyte (B) preferably contains 50 to 100% by weight, more preferably 70 to 100% by weight of the compound (A).
The electrolyte (B) may contain, in addition to the compound (A), another organic salt compound (D) different from the compound (A). Other organic salt compounds (D) include alkyl ammonium salts, amidinium salts (such as imidazolium salts), and the like. Specifically, for example, BF 4 salt and PF 6 salt of an alkyl ammonium, a BF 4 salt and PF 6 salts of imidazolium. For example, tetraethylammonium BF 4 salt, triethylmethylammonium BF 4 salt, 1,2,3-trimethylimidazolium BF 4 salt and 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium BF 4 salt, 1,2,3,4 Examples include tetramethylimidazolium BF 4 salt. The amount of the other organic salt compound (D) is preferably 0 to 50% by weight, more preferably 5 to 25% by weight, based on the weight of the electrolyte (B).

また、電解質(B)は種々の添加剤(E)を含有してもよい。添加剤(E)としては、LiBF、LiPF、リン酸類及びその誘導体(リン酸、亜リン酸、リン酸エステル類、ホスホン酸類等)、ホウ酸類及びその誘導体(ホウ酸、酸化ホウ酸、ホウ酸エステル類、ホウ素と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との錯体等)、硝酸塩(硝酸リチウム等)及びニトロ化合物(ニトロ安息香酸、ニトロフェノール、ニトロフェネトール、ニトロアセトフェノン、芳香族ニトロ化合物等)等があげられる。電気化学的安定性と導電性の観点から、添加剤(E)量は、好ましくは電解質(B)の重量に対して50重量%以下であり、さらに好ましくは20重量%以下である。 The electrolyte (B) may contain various additives (E). As the additive (E), LiBF 4 , LiPF 6 , phosphoric acids and derivatives thereof (phosphoric acid, phosphorous acid, phosphoric esters, phosphonic acids, etc.), boric acids and derivatives thereof (boric acid, boric acid oxide, Boric acid esters, complexes of boron and compounds having a hydroxyl group and / or carboxyl group, etc., nitrates (lithium nitrate, etc.) and nitro compounds (nitrobenzoic acid, nitrophenol, nitrophenetole, nitroacetophenone, aromatic nitro compounds) Etc.). From the viewpoint of electrochemical stability and conductivity, the amount of additive (E) is preferably 50% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, based on the weight of the electrolyte (B).

一般式(1)で示される化合物(A)のアニオン成分(対アニオンX)について説明する。Xは、第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギー(以下、HOMOエネルギーと略記する。) が、−0.60〜−0.20a.u.の範囲であり、好ましくは−0.60〜−0.25a.u.の範囲である対アニオンである。ここで、第一原理分子軌道計算によるHOMO(最高占有分子軌道;highe st occupied molecular orbital)エネルギーは、計算するアニオンに対して力場計算により配座解析を行い、半経験的分子軌道法であるAM1により構造最適化ののち、基底関数を6−31G(d)としてHartreeFock法で計算される値である。計算を行うプログラムは、Gaussian03(ガウシアン社製)が用いられる(参考文献1:「電子構造論による化学の探求(第二版)James B.Foresman、AEleen Frisch共著、田崎健三訳、ガウシアン社」)。 The anion component (counter anion X ) of the compound (A) represented by the general formula (1) will be described. X -. Is, the HOMO energy (. Hereinafter abbreviated as HOMO energy) by the first principle molecular orbital calculation, in the range of -0.60~-0.20a.u, preferably -0.60~- Counter anion in the range of 0.25 a.u. Here, the HOMO (highest occupied molecular orbital) energy by first-principles molecular orbital calculation is a semi-empirical molecular orbital method by performing conformational analysis on the calculated anion by force field calculation. This value is calculated by the HartleyFock method with the basis function of 6-31G (d) after structural optimization by AM1. Gaussian 03 (manufactured by Gaussian) is used as the calculation program (Reference 1: “Exploration of Chemistry by Electronic Structure Theory (Second Edition), James B. Foresman, AElen Frisch, Kenzo Tazaki, Gaussian, Inc.)” .

上記の方法によって、計算されるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.の範囲である対アニオンXの具体例としては、BF 、PF 、AsF 、PCl 、BCl 、AsCl 、SbCl 、TaCl 、NbCl 、PBr 、BBr 、AsBr 、AlBr 、TaBr 、NbBr 、SbF 、AlF 、ClO 、AlCl 、TaF 、NbF 、CN、F(HF) (当該式中、nは1以上4以下の数値を表す)、N(RfSO 、C(RfSO 、RfSO 、RfCO2 等が挙げられる。
N(RfSO 、C(RfSO 、RfSO 又はRfCO2 で表されるアニオンに含まれるRfは、炭素数1〜12のフルオロアルキル基を表し、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル及びノナフルオロブチルなどが挙げられる。これらのうち、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル及びヘプタフルオロプロピルが好ましく、さらに好ましくはトリフルオロメチル及びペンタフルオロエチル、特に好ましくはトリフルオロメチルである。
以上の対アニオンのうち、電気化学的安定性の観点等から、第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが小さい対アニオンが好ましくBF 、PF 又はN(RfSO で表される対アニオン、さらに好ましくはPF 又はBF で表される対アニオン、特に好ましくはBF で表される対アニオンである。
対アニオンは、HOMOエネルギーが小さいほうが好ましいが、−0.60a.u.(以下、a.u.を省略して記載することがある。) を下回る化合物は知られておらず、実質的に、PF6−(HOMOエネルギー=−0.39)、BF (HOMOエネルギー=−0.35)、CFSO (HOMOエネルギー=−0.27)が好ましい。逆に、HOMOエネルギーが−0.20a.u.より大きい(マイナスの数値が小さい)対アニオン、例えば、蟻酸、酢酸、安息香酸(HOMOエネルギー=−0.18)、フタル酸、コハク酸(HOMOエネルギー=−0.18)などのカルボン酸アニオン、I(HOMOエネルギー=−0.16)、Cl(HOMOエネルギー=−0.12)、F(HOMOエネルギー=−0.08)などの無機アニオンでは、電解質の電気化学的安定性が低いため、電解液として用いた場合、耐電圧が低く、長期信頼性に劣り、電気化学素子として有用ではない。
Specific examples of the counter anion X whose HOMO energy calculated by the above method is in the range of −0.60 to −0.20 a.u. include BF 4 , PF 6 , AsF 6 , PCl 6 , BCl 4 , AsCl 6 , SbCl 6 , TaCl 6 , NbCl 6 , PBr 6 , BBr 4 , AsBr 6 , AlBr 4 , TaBr 6 , NbBr 6 , SbF 6 , AlF 4 , ClO 4 , AlCl 4 , TaF 6 , NbF 6 , CN , F (HF) n (wherein n represents a numerical value of 1 or more and 4 or less), N ( RfSO 3) 2 -, C ( RfSO 3) 3 -, RfSO 3 -, RfCO 2 - and the like.
N (RfSO 3) 2 -, C (RfSO 3) 3 -, RfSO 3 - or RfCO 2 - Rf contained in the anions represented by represents a fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, trifluoromethyl, Examples include pentafluoroethyl, heptafluoropropyl, and nonafluorobutyl. Of these, trifluoromethyl, pentafluoroethyl and heptafluoropropyl are preferable, trifluoromethyl and pentafluoroethyl are more preferable, and trifluoromethyl is particularly preferable.
Among the above counter anions, from the viewpoint of electrochemical stability, a counter anion having a small HOMO energy by first-principles molecular orbital calculation is preferable, and is represented by BF 4 , PF 6 or N (RfSO 3 ) 2 —. that counter anion, more preferably PF 6 - or BF 4 - represented by counter anion, particularly preferably BF 4 - is a counter anion represented by.
The counter anion preferably has a small HOMO energy, but no compound having a value lower than −0.60 a.u. (hereinafter sometimes abbreviated as a.u.) is not known, and substantially. , PF6 @ - (HOMO energy = -0.39), BF 4 - ( HOMO energy = -0.35), CF 3 SO 3 - (HOMO energy = -0.27) is preferred. Conversely, a counter anion having a HOMO energy greater than −0.20 a.u. (small negative value) such as formic acid, acetic acid, benzoic acid (HOMO energy = −0.18), phthalic acid, succinic acid (HOMO) Carboxylic acid anions such as energy = −0.18), I (HOMO energy = −0.16), Cl (HOMO energy = −0.12), F (HOMO energy = −0.08), etc. Inorganic anions are low in electrochemical stability of the electrolyte, and therefore, when used as an electrolytic solution, the withstand voltage is low, the long-term reliability is poor, and it is not useful as an electrochemical element.

化合物(A)(カチオン成分+アニオン成分)の好ましい例としては、N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウム、N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウム、N−トリフルオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム、N−トリフロオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムカチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのBF塩、カチオン種N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのBF塩、カチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのBF塩、カチオン種N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのBF塩、カチオン種N−トリフルオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのBF塩、カチオン種N−トリフロオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのBF塩、カチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのPF塩、カチオン種N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのPF塩、カチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのPF塩、カチオン種N−エチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのPF塩、カチオン種N−トリフルオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのPF塩、カチオン種N−トリフロオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのPF塩である。
これらのなかで、特に好ましいものは、電気化学的安定性の観点から、カチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのBF塩、カチオン種N−メチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのBF塩、カチオン種N−トリフルオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムのBF塩、カチオン種N−トリフロオロメチル−1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン−イウムのBF塩である。
Preferred examples of the compound (A) (cation component + anion component) include N-methyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium, N-ethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane -Ium, N-methyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium, N-ethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium, N-trifluoromethyl-1-azabicyclo [2 , 2,2] octane-ium, BF 4 of N-trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium cation species N-methyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium salts, cationic species N- ethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane - BF 4 salt ium, cationic species N- methyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane - BF 4 salt ium, Mosquito On species N- ethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane - BF 4 salt ium, cationic species N- trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane - BF 4 salt ium, BF 4 salt of cationic species N-trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane-ium, PF 6 salt of cationic species N-methyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium the cationic species N- ethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane - PF 6 salt ium, cationic species N- methyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane - PF 6 salt ium, cationic seed N- ethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane - PF 6 salt ium, cationic species N- trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane - PF 6 salt ium, cationic A PF 6 salt of ium - N- trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane.
Among these, particularly preferred are BF 4 salt of the cationic species N-methyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane-ium, and the cationic species N-methyl-1 from the viewpoint of electrochemical stability. - azabicyclo [2,2,1] heptane - BF 4 salt ium, cationic species N- trifluoromethyl-1-azabicyclo [2,2,2] octane - BF 4 salt ium, cationic species N- trifluoroacetic methyl-1-azabicyclo [2,2,1] heptane - is BF 4 salt ium.

本発明の電気化学素子用電解液(F)は、電解質(B)、及びスルホラン、3−メチルスルホラン及び2,4−ジメチルスルホランからなる群より選ばれる少なくとも1種のスルホラン誘導体(S)と、一般式(2)で表される鎖状炭酸エステル(C)との混合溶媒(H)からなる溶媒を含有する。
スルホラン誘導体(S)は、電解液用の溶媒としては高粘度であることから電導度が小さく、電気化学素子を作成した場合、内部抵抗が高いという問題があったが、鎖状炭酸エステル(C)を使用することで、電解液の粘度を下げられ、結果として電解液の電導度が向上し、電気化学素子の内部抵抗を下げることができる。従来の4級アンモニウム系の電解質は、非水混合溶媒(H)へは不溶、または低温で析出するといった課題があったが、化合物(A)は、非水混合溶媒(H)への溶解性が高いため、低温においても電解質の析出が起こりにくく、広い温度範囲で安定に性能を発揮することができる。
The electrolytic solution for electrochemical elements (F) of the present invention comprises an electrolyte (B) and at least one sulfolane derivative (S) selected from the group consisting of sulfolane, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, It contains a solvent comprising a mixed solvent (H) with the chain carbonate ester (C) represented by the general formula (2).
Since the sulfolane derivative (S) has a high viscosity as a solvent for an electrolytic solution, it has a problem of low electrical conductivity and high internal resistance when an electrochemical element is produced. ) Can be used to lower the viscosity of the electrolytic solution. As a result, the conductivity of the electrolytic solution can be improved and the internal resistance of the electrochemical device can be reduced. Conventional quaternary ammonium electrolytes have problems such as insolubility in non-aqueous mixed solvent (H) or precipitation at low temperature, but compound (A) is soluble in non-aqueous mixed solvent (H). Therefore, the electrolyte is hardly deposited even at a low temperature, and the performance can be stably exhibited in a wide temperature range.

鎖状炭酸エステル(C)としては、一般式(2)で表されるものが挙げられる。一般式中のR15とR16は炭素数1〜10のアルキル基であって、R15とR16は異なったものである。鎖状炭酸エステル(C)の具体例としては、エチルメチルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−メチルカーボネートなどが挙げられる。 Examples of the chain carbonate (C) include those represented by the general formula (2). R 15 and R 16 in the general formula are alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 15 and R 16 are different. Specific examples of the chain carbonate ester (C) include ethyl methyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-methyl carbonate, and the like.

本発明の電気化学素子用電解液(F)は、25℃において、非水混合溶媒(H)の体積に対するスルホラン誘導体(S)の体積が76〜95体積%、鎖状炭酸エステル(C)の体積が5〜24体積%であるであることが好ましく、(S)の体積が80〜90体積%、(C)の体積が10〜20体積%であるものが更に好ましい。この濃度範囲では、低温での溶解性に若干低下するものの、耐電圧が非常に高い電解液を得ることができる。 The electrolyte solution (F) for an electrochemical device of the present invention has a volume of the sulfolane derivative (S) of 76 to 95% by volume and a chain carbonate ester (C) with respect to the volume of the non-aqueous mixed solvent (H) at 25 ° C. The volume is preferably 5 to 24% by volume, more preferably (S) is 80 to 90% by volume, and (C) is 10 to 20% by volume. In this concentration range, an electrolyte having a very high withstand voltage can be obtained although the solubility at a low temperature is slightly reduced.

非水混合溶媒(H)は、鎖状炭酸エステル(C)以外の非水溶媒(G)を含有していてもよい。非水溶媒(G)の好ましいものとして以下の(G1)〜(G3)などが挙げられる。 The non-aqueous mixed solvent (H) may contain a non-aqueous solvent (G) other than the chain carbonate ester (C). Preferred examples of the nonaqueous solvent (G) include the following (G1) to (G3).

非水溶媒(G1)としては、一般式(3)で表されるエステル類が挙げられる。 Examples of the non-aqueous solvent (G1) include esters represented by the general formula (3).

Figure 2010153560
Figure 2010153560

一般式(3)中のR17とR18は炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基であって、例えばアルキル基、シクロアルキル基であって、R17とR18は同じでも異なっていてもよい。またはR17とR18は相互に結合して環を形成していてもよい。非水溶媒(G1)の具体例としては以下のものが挙げられる。
・カルボン酸エステル類:酢酸メチル、プロピオン酸メチルなど。
・ラクトン類:γ−ブチロラクトン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンなど。
上記のうちでプロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトンが好ましい。
R 17 and R 18 in the general formula (3) are aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms, such as alkyl groups and cycloalkyl groups, and R 17 and R 18 may be the same or different. Also good. Alternatively, R 17 and R 18 may be bonded to each other to form a ring. Specific examples of the non-aqueous solvent (G1) include the following.
Carboxylic acid esters: methyl acetate, methyl propionate, etc.
Lactones: γ-butyrolactone, β-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and the like.
Of these, methyl propionate and γ-butyrolactone are preferred.

非水溶媒(G2)としては、一般式(4)で表される分子量が400以下であるベンゼン誘導体が挙げられる。 Examples of the non-aqueous solvent (G2) include benzene derivatives having a molecular weight of 400 or less represented by the general formula (4).

Figure 2010153560
Figure 2010153560

本発明で用いられるベンゼン誘導体(G2)は、上記一般式(4)で表わされ、分子量が400以下であるものである。(G2)の分子量は好ましくは300以下、さらに好ましくは92〜200である。(G2)の分子量が400を超えると(G2)の粘度が上昇し、溶媒として適さず、92未満の(G2)は存在しない。
19は、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子)、あるいは炭素数1〜7である有機基(g)である。
有機基(g)の炭素数が8以上であればベンゼン誘導体(G2)が室温において固体となるため、電解液溶媒に適さない。
20及びR21は水素原子、ハロゲン原子、あるいは炭素数1〜7である有機基(g)である。R19、R20及びR21は同じでも異なっていてもよい。有機基(g)の炭素数が8以上であればベンゼン誘導体(G2)が室温において固体となるため、電解液溶媒に適さない。
The benzene derivative (G2) used in the present invention is represented by the above general formula (4) and has a molecular weight of 400 or less. The molecular weight of (G2) is preferably 300 or less, more preferably 92 to 200. When the molecular weight of (G2) exceeds 400, the viscosity of (G2) increases and is not suitable as a solvent, and (G2) less than 92 does not exist.
R 19 is a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom) or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms.
If the organic group (g) has 8 or more carbon atoms, the benzene derivative (G2) becomes a solid at room temperature, which is not suitable for an electrolyte solvent.
R 20 and R 21 are a hydrogen atom, a halogen atom, or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms. R 19 , R 20 and R 21 may be the same or different. If the organic group (g) has 8 or more carbon atoms, the benzene derivative (G2) becomes a solid at room temperature, which is not suitable for an electrolyte solvent.

ベンゼン誘導体(G2)の有機基(g)は、例えば、ニトリル基、オルガノシリル基、パーフルオロアルキル基、又はエステル結合、エーテル結合、炭酸エステル結合、スルホニル結合、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、オルガノシリル基を有していてもよいアルキル基等であって、炭素数1〜7であるものである。これらの中で好ましいものは、ニトリル基、オルガノシリル基、パーフルオロアルキル基、又はエステル結合、エーテル結合、炭酸エステル結合、スルホニル結合、ニトリル基を有していてもよいアルキル基である。
エステル結合を有するアルキル基の例としては−C(=O)OCH
−C(=O)OC、−CHOC(=O)CH、−CHC(=O)OCH
等が挙げられる。
エーテル結合を有するアルキル基の例としてはメトキシ基、エトキシ基、メトキシメチル基等が挙げられる。
炭酸エステル結合を有するアルキル基の例としては−OC(=O)OCH
−OC(=O)OCHCH、−CH−OC(=O)OCHなどが挙げられる。
スルホニル結合を有するアルキル基の例としては、
−S(=O)−CH、−S(=O)−CHCH等が挙げられる。
ニトリル基を有するアルキル基の例としては、−CH−CNなどが挙げられる。
オルガノシリル基の例としては−CH−Si(CH、−Si(CHなどが挙げられる。
The organic group (g) of the benzene derivative (G2) is, for example, a nitrile group, an organosilyl group, a perfluoroalkyl group, or an ester bond, an ether bond, a carbonate bond, a sulfonyl bond, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, A nitrile group, an alkyl group which may have an organosilyl group, etc., and having 1 to 7 carbon atoms. Among these, preferred are a nitrile group, an organosilyl group, a perfluoroalkyl group, or an alkyl group which may have an ester bond, an ether bond, a carbonic acid ester bond, a sulfonyl bond, or a nitrile group.
Examples of the alkyl group having an ester bond include —C (═O) OCH 3 ,
-C (= O) OC 2 H 5, -CH 2 OC (= O) CH 3, -CH 2 C (= O) OCH 3
Etc.
Examples of the alkyl group having an ether bond include a methoxy group, an ethoxy group, and a methoxymethyl group.
Examples of the alkyl group having a carbonate ester bond include —OC (═O) OCH 3 ,
-OC (= O) OCH 2 CH 3, etc. -CH 2 -OC (= O) OCH 3 and the like.
Examples of alkyl groups having a sulfonyl bond include
-S (= O) 2 -CH 3 , -S (= O) such as 2 -CH 2 CH 3 and the like.
Examples of the alkyl group having a nitrile group include —CH 2 —CN.
Examples of the organosilyl group include —CH 2 —Si (CH 3 ) 3 , —Si (CH 3 ) 3 and the like.

ベンゼン誘導体(G2)の具体例としては以下のものが挙げられる。
トルエン、キシレン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン、1,4−ジクロロベンゼン、1,2,3−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、1,3,5−トリクロロベンゼン、2−クロロトルエン、3−クロロトルエン、4−クロロトルエン、2,3−ジクロロトルエン、2,4−ジクロロトルエン、フルオロベンゼン、1,2−ジフルオロベンゼン、1,3−ジフルオロベンゼン、1,4−ジフルオロベンゼン、1−クロロ−2−フルオロベンゼン、1−クロロ−2−フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ベンゾトリフルオリド、2−メチルベンゾトリフルオリド、4−クロロベンゾトリフルオリド、ベンゾニトリル、フタロニトリル、2−フルオロベンゾニトリル、4−シアノベンゾトリフルオリド、フェニルアセトニトリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、α−クロロ−o−キシレン、安息香酸アルキルエステル(例えば、安息香酸メチル、安息香酸エチル等)、フタル酸ジアルキルエステル(例えば、フタル酸ジメチル、フタル酸エチルメチル、フタル酸ジエチル等)、o−トルイル酸メチル、m−トルイル酸メチル、p−トルイル酸メチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジメチル、メトキシベンゼン、メトキシメチルベンゼン、メチルフェニルカーボネート、メチルフェニルスルホン、トリメチルフェニルシランなど。
ベンゼン誘導体(G2)は25℃以上で液体であることが好ましい。
また、ベンゼン誘導体(G2)の20℃における粘度(ブルックフィールド粘度計で測定される粘度。例えば、東機産業製(株)TV−22型粘度形により測定することが出来る。)は好ましくは0.1mPa・s〜6mPa・s、さらに好ましくは0.2mPa・s〜2mPa・sである。
上記のうちでトルエン、クロロベンゼン、ベンゾトリフルオリド、ベンゾニトリルが好ましい。
Specific examples of the benzene derivative (G2) include the following.
Toluene, xylene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, 1,3,5 -Trichlorobenzene, 2-chlorotoluene, 3-chlorotoluene, 4-chlorotoluene, 2,3-dichlorotoluene, 2,4-dichlorotoluene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1-chloro-2-fluorobenzene, 1-chloro-2-fluorobenzene, bromobenzene, benzotrifluoride, 2-methylbenzotrifluoride, 4-chlorobenzotrifluoride, benzonitrile, phthalo Nitrile, 2-fluorobenzonitrile, 4-cyanobenzene Zotrifluoride, phenylacetonitrile, benzyl chloride, benzyl bromide, α-chloro-o-xylene, alkyl benzoate (eg, methyl benzoate, ethyl benzoate, etc.), dialkyl phthalate (eg, dimethyl phthalate, Ethyl methyl phthalate, diethyl phthalate, etc.), methyl o-toluate, methyl m-toluate, methyl p-toluate, dimethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, methoxybenzene, methoxymethylbenzene, methylphenyl carbonate, methylphenyl Sulfone, trimethylphenylsilane, etc.
The benzene derivative (G2) is preferably a liquid at 25 ° C. or higher.
Further, the viscosity of the benzene derivative (G2) at 20 ° C. (viscosity measured with a Brookfield viscometer. For example, it can be measured with a TV-22 type viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) is preferably 0. 0.1 mPa · s to 6 mPa · s, more preferably 0.2 mPa · s to 2 mPa · s.
Of the above, toluene, chlorobenzene, benzotrifluoride, and benzonitrile are preferable.

非水溶媒(G3)としては、一般式(5)で表されるニトリル誘導体が挙げられる。 Examples of the non-aqueous solvent (G3) include nitrile derivatives represented by the general formula (5).

Figure 2010153560
Figure 2010153560

22は、1〜2個のシアノ基、エーテル結合を有していてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基であって、例えば、アルキル基、シクロアルキル基などが挙げられる。非水溶媒(G3)の具体例としては以下のものが挙げられる。
・ニトリル類:アセトニトリル、プロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリルなど。上記のうちでアセトニトリル、プロピオニトリルが好ましい。
R 22 is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 2 carbon atoms which may have 1 to 2 cyano groups or an ether bond, and examples thereof include an alkyl group and a cycloalkyl group. Specific examples of the non-aqueous solvent (G3) include the following.
Nitriles: acetonitrile, propionitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile and the like. Of these, acetonitrile and propionitrile are preferred.

非水混合溶媒(H)が、スルホラン誘導体(S)、鎖状炭酸エステル(C)、及びエステル系溶媒(G1)とベンゼン誘導体(G2)とニトリル誘導体(G3)とからなる群より選ばれる溶媒との3種の溶媒を含有する場合は、容量保持率が高くなり好ましい。 The non-aqueous mixed solvent (H) is a solvent selected from the group consisting of a sulfolane derivative (S), a chain carbonate ester (C), and an ester solvent (G1), a benzene derivative (G2), and a nitrile derivative (G3). And the three kinds of solvents are preferable because the capacity retention rate is high.

非水溶媒(G)としては、(G1)〜(G3)以外にも以下のものが挙げられる。
・エーテル類:鎖状エーテル[炭素数2〜6(ジエチルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなど);炭素数7〜12(ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテルなど)]、環状エーテル[炭素数2〜4(テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサンなど);炭素数5〜18(4−ブチルジオキソラン、クラウンエーテルなど)]。
・アミド類:N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド、N−メチルピロリドンなど。
・炭酸エステル類:エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど。
・スルホキシド類:ジメチルスルホキシド、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホランなど。
・ニトロ化合物:ニトロメタン、ニトロエタンなど。
・複素環式溶媒:N−メチル−2−オキサゾリジノン、3,5−ジメチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルピロリジノンなど。
・ケトン類:アセトン、2,5−ヘキサンジオン、シクロヘキサノンなど。
・リン酸エステル類:トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリン酸など。
Examples of the non-aqueous solvent (G) include the following in addition to (G1) to (G3).
Ethers: chain ether [carbon number 2-6 (diethyl ether, methyl isopropyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc.); carbon number 7-12 (diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, etc.)], cyclic ether [C2-C4 (tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, etc.); C5-C18 (4-butyldioxolane, crown ether, etc.)].
Amides: N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylpropionamide, hexamethylphosphorylamide, N-methylpyrrolidone and the like.
Carbonic acid esters: ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate and the like.
Sulfoxides: dimethyl sulfoxide, sulfolane, 3-methyl sulfolane, 2,4-dimethyl sulfolane, etc.
・ Nitro compounds: Nitromethane, nitroethane, etc.
-Heterocyclic solvent: N-methyl-2-oxazolidinone, 3,5-dimethyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylpyrrolidinone and the like.
Ketones: acetone, 2,5-hexanedione, cyclohexanone, etc.
-Phosphate esters: trimethyl phosphoric acid, triethyl phosphoric acid, tripropyl phosphoric acid and the like.

本発明の電解液中の含水量は、電気化学的安定性の観点から、電解液の重量に基づいて300ppm以下が好ましく、さらに好ましくは100ppm以下、特に好ましくは50ppm以下である。この範囲であると、電気化学キャパシタの経時的な性能低下を抑制できる。
電解液中の含水量はカールフィッシャー法(JIS K0113−1997、電量滴定方法)で測定することができる。
電解液中の水分を上記の範囲にする方法としては、あらかじめ十分に乾燥した電解質(B)と、あらかじめ十分に脱水した非水溶媒とを使用する方法等が挙げられる。
乾燥方法としては、減圧下加熱乾燥(例えば20Torr減圧下、150℃で加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法、再結晶等が挙げられる。
脱水方法としては、減圧下加熱脱水(例えば100Torrで加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法、モレキュラーシーブ(ナカライテスク製、3A 1/16等)、活性アルミナ粉末などの脱水剤を使用する方法等が挙げられる。
また、これらの他に、電解液を減圧下加熱脱水(例えば100Torr減圧下、100℃で加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法、モレキュラーシーブ、活性アルミナ粉末などの除水剤を使用する方法等が挙げられる。これらの方法は、それぞれ単独で行ってもよいし、組み合わせて行ってもよい。これらのうち、再結晶で電解質(B)を高純度化した後に、さらに(B)を減圧下加熱乾燥する方法、非水溶媒(C)又は電解液にモレキュラーシーブを加える方法が好ましい。
The water content in the electrolytic solution of the present invention is preferably 300 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, particularly preferably 50 ppm or less based on the weight of the electrolytic solution from the viewpoint of electrochemical stability. Within this range, it is possible to suppress the deterioration in performance of the electrochemical capacitor over time.
The water content in the electrolytic solution can be measured by the Karl Fischer method (JIS K0113-1997, coulometric titration method).
Examples of the method for setting the water content in the electrolytic solution in the above range include a method using a sufficiently dried electrolyte (B) and a non-aqueous solvent sufficiently dehydrated in advance.
Examples of the drying method include heating and drying under reduced pressure (for example, heating at 150 ° C. under reduced pressure of 20 Torr), evaporating and removing a trace amount of water contained therein, recrystallization, and the like.
As the dehydration method, heat dehydration under reduced pressure (for example, heating at 100 Torr) to evaporate and remove a trace amount of water, molecular sieve (manufactured by Nacalai Tesque, 3A 1/16, etc.), activated alumina powder And a method using a dehydrating agent such as
In addition to these, the electrolytic solution is heated and dehydrated under reduced pressure (for example, heated at 100 ° C. under reduced pressure of 100 Torr) to evaporate and remove a trace amount of water, molecular sieve, activated alumina powder, etc. And a method of using a dehydrating agent. These methods may be performed alone or in combination. Of these, the method of highly purifying the electrolyte (B) by recrystallization and further heating and drying (B) under reduced pressure, and the method of adding molecular sieve to the non-aqueous solvent (C) or the electrolytic solution are preferable.

本発明の電解液は電気化学素子に用いることができる。電気化学素子とは電気化学キャパシタ、二次電池、色素増感太陽電池等を示す。電気化学キャパシタは、基本構成物品として、電極、集電体、セパレーターを備えるとともに、キャパシタに通常用いられるケース、ガスケットなどを任意に備えるものである。電解液は、例えばアルゴンガス雰囲気(露点−50℃)のグローブボックス内等で電極及びセパレーターに含浸される。本発明の電解液は、電気化学キャパシタのうち、電気二重層キャパシタ(電極に分極性電極、例えば活性炭等を使用するもの)に好適である。 The electrolytic solution of the present invention can be used for electrochemical devices. An electrochemical element shows an electrochemical capacitor, a secondary battery, a dye-sensitized solar cell, etc. An electrochemical capacitor includes an electrode, a current collector, and a separator as basic components, and optionally includes a case, a gasket, and the like that are generally used for capacitors. The electrolytic solution is impregnated into the electrode and the separator, for example, in a glove box in an argon gas atmosphere (dew point −50 ° C.). The electrolytic solution of the present invention is suitable for an electric double layer capacitor (one using a polarizable electrode such as activated carbon) as an electrochemical capacitor among electrochemical capacitors.

電気二重層キャパシタの基本構造としては、2つの分極性電極の間にセパレーターを挟み、電解液を含浸させたものである。分極性電極の主成分は、電解液に対して電気化学的に不活性で、かつ、適度な電気伝導度を有することから活性炭、グラファイト、ポリアセン系有機半導体などの炭素質物質が好ましく、上記のように、正極と負極の少なくとも一方は炭素質物質である。電荷が蓄積する電極界面が大きい点から、窒素吸着法によるBET法により求めた比表面積が10m2/g以上の多孔性炭素物質(例えば活性炭)がさらに好ましい。多孔性炭素物質の比表面積は、目的とする単位面積あたりの静電容量(F/m2)と、高比表面積化に伴う嵩密度の低下を勘案して選択されるが、窒素吸着法によるBET法により求めた比表面積が30〜2,500m2/gのものが好ましく、体積あたりの静電容量が大きいことから、比表面積が300〜2,300m2/gの活性炭が特に好ましい。 As a basic structure of the electric double layer capacitor, a separator is sandwiched between two polarizable electrodes and impregnated with an electrolytic solution. The main component of the polarizable electrode is preferably a carbonaceous material such as activated carbon, graphite, and polyacene organic semiconductor because it is electrochemically inert to the electrolyte and has an appropriate electrical conductivity. Thus, at least one of the positive electrode and the negative electrode is a carbonaceous material. A porous carbon material (for example, activated carbon) having a specific surface area of 10 m 2 / g or more determined by the BET method by the nitrogen adsorption method is more preferable because of the large electrode interface where charges are accumulated. The specific surface area of the porous carbon material is selected in consideration of the target capacitance per unit area (F / m 2 ) and the decrease in bulk density associated with the increase in the specific surface area. preferably it has a specific surface area determined is 30~2,500m 2 / g by the BET method, since the electrostatic capacity per volume is large, the specific surface area is particularly preferably activated carbon 300~2,300m 2 / g.

本発明の電気化学キャパシタ用電解液は、アルミ電解コンデンサにも用いることができる。アルミ電解コンデンサの基本構造としては、電極となるアルミ箔の表面に電気化学処理で酸化膜をつくってこれを誘電体とし、もう一方の電極となるアルミ箔との間に電解液を含浸させた電解紙を挟んだものである。 The electrolytic solution for electrochemical capacitors of the present invention can also be used for aluminum electrolytic capacitors. The basic structure of an aluminum electrolytic capacitor is that an oxide film is formed by electrochemical treatment on the surface of the aluminum foil that becomes the electrode, and this is used as a dielectric, and the electrolytic solution is impregnated between the aluminum foil that becomes the other electrode. Electrolytic paper is sandwiched between them.

本発明の電気化学キャパシタの態様としては、コイン型、捲回型、角形のものがあげられる。本発明の電気化学キャパシタ用電解液は、いずれの電気二重層キャパシタ又はいずれのアルミ電解コンデンサにも適用できる。 Examples of the electrochemical capacitor of the present invention include a coin type, a wound type, and a rectangular type. The electrolytic solution for electrochemical capacitors of the present invention can be applied to any electric double layer capacitor or any aluminum electrolytic capacitor.

実施例
次に本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、特に記載のないかぎり、「部」は「重量部」を意味する。
以下の実施例において、1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRの測定は、下記の方法で行った。
1H−NMRの測定条件 機器:AVANCE300(日本ブルカー株式会社製)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz。
19F−NMRの測定条件 機器:AL−300(日本電子製)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz
13C−NMRの測定条件 機器:AL−300(日本電子製)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz
EXAMPLES Next, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto. Hereinafter, “parts” means “parts by weight” unless otherwise specified.
In the following examples, 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR were measured by the following methods.
Measurement conditions for 1H-NMR Instrument: AVANCE 300 (manufactured by Nippon Bruker Co., Ltd.), solvent: deuterated dimethyl sulfoxide, frequency: 300 MHz.
Measurement conditions for 19F-NMR Instrument: AL-300 (manufactured by JEOL Ltd.), solvent: deuterated dimethyl sulfoxide, frequency: 300 MHz
Measurement conditions for 13C-NMR Instrument: AL-300 (manufactured by JEOL Ltd.), solvent: deuterated dimethyl sulfoxide, frequency: 300 MHz

<製造例1>
電解質(A−1)の製造
・ヨウ化物塩の合成
1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン(シグマアルドリッチジャパン(株)製)113部、アセトン339部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた。溶液を攪拌しながらヨウ化メチル156部をゆっくりと滴下した後、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、一般式(6)で表されるカチオン種(a−1)のヨウ化物塩を255部得た。
<Production Example 1>
Manufacture of electrolyte (A-1) and synthesis of iodide salt 1-Azabicyclo [2,2,2] octane (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) 113 parts and 339 parts of acetone were charged into a glass beaker and uniformly dissolved. . While stirring the solution, 156 parts of methyl iodide was slowly added dropwise, and stirring was continued at 30 ° C. for 3 hours. The precipitated white solid was filtered and dried at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 255 parts of an iodide salt of the cation species (a-1) represented by the general formula (6).

Figure 2010153560
Figure 2010153560

・AgBF溶液の作成
酸化銀116部、42重量%のホウフッ化水素酸水溶液209部を混合した溶液を100℃減圧脱水して得られた固体に、メタノール550部を加えて溶解しAgBFメタノール溶液を得た。
・BF塩の作成
上記のAgBF溶液745部を(a−1)のヨウ化物塩253部とメタノール253部の混合溶液に対してゆっくりと滴下、混合した後、濾過し濾液を回収した。濾液中にAgBF溶液あるいはヨウ化物塩溶液を少しずつ添加することで、溶液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ素イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶206部を得た。メタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い電解質(A−1)を147部得た。1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A−1)はカチオン種(a−1)のBF塩であった。1H−NMRの積分値から、純度は99%であった。
-Preparation of AgBF 4 solution A solution obtained by mixing 116 parts of silver oxide and 209 parts of 42 wt% aqueous borofluoric acid solution at 100 ° C under reduced pressure was dissolved in 550 parts of methanol, and dissolved in AgBF 4 methanol. A solution was obtained.
-Preparation of BF 4 salt 745 parts of the above AgBF 4 solution was slowly added dropwise to a mixed solution of 253 parts of the iodide salt (a-1) and 253 parts of methanol, and then filtered to collect the filtrate. An AgBF 4 solution or an iodide salt solution was added little by little to the filtrate to finely adjust the silver ion content in the solution to 10 ppm or less and the iodine ion content to 5 ppm or less, and then filtered to collect the filtrate. The filtrate was desolvated at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 206 parts of white crystals. After adding 600 parts of methanol and dissolving at 30 ° C., it was cooled to −5 ° C. and allowed to stand for 12 hours for recrystallization. The precipitated crystals were filtered and dried at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 147 parts of electrolyte (A-1). As a result of analysis by 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR, the electrolyte (A-1) was a BF 4 salt of a cationic species (a-1). From the integral value of 1H-NMR, the purity was 99%.

<製造例2>
電解質(A−2)の製造
・AgPF溶液の作成
実施例1において42重量%ホウフッ化水素酸水溶液の代わりに60重量%のHPF水溶液243部を酸化銀116部と混合し、100℃減圧脱水を行った後、メタノール550部を加え溶解させ、AgPFのメタノール溶液を得た。
・PF塩の作成
上記のAgPF溶液803部を(a−1)のヨウ化物塩253部とメタノール255部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。濾液中にAgBF溶液あるいはヨウ化物塩溶液を少しずつ添加することで、溶液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ素イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧で脱溶媒を行い、白色結晶262部を得た。得られた固体にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって電解質(A−2)を194部得た。1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A−2)はカチオン種(a−1)のPF塩であった。1H−NMRの積分値から、純度は99%であった。
<Production Example 2>
Production of Electrolyte (A-2) Preparation of AgPF 6 Solution In Example 1, 243 parts of 60% by weight HPF 6 aqueous solution was mixed with 116 parts of silver oxide instead of 42% by weight borohydrofluoric acid aqueous solution, and the pressure was reduced at 100 ° C. after dehydration, added to and dissolved 550 parts of methanol to obtain a methanol solution of AgPF 6.
-Preparation of PF 6 salt After gradually mixing 803 parts of the above AgPF 6 solution with a mixed solution of 253 parts of the iodide salt of (a-1) and 255 parts of methanol, the filtrate was collected by filtration. An AgBF 4 solution or an iodide salt solution was added little by little to the filtrate to finely adjust the silver ion content in the solution to 10 ppm or less and the iodine ion content to 5 ppm or less, and then filtered to collect the filtrate. The filtrate was desolvated at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 262 parts of white crystals. After adding 600 parts of methanol to the obtained solid, it was cooled to −5 ° C. and allowed to stand for 12 hours for recrystallization. The precipitated crystals were filtered and dried under reduced pressure at 80 ° C. to obtain 194 parts of electrolyte (A-2). As a result of analysis by 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR, the electrolyte (A-2) was a PF 6 salt of the cation species (a-1). From the integral value of 1H-NMR, the purity was 99%.

<製造例3>
電解質(A−3)の製造
・AgCFSO溶液の作成
実施例1において42重量%ホウフッ化水素酸水溶液の代わりに60重量%のCFSOH水溶液250部を酸化銀116部と混合し、減圧脱水を行った後メタノール550部を加えて溶解させAgCFSOメタノール溶液を得た。
・CFSO塩の作成
上記のAgCFSO溶液807部をカチオン種(a−1)のヨウ化物塩253部とメタノールの混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。濾液中にAgBF溶液あるいはヨウ化物塩溶液を少しずつ添加することで、溶液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ素イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧脱溶媒で行い、白色結晶265部を得た。得られた固体にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧脱溶媒することによって電解質(A−3)を196部得た。1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A−3)はカチオン種(a−1)のCFSO塩であった。1H−NMRの積分値から、純度は99%であった。
<Production Example 3>
Production of Electrolyte (A-3) Preparation of AgCF 3 SO 3 Solution In Example 1, 250 parts of a 60 wt% CF 3 SO 3 H aqueous solution was mixed with 116 parts of silver oxide instead of the 42 wt% borohydrofluoric acid aqueous solution. After dehydration under reduced pressure, 550 parts of methanol was added and dissolved to obtain an AgCF 3 SO 3 methanol solution.
Preparation of CF 3 SO 3 salt After gradually mixing 807 parts of the above AgCF 3 SO 3 solution with 253 parts of iodide salt of cation species (a-1) and methanol, the filtrate was filtered and the filtrate was filtered. It was collected. An AgBF 4 solution or an iodide salt solution was added little by little to the filtrate to finely adjust the silver ion content in the solution to 10 ppm or less and the iodine ion content to 5 ppm or less, and then filtered to collect the filtrate. The filtrate was removed at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 265 parts of white crystals. After adding 600 parts of methanol to the obtained solid, it was cooled to −5 ° C. and allowed to stand for 12 hours for recrystallization. The precipitated crystals were filtered and desolvated at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 196 parts of electrolyte (A-3). As a result of analysis by 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR, the electrolyte (A-3) was a CF 3 SO 3 salt of the cation species (a-1). From the integral value of 1H-NMR, the purity was 99%.

<製造例4>
電解質(A−4)の製造
・1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタンの合成
4−ピリジンメタノール(シグマアルドリッチジャパン(株)製)110部とエタノール1000部を混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した。溶液を冷却し、水250部を加えた。減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した。30℃減圧脱溶媒を行い、無色粘性溶液を得た。この溶液114部に濃ヨウ化水素酸250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った。この溶液に50%水酸化ナトリウム350部を添加した後、50℃で3時間加熱した。その後30℃に冷却し、この溶液にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った。炭酸ナトリウムを添加して脱水し、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留を行った。留分を1H−NMRで分析した結果、原料が消失し、1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタンが生成していることがわかった。収率は40%であった。
・ヨウ化物塩の合成
得られた1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン100部、アセトン300部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた。溶液を攪拌しながらヨウ化メチル156部をゆっくり滴下した後、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し80℃減圧にて乾燥を行い、一般式(7)で表されるカチオン種(a−2)のヨウ化物塩を242部得た。
<Production Example 4>
Production of electrolyte (A-4) Synthesis of 1-azabicyclo [2,2,1] heptane 110 parts of 4-pyridinemethanol (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) and 1000 parts of ethanol are mixed, and 250 parts of sodium are gradually added. And refluxed for 6 hours. The solution was cooled and 250 parts of water was added. Ethanol was evaporated under reduced pressure, and 200 parts of diethyl ether was added to the residue for extraction. Desolvation under reduced pressure was performed at 30 ° C. to obtain a colorless viscous solution. To 114 parts of this solution, 250 parts of concentrated hydroiodic acid was gradually added dropwise and refluxed for another 3 hours. After adding 350 parts of 50% sodium hydroxide to this solution, it was heated at 50 ° C. for 3 hours. Thereafter, the mixture was cooled to 30 ° C., and 800 parts of diethyl ether was added to this solution for extraction. Sodium carbonate was added for dehydration, and diethyl ether was removed under reduced pressure at 10 ° C., followed by distillation. As a result of analyzing the fraction by 1H-NMR, it was found that the raw material disappeared and 1-azabicyclo [2,2,1] heptane was generated. The yield was 40%.
Synthesis of iodide salt 100 parts of 1-azabicyclo [2,2,1] heptane obtained and 300 parts of acetone were charged into a glass beaker and uniformly dissolved. While stirring the solution, 156 parts of methyl iodide was slowly added dropwise, and stirring was continued at 30 ° C. for 3 hours. The precipitated white solid was filtered and dried at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 242 parts of an iodide salt of the cation species (a-2) represented by the general formula (7).

Figure 2010153560
Figure 2010153560

製造例1と同様にAgBFのメタノール溶液を得た。
・BF塩の作成
上記のAgBF溶液745部を(a−2)のヨウ化物塩239部とメタノール239部の混合溶液に対して、ゆっくりと滴下、混合した後、濾過し濾液を回収した。濾液中にAgBF溶液あるいはヨウ化物塩溶液を少しずつ添加することで、溶液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ素イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶を194部得た。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い電解質(A−4)を138部得た。1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A−4)はカチオン種(a−2)のBF塩であった。1H−NMRの積分値から、純度は99%であった。
A methanol solution of AgBF 4 was obtained in the same manner as in Production Example 1.
-Preparation of BF 4 salt 745 parts of the above AgBF 4 solution was slowly added dropwise to a mixed solution of 239 parts of the iodide salt of (a-2) and 239 parts of methanol, and then filtered to collect the filtrate. . An AgBF 4 solution or an iodide salt solution was added little by little to the filtrate to finely adjust the silver ion content in the solution to 10 ppm or less and the iodine ion content to 5 ppm or less, and then filtered to collect the filtrate. The filtrate was desolvated at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 194 parts of white crystals. After adding 600 parts of methanol to the crystal and dissolving at 30 ° C., it was cooled to −5 ° C. and allowed to stand for 12 hours for recrystallization. The precipitated crystals were filtered and dried under reduced pressure at 80 ° C. to obtain 138 parts of electrolyte (A-4). As a result of analysis by 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR, the electrolyte (A-4) was a BF 4 salt of a cationic species (a-2). From the integral value of 1H-NMR, the purity was 99%.

<製造例5>
電解質(A−5)の製造
・AgPF溶液の作成
製造例4において42重量%ホウフッ化水素酸水溶液の代わりに60重量%のHPF水溶液243部を酸化銀116部と混合し、100℃減圧脱水を行った後、メタノール550部を加え溶解させ、AgPFのメタノール溶液を得た。
<Production Example 5>
The electrolyte was mixed with prepared · AgPF 6 solution prepared in Production Example 4 in 42% by weight of silver oxide 116 parts of HPF 6 solution 243 parts of 60 wt% instead of fluoroboric acid aqueous solution (A-5), 100 ℃ vacuum after dehydration, added to and dissolved 550 parts of methanol to obtain a methanol solution of AgPF 6.

・PF塩の作成
上記のAgPF溶液803部を(a−2)のヨウ化物塩253部とメタノール255部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。濾液中にAgBF溶液あるいはヨウ化物塩溶液を少しずつ添加することで、溶液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ素イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧で脱溶媒を行い、白色結晶262部を得た。得られた固体にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって電解質(A−5)を194部得た。1H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A−5)はカチオン種(a−2)のPF塩であった。1H−NMRの積分値から、純度は99%であった。
-Preparation of PF 6 salt 803 parts of the above AgPF 6 solution was gradually mixed with a mixed solution of 253 parts of the iodide salt (a-2) and 255 parts of methanol, and then filtered to collect the filtrate. An AgBF 4 solution or an iodide salt solution was added little by little to the filtrate to finely adjust the silver ion content in the solution to 10 ppm or less and the iodine ion content to 5 ppm or less, and then filtered to collect the filtrate. The filtrate was desolvated at 80 ° C. under reduced pressure to obtain 262 parts of white crystals. After adding 600 parts of methanol to the obtained solid, it was cooled to −5 ° C. and allowed to stand for 12 hours for recrystallization. The precipitated crystals were filtered and dried under reduced pressure at 80 ° C. to obtain 194 parts of electrolyte (A-5). As a result of analysis by 1H-NMR, 19F-NMR and 13C-NMR, the electrolyte (A-5) was a PF 6 salt of a cationic species (a-2). From the integral value of 1H-NMR, the purity was 99%.

<製造例6>
・電解質(A−6)の製造
ピロリジン(和光純薬工業製)100部、炭酸カリウム97部をテフロン(登録商標)コーティングしたオートクレーブに仕込み、1,4−ジクロロブタン(和光純薬工業製)179部を加え、90℃で8時間反応を行った。この反応溶液に42重量%のホウフッ化水素酸水溶液(ステラケミファ製)294部を25℃で約30分かけて徐々に滴下した。滴下が終了して、泡の発生がおさまった後、20Torr、100℃で、溶媒を全量留去して、固体195部が得られた。この固体をエタノール(ナカライテスク製)、2−プロパノール(ナカライテスク製)を用いて晶析を2回行い、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオンBF の電解質塩(A−6)136部を得た。
<Production Example 6>
-Production of electrolyte (A-6) 100 parts of pyrrolidine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 97 parts of potassium carbonate were charged into a Teflon (registered trademark) -coated autoclave, and 1,4-dichlorobutane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 179 Part was added and reacted at 90 ° C. for 8 hours. To this reaction solution, 294 parts of a 42 wt% aqueous borofluoric acid solution (manufactured by Stella Chemifa) was gradually added dropwise at 25 ° C. over about 30 minutes. After the completion of the dropping and the generation of bubbles was stopped, the whole solvent was distilled off at 20 Torr and 100 ° C. to obtain 195 parts of a solid. This solid was crystallized twice using ethanol (manufactured by Nacalai Tesque) and 2-propanol (manufactured by Nacalai Tesque), and an electrolyte salt of spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium ion BF 4 (A- 6) 136 parts were obtained.

・電解液溶媒の脱水
以下で使用する電解液用溶媒はすべて、以下の脱水処理をしてから使用した。
使用する溶媒100部に対してそれぞれモレキュラーシーブ3部を加えて25℃で60時間放置して乾燥を行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水溶媒を得た。
Electrolyte solvent dehydration All the electrolyte solvents used below were used after the following dehydration treatment.
After adding 3 parts of molecular sieve to 100 parts of the solvent to be used and drying it by leaving it at 25 ° C. for 60 hours, the molecular sieve was separated by filtration to obtain a dehydrated solvent.

<実施例1>
脱水したスルホラン50ml部と、脱水したエチルメチルカーボネート50mlと、電解質(A−1)20gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は32ppmであった。
<Example 1>
50 ml of dehydrated sulfolane, 50 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 20 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolyte solution. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<実施例2>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、電解質(A−1)20gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は31ppmであった。
<Example 2>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 20 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 31 ppm.

<実施例3>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、電解質(A−2)25gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は26ppmであった。
<Example 3>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate and 25 g of electrolyte (A-2) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 26 ppm.

<実施例4>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、電解質(A−3)26gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は19ppmであった。
<Example 4>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate and 26 g of electrolyte (A-3) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolyte solution. The water content of the electrolytic solution was 19 ppm.

<実施例5>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、電解質(A−4)19gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は15ppmであった。
<Example 5>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate and 19 g of electrolyte (A-4) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 15 ppm.

<実施例6>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、電解質(A−5)24gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は15ppmであった。
<Example 6>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate and 24 g of electrolyte (A-5) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 15 ppm.

<実施例7>
脱水したスルホラン50mlと、脱水したエチルメチルカーボネート50mlと、脱水したアセトニトリル50mlと、電解質(A−1)30gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は37ppmであった。
<Example 7>
50 ml of dehydrated sulfolane, 50 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated acetonitrile, and 30 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 37 ppm.

<実施例8>
脱水したスルホラン76mlと、脱水したエチルメチルカーボネート24mlと、脱水したγ−ブチロラクトン50mlと、電解質(A−4)29gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は32ppmであった。
<Example 8>
76 ml of dehydrated sulfolane, 24 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated γ-butyrolactone, and 29 g of electrolyte (A-4) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<実施例9>
脱水したスルホラン80mlと、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、脱水したクロロベンゼン50mlと、電解質(A−1)30gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は22ppmであった。
<Example 9>
80 ml of dehydrated sulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated chlorobenzene, and 30 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 22 ppm.

<実施例10>
脱水したスルホラン80mlと、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、脱水したベンゾトリフルオリド50mlと、電解質(A−1)30gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は25ppmであった。
<Example 10>
80 ml of dehydrated sulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated benzotrifluoride, and 30 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 25 ppm.

<実施例11>
脱水したスルホラン80mlと、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、脱水したフェニルアセトニトリル50mlと、電解質(A−1)30gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は17ppmであった。
<Example 11>
80 ml of dehydrated sulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated phenylacetonitrile, and 30 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 17 ppm.

<実施例12>
脱水したスルホラン80mlと、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、脱水したアセトニトリル50mlと、電解質(A−1)30gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は34ppmであった。
<Example 12>
80 ml of dehydrated sulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, 50 ml of dehydrated acetonitrile, and 30 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 34 ppm.

<実施例13>
脱水したスルホラン40mlと脱水した3−メチルスルホラン40mlと、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、電解質(A−1)20gを均一混合し電解液を得た。電解液の水分は19ppmであった。
<Example 13>
40 ml of dehydrated sulfolane, 40 ml of dehydrated 3-methylsulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 20 g of electrolyte (A-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 19 ppm.

<実施例14>
脱水したスルホラン60mlと脱水した2,4−ジメチルスルホラン20ml、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、電解質(A−4)19部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は19ppmであった。
<Example 14>
60 ml of dehydrated sulfolane, 20 ml of dehydrated 2,4-dimethylsulfolane, 20 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 19 parts of electrolyte (A-4) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 19 ppm.

<比較例1>
脱水したスルホラン80ml部と、脱水したエチルメチルカーボネート20mlと、電解質(A−6)20gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は32ppmであった。
<Comparative Example 1>
Dehydrated sulfolane (80 ml), dehydrated ethyl methyl carbonate (20 ml), and electrolyte (A-6) (20 g) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<比較例2>
脱水したスルホラン50ml部と、脱水したエチルメチルカーボネート50mlと、電解質としてテトラエチルアンモニウムBF(東京化成工業社製)(A−7)20gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は32ppmであった。
<Comparative example 2>
50 ml of dehydrated sulfolane, 50 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 20 g of tetraethylammonium BF 4 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (A-7) as an electrolyte were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolyte solution. It was. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<比較例3>
脱水したスルホラン50ml部と、脱水したエチルメチルカーボネート50mlと、電解質としてトリエチルメチルアンモニウムBF(東京化成工業社製)(A−8)20gを25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は32ppmであった。
<Comparative Example 3>
50 ml of dehydrated sulfolane, 50 ml of dehydrated ethyl methyl carbonate, and 20 g of triethylmethyl ammonium BF 4 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (A-8) as an electrolyte were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. Obtained. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<比較例4>
脱水したスルホラン100部と、電解質(A−1)20部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は21ppmであった。
<Comparative example 4>
100 parts of dehydrated sulfolane and 20 parts of electrolyte (A-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 ppm.

<比較例5>
脱水したプロピレンカーボネート100部と、電解質(A−1)20部を25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は22ppmであった。
<Comparative Example 5>
100 parts of dehydrated propylene carbonate and 20 parts of electrolyte (A-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 22 ppm.

<比較例6>
脱水したプロピレンカーボネート100部と、電解質(A−2)25部を25℃にて均一に混合溶解させて、電解液を得た。電解液の水分は22ppmであった。
<Comparative Example 6>
100 parts of dehydrated propylene carbonate and 25 parts of electrolyte (A-2) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 22 ppm.

上記電解液の特性を評価するため、電解液を室温から−30℃に冷却し3時間静置して、目視で電解液の固化、電解質の析出の有無を確認した。 In order to evaluate the characteristics of the electrolytic solution, the electrolytic solution was cooled from room temperature to −30 ° C. and allowed to stand for 3 hours, and the presence or absence of solidification of the electrolytic solution and precipitation of the electrolyte was visually confirmed.

また、グラッシーカーボン電極(BAS社製、外径6mm、内径1mm)を用い、5mV/secの走査電位速度で、分極測定を行った。10μA/cm2 の電流が流れる時のAg/Ag+ 参照電極に対する電位を酸化電位、−10μA/cm2 の電流が流れる時のAg/Ag+ 参照電極に対する電位を還元電位とし、酸化電位と還元電位の値の差から電位窓を算出した。電解液の電位窓は、電解液の電気化学的に安定な範囲を示す。電位窓の広い電解液を用いた電気化学素子は幅広い電圧範囲での使用が可能となる。すなわち耐電圧が高いと言える。 Moreover, polarization measurement was performed using a glassy carbon electrode (manufactured by BAS, outer diameter 6 mm, inner diameter 1 mm) at a scanning potential speed of 5 mV / sec. The potential for Ag / Ag + reference electrode when a current of 10 μA / cm 2 flows is an oxidation potential, and the potential for Ag / Ag + reference electrode when a current of −10 μA / cm 2 flows is a reduction potential. The potential window was calculated from the difference in potential values. The potential window of the electrolytic solution indicates an electrochemically stable range of the electrolytic solution. An electrochemical element using an electrolytic solution having a wide potential window can be used in a wide voltage range. That is, it can be said that the withstand voltage is high.

結果を表1に示す。−30℃における目視確認で電解液が固化した場合は「固化」、もしくは析出物の発生が観察されたものは「析出」、固化や析出が観察されない場合は「変化なし」と表記した。 The results are shown in Table 1. When the electrolyte was solidified by visual confirmation at −30 ° C., “solidification” was indicated, or “precipitation” was observed when precipitation was observed, and “no change” was indicated when solidification or precipitation was not observed.

表1から明らかなように、本発明の実施例1〜14の電解液は、−30℃の低温において固化もしくは析出物の発生がなく、かつ電位窓が6.9V以上と大きいことから、−30℃の低温でも使用可能であり、かつ耐電圧も高いことが示された。比較例1〜3は、低温で電解質の析出が起こることから低温で使用できない。また比較例4は、−30℃では固化していることから低温で使用できない。 As is clear from Table 1, the electrolytes of Examples 1 to 14 of the present invention have no solidification or precipitation at a low temperature of −30 ° C., and the potential window is as large as 6.9 V or more. It was shown that it can be used at a low temperature of 30 ° C. and has a high withstand voltage. Comparative Examples 1 to 3 cannot be used at low temperatures because electrolyte deposition occurs at low temperatures. Moreover, since the comparative example 4 is solidified at -30 degreeC, it cannot be used at low temperature.

Figure 2010153560
Figure 2010153560

本発明の電解液及び比較例の電解液を使用して3電極式電気二重層キャパシタ(パワーシステム(株)社製、図1)を作成した。このキャパシタを用いて充放電サイクル試験を行い静電容量、抵抗及び漏れ電流について評価した。 Using the electrolytic solution of the present invention and the electrolytic solution of the comparative example, a three-electrode electric double layer capacitor (manufactured by Power System Co., Ltd., FIG. 1) was prepared. A charge / discharge cycle test was performed using this capacitor, and the capacitance, resistance, and leakage current were evaluated.

粉状の活性炭(関西熱化学(株)製 「MSP−20」)をカーボンブラックおよびポリテトラフルオロエチレン粉(PTFE)と混合した。重量比は、10:1:1とした。
得られた混合物を乳鉢にて5分程度練り、これをロールプレスで圧延して活性炭シートを得た。活性炭シートの厚さは、400μmとした。この活性炭シートを20mmΦのディスク状に打ち抜き、活性炭電極を得た。
Powdered activated carbon (“MSP-20” manufactured by Kansai Thermal Chemical Co., Ltd.) was mixed with carbon black and polytetrafluoroethylene powder (PTFE). The weight ratio was 10: 1: 1.
The obtained mixture was kneaded for about 5 minutes in a mortar and rolled with a roll press to obtain an activated carbon sheet. The thickness of the activated carbon sheet was 400 μm. This activated carbon sheet was punched into a 20 mmφ disk shape to obtain an activated carbon electrode.

得られた活性炭電極(正極、負極及び参照極)を用いて、3電極式電気二重層キャパシタ(パワーシステム(株)社製)を組み立てた。これらセルを真空中170℃で7時間乾燥し、30℃まで冷却した。乾燥雰囲気中で<実施例1〜14>、<比較例1〜6>の電解液をセルに注入し、ついで真空含浸を行い電気二重層キャパシタを作製した。   A three-electrode electric double layer capacitor (manufactured by Power System Co., Ltd.) was assembled using the obtained activated carbon electrodes (positive electrode, negative electrode and reference electrode). These cells were dried in vacuum at 170 ° C. for 7 hours and cooled to 30 ° C. In a dry atmosphere, the electrolytes of <Examples 1 to 14> and <Comparative Examples 1 to 6> were injected into the cell, followed by vacuum impregnation to produce an electric double layer capacitor.

作成した電気二重層キャパシタに充放電試験装置(パワーシステム(株)製、「CDT-5R2-4」)を接続し、設定電圧まで25mAにて定電流充電を行い、充電開始から7200秒後に25mAにて定電流放電を行った。これを設定電圧3.3V、45℃で50サイクル実施し、セルの初期及び50サイクル後の静電容量値と静電容量の保持率(%)、初期及び50サイクル後の内部抵抗及び内部抵抗の増加率(%)を測定し、長期信頼性の指標とした。試験結果を表2に示す。   Connect the charge / discharge test device (“CDT-5R2-4” manufactured by Power System Co., Ltd.) to the created electric double layer capacitor, perform constant current charging at 25 mA to the set voltage, and 25 mA 7200 seconds after the start of charging. A constant current discharge was performed at. This was carried out for 50 cycles at a set voltage of 3.3 V and 45 ° C., and the capacitance value and capacitance retention ratio (%) after the initial and 50 cycles of the cell, and the internal resistance and internal resistance after the initial and 50 cycles. The rate of increase (%) was measured and used as an indicator of long-term reliability. The test results are shown in Table 2.

Figure 2010153560
Figure 2010153560

表2から明らかなように、本発明の実施例1〜14の電解液を使用した電気二重層コンデンサは、比較例1〜3、5、6の電解液を使用した電気二重層キャパシタに比べてサイクル試験後の容量保持率が高く、内部抵抗増加率が低いことから、本発明の電解液を使用した電気化学キャパシタは長期信頼性に優れることがわかる。比較例4は実施例1〜14と同等に容量保持率が高く、内部抵抗増加率が低いが、低温で固化するため極めて限られた用途にしか使用できない。
また、非水混合溶媒(H)が、スルホラン誘導体(S)、鎖状炭酸エステル(C)、及びエステル系溶媒(G1)とベンゼン誘導体(G2)とニトリル誘導体(G3)とからなる群より選ばれる溶媒との3種の溶媒を含有する実施例7〜14の場合は、表2に示すように特に容量保持率が高くなり好ましい。
よって本発明の電解液を使用した電気化学キャパシタの長期信頼性は飛躍的に改善し、高信頼性の電気化学素子を構成できることが明らかである。
As is clear from Table 2, the electric double layer capacitors using the electrolytic solutions of Examples 1 to 14 of the present invention are compared with the electric double layer capacitors using the electrolytic solutions of Comparative Examples 1 to 3, 5, and 6. Since the capacity retention after the cycle test is high and the internal resistance increase rate is low, it can be seen that the electrochemical capacitor using the electrolytic solution of the present invention has excellent long-term reliability. Comparative Example 4 has a high capacity retention rate and a low internal resistance increase rate as in Examples 1 to 14, but it can be used only for extremely limited applications because it solidifies at a low temperature.
The non-aqueous mixed solvent (H) is selected from the group consisting of a sulfolane derivative (S), a chain carbonate ester (C), and an ester solvent (G1), a benzene derivative (G2), and a nitrile derivative (G3). In the case of Examples 7 to 14 containing three kinds of solvents, the capacity retention rate is particularly high as shown in Table 2.
Therefore, it is clear that the long-term reliability of the electrochemical capacitor using the electrolytic solution of the present invention is drastically improved and a highly reliable electrochemical device can be constructed.

本発明の第4級アンモニウム塩電解液は、低温環境下でも使用可能であり、高耐電圧である。したがって、本発明の電解液を用いることにより低温でも安定に使用可能な、長期安定性に優れた電気化学素子を得ることができる。本発明の電気化学素子は電気化学キャパシタ、二次電池、色素増感太陽電池等に適用可能である。 The quaternary ammonium salt electrolyte of the present invention can be used even in a low temperature environment and has a high withstand voltage. Therefore, by using the electrolytic solution of the present invention, an electrochemical element having excellent long-term stability that can be used stably even at low temperatures can be obtained. The electrochemical device of the present invention is applicable to electrochemical capacitors, secondary batteries, dye-sensitized solar cells and the like.

3電極式電気二重層キャパシタ3 electrode type electric double layer capacitor

Claims (9)

一般式(1)で表される化合物(A)を含有してなる電解質(B)と、非水混合溶媒(H)を含有してなる電解液であって、非水混合溶媒(H)が、スルホラン、3−メチルスルホラン及び2,4−ジメチルスルホランからなる群より選ばれる少なくとも1種のスルホラン誘導体(S)と、一般式(2)で表される鎖状炭酸エステル(C)を含有してなることを特徴とする電気化学素子用電解液。
Figure 2010153560
[Rはハロゲン原子、水酸基、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基である。R2はハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基、水素原子、又はハロゲン原子である。R3〜R14は、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のフルオロアルキル基、水素原子、又はハロゲン原子である。R3〜R14は同じでも異なっていてもよい。h、i、j、x、y及びzは0〜6の整数であり、同じでも異なっていてもよい。h+xは0〜6の整数、i+y及びj+zは1〜6の整数である。Xは対アニオンを表し、該対アニオンの第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.である。]
Figure 2010153560
[R15とR16は炭素数1〜5のアルキル基であり、R15とR16は異なる基である。]
An electrolyte solution containing an electrolyte (B) containing the compound (A) represented by the general formula (1) and a non-aqueous mixed solvent (H), wherein the non-aqueous mixed solvent (H) is And at least one sulfolane derivative (S) selected from the group consisting of sulfolane, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, and a chain carbonate ester (C) represented by the general formula (2). An electrolyte for an electrochemical element, characterized in that
Figure 2010153560
[R 1 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have at least one group selected from the group consisting of a halogen atom, a hydroxyl group, a nitro group, a cyano group and a group having an ether bond. is there. R 2 is a halogen atom, a nitro group, a cyano group and a monovalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have at least one group selected from the group consisting of groups having an ether bond, a hydrogen atom, Or it is a halogen atom. R 3 to R 14 are an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a fluoroalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a hydrogen atom, or a halogen atom. R 3 to R 14 may be the same or different. h, i, j, x, y, and z are integers of 0 to 6, and may be the same or different. h + x is an integer of 0-6, i + y and j + z are integers of 1-6. X represents a counter anion, and the HOMO energy of the counter anion according to the first principle molecular orbital calculation is −0.60 to −0.20 a.u. ]
Figure 2010153560
[R 15 and R 16 are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, and R 15 and R 16 are different groups. ]
25℃において、非水混合溶媒(H)の体積に対するスルホラン誘導体(S)の体積が76〜95体積%、鎖状炭酸エステル(C)の体積が5〜24体積%である請求項1に記載の電解液。 The volume of the sulfolane derivative (S) is 76 to 95% by volume and the volume of the chain carbonate (C) is 5 to 24% by volume with respect to the volume of the non-aqueous mixed solvent (H) at 25 ° C. Electrolyte. 一般式(1)において、対イオンXが、BF 、PF 、AsF 、SbF 、N(RfSO 、C(RfSO およびRfSO (Rfは炭素数1〜12のフルオロアルキル基)からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1又は2に記載の電解液。 In the general formula (1), the counter ion X is BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , N (RfSO 3 ) 2 , C (RfSO 3 ) 3 and RfSO 3 (Rf). The electrolyte solution according to claim 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of a fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms. 非水混合溶媒(H)がさらに一般式(3)で表されるエステル系溶媒(G1)を含有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解液。
Figure 2010153560
[R17とR18は炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基であって、R17とR18は同じでも異なっていてもよい。またはR17とR18は相互に結合して環を形成していてもよい。]
The electrolyte solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-aqueous mixed solvent (H) further contains an ester solvent (G1) represented by the general formula (3).
Figure 2010153560
[R 17 and R 18 are aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 17 and R 18 may be the same or different. Alternatively, R 17 and R 18 may be bonded to each other to form a ring. ]
非水混合溶媒(H)がさらに一般式(4)で表される分子量が400以下であるベンゼン誘導体(G2)を含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解液。
Figure 2010153560
[式中、R19は、ハロゲン原子、又は炭素数1〜7である有機基(g)、R20及びR21は水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜7である有機基(g)である。R19、R20及びR21は同じでも異なっていてもよい。]
The electrolyte solution according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-aqueous mixed solvent (H) further contains a benzene derivative (G2) having a molecular weight of 400 or less represented by the general formula (4).
Figure 2010153560
[Wherein, R 19 is a halogen atom or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms, R 20 and R 21 are a hydrogen atom, a halogen atom, or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms. It is. R 19 , R 20 and R 21 may be the same or different. ]
非水混合溶媒(H)がさらに一般式(5)で表されるニトリル誘導体(G3)を含有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解液。
Figure 2010153560
[R22は、1〜2個のシアノ基、エーテル結合を有していてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基である。]
The electrolyte solution according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-aqueous mixed solvent (H) further contains a nitrile derivative (G3) represented by the general formula (5).
Figure 2010153560
[R 22 is an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have 1 to 2 cyano groups or an ether bond. ]
請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解液を用いることを特徴とする電気化学素子。 An electrochemical element using the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解液を用いることを特徴とする電気化学キャパシタ。 An electrochemical capacitor using the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電解液を用いることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
An electric double layer capacitor using the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 6.
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