JP3145049B2 - 電解液用の電解質 - Google Patents

電解液用の電解質

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、電解液用の電解質
に関する。更に詳しくは、四級アンモニウム無機酸塩か
らなる水系及び有機系の電解液用の電解質に関する。 【0002】 【従来の技術】四級アンモニウム塩の合成方法として
は、一般に、三級アミン類をアルキルハライド、ジアル
キル硫酸などで加熱下で四級化する方法が採用されてい
る。又、陰イオン種を種々に変化させた四級アンモニウ
ム塩を製造する場合には、通常四級アンモニウムハライ
ド(塩化物、臭化物、ヨウ化物)の陰イオン交換による
方法が採用されている。例えば、下記に示すような反応
式に従って、四級アンモニウム臭化物を四級アンモニウ
ム水酸化物に転換したのち(反応1a)無機酸によって
中和処理する方法(反応1b)、四級アンモニウム臭化
物を無機酸と反応させ、対応する無機酸塩が不溶な溶媒
を選定することにより析出分離する方法(反応2)、四
級アンモニウム臭化物と無機酸のアルカリ金属塩とを反
応させ、無機酸塩を析出または抽出により得る方法(反
応式3)、さらには四級アンモニウム臭化物と無機酸の
銀塩を反応させて臭化銀を析出させて濾液から目的物を
得る方法(反応4)などを例示することができる。 【0003】 【反応式】 反応1aによる四級アンモニウム水酸化物の製造法とし
ては、適当な溶媒に溶かした四級アンモニウム臭化物を
四級アンモニウム水酸化物型のイオン交換樹脂と反応さ
せる方法、四級アンモニウム臭化物を液状媒体中でアル
カリ金属水酸化物と反応させる方法、電気化学的方法に
より臭素イオンをBr2 として分離し、水酸化物を得る
方法、さらには銀化合物を用いる方法などが知られてい
る。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、反応式
1aによるいずれの方法も四級アンモニウム水酸化物の
製法として高価な方法であり、又、一般に四級アンモニ
ウム水酸化物中の臭素イオンを完全に除くことは困難で
あるので、反応1bによる中和生成物の純度に問題を生
ずることが多い。また、反応2および3の方法において
は、目的とする四級アンモニウム無機酸塩中の臭素イオ
ンの除去はかなり困難であり、高純度の四級アンモニウ
ム無機酸塩を得る製造法としては不適当である。反応4
に基づく方法は定量的な反応を行わせる方法としては好
ましいものと考えられるが、原料となる無機酸の銀塩が
きわめて高価であり、工業的に採用できる方法とは言い
難い。以上、四級アンモニウム臭化物を一例として述べ
たが、他のハライド、硫酸塩などを用いた場合も同様で
あり、電解液用の電解質として好適な高純度の四級アン
モニウム無機酸塩の効率的な製造方法は知られていな
い。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明者らは電解液用の
電解質について鋭意検討した結果、特定の製造方法にて
製造した四級アンモニウム無機酸塩が、電解液用の電解
質として好適なものであることを見出し本発明に到達し
た。すなわち、本発明の要旨は、 三級アミンを炭酸ジエステルと反応させて対応する四級
アンモニウム炭酸塩とし、該四級アンモニウム炭酸塩
を、共役塩基がハロゲンイオン及び硫酸イオン以外の基
である無機酸と混合して炭酸ガスを発生させることによ
り生成させた、対応する四級アンモニウム無機酸塩から
なる電解液用の電解質に在る。 【0006】 【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明に係る電解質の原料となる三級アミンとして
は、脂肪族アミン類、例えば、トリメチルアミン、トリ
エチルアミン、エチルジメチルアミン、トリ−n−プロ
ピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−オク
チルアミン、ジエチル−i−プロピルアミン、N,N,
N′,N′−テトラメチルエチレンジアミンなどや、含
窒素ヘテロ環アミン類、例えば、N−メチルピロリジ
ン、N−エチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N
−エチルピペリジン、N−n−ブチルピペリジン、N−
メチルヘキサメチレンイミン、N−エチルヘキサメチレ
ンイミン、N−メチルモルホリン、N−ブチルモルホリ
ン、N,N′−ジメチルピペラジン、N,N′−ジエチ
ルピペラジン、1,5−ジアザビシクロ〔4,3,0〕
−5−ノネン、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕
−7−ウンデセンなどの含窒素ヘテロ環脂肪族アミン
類、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、ピコリン
類、N−メチルイミダゾール、N−メチルベンズイミダ
ゾール、キノリン、4,4′−ジピリジルなどの含窒素
ヘテロ環芳香族アミン類などを挙げることができる。 【0007】炭酸ジエステルとしては、炭酸ジメチル、
炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピルなど
を挙げることができるが、炭酸ジメチルなどのようにア
ルキル基の炭素数が少ない方が四級化反応が速やかに進
行し好ましい。無機酸としては、特に制約はないが、炭
酸に比較し強酸なものほど陰イオンへの交換は速く完結
する。又、炭酸に較べて弱い酸でも平衡を少しずつずら
せながら行うことで時間をかければ陰イオン交換は達成
される。これらの無機酸の具体的な例としては、HF、
HCl、HBr、HI、HNO3 、H2 SO4 、H3
3 、H3 BO3 、HClO4 、HBF4 、HPF6
HSbF6 、HAsF6、HOSO2 Cl、HOSO2
F、H2 CrO4 、H226 、HMnO4 、HRe
4 、H2 SeO4 、HSCNなどを挙げることができ
る。好ましくは、共役塩基がハロゲンイオン及び硫酸イ
オン以外のものである無機酸を用いる。先に述べたよう
に、陰イオンがハロゲンイオン及び硫酸イオン以外のも
のである四級アンモニウム無機酸塩は、通常の塩交換に
よる方法では高純度のものを効率的に製造することは極
めて困難である。 【0008】第1工程である四級化反応は、三級アミン
と炭酸ジエステルとのモル比で0.2〜5、より好まし
くは0.3〜3とし、溶媒の存在下又は非存在下、反応
温度20〜200℃、より好ましくは30〜160℃で
実施される。通常三級アミンが四級化物に充分転化した
ところで、未反応のアミンもしくは炭酸ジエステルを、
溶媒を用いた場合には溶媒とともに留去したのち、ある
いは必要に応じて適当な有機溶媒で再結晶して、第2工
程に送られる。第2工程では、通常、四級アンモニウム
炭酸塩に量論値又は小過剰量の無機酸を溶媒存在下又は
非存在下に滴下し、発生する炭酸ガスを減圧下又は不活
性ガスを反応系に吹き込むことで除去する。この際、起
る反応は炭酸ジメチルを原料とした場合、次式で表わさ
れる。 【0009】 【工程式】 【0010】(式中、R1 、R2 およびR3 は三級アミ
ンの炭化水素残基、Xは無機酸の共役塩基を示す。)反
応後、副生アルコール及び溶媒を用いた場合には溶媒を
留去したのち得られる固体が目的の四級アンモニウム無
機酸塩である。必要に応じて適当な溶媒により再結晶な
どで高純度なものを得ることができる。又、炭酸イオン
を完全に除くために量論値より少し過剰な無機酸を使用
した場合には、過剰の無機酸を再結晶などの処理によっ
て除くことができる。 【0011】 【実施例】以下、実施例により、本発明の電解液用の電
解質として用いる四級アンモニウム無機酸塩の製造方法
を更に具体的に説明する。 (実施例1) 〔第1工程〕 攪拌式オートクレーブに炭酸ジメチル17.8g、トリ
エチルアミン20.0g及び溶媒としてメタノール2
0.0gを充填し、反応温度115℃、反応圧力5.0
kg/cm2 Gで12時間反応した。反応後オートクレ
ーブを冷却し、反応液を取り出してガスクロマトグラフ
で分析したところ、トリエチルアミンの転化率は94.
6%であり、未反応物及び溶媒を留去したのちの固体収
量は34.0gであった(理論値の89.9%)。元素
分析並びにH−NMRなどからこのものはトリエチルメ
チルアンモニウムメチルカーボネートであることが確認
された。 【0012】〔第2工程〕 得られたトリエチルメチルアンモニウムメチルカーボネ
ート10.0gを水15gに溶解させ、60%HClO
4 水溶液8.8gを徐々に添加した。添加と同時に激し
く炭酸ガスが発生した。より完全に炭酸ガスを除去する
ために40℃/20mmHgで2時間脱気し、イオンク
ロマトグラフィーにより炭酸イオンが20ppm以下で
あることを確認後、水を留去した。残渣を9.5gのメ
タノールから再結晶して過塩素酸トリエチルメチルアン
モニウム10.4g(トリエチルアミンに対し82.7
%収率)を得た。 【0013】(実施例2) 〔第1工程〕 攪拌式オートクレーブに炭酸ジメチル68.8g、N−
メチルピロリジン65.0g及び溶媒としてメタノール
60.0gを充填し、反応温度120℃、反応圧力3k
g/cm2 Gで6時間反応した。反応後、オートクレー
ブを冷却し、反応液を取り出してガスクロマトグラフで
分析したところ、N−メチルピロリジンの転化率は9
8.1%であった。未反応物及び溶媒を留去したところ
130.6gの固体が回収された(理論値の97.6
%)。元素分析並びにH−NMRなどから、この固体は
N,N−ジメチルピロリジニウムメチルカーボネートで
あることが確認された。 【0014】〔第2工程〕 得られたN,N−ジメチルピロリジニウムメチルカーボ
ネート10.0gと42%HBF4 水溶液12.9gを
用いた他は実施例1〔第2工程〕と同様にして高純度の
ジメチルピロリジニウムテトラフルオロボレート10.
1g(N−メチルピロリジンに対し92.4%収率)を
得た。 (実施例3) 実施例2〔第1工程〕において得られたN,N−ジメチ
ルピロリジニウムメチルカーボネート10.0gに乾燥
窒素雰囲気下、HOSO2 F5.7gを徐々に添加し、
50℃/5mmHgで炭酸ガスを除いて、フルオロ硫酸
ジメチルピロリジニウム10.8g(N−メチルピロリ
ジンに対し92.7%収率)を得た。 【0015】(実施例4) 〔第1工程〕 原料として炭酸ジメチル8.8g、ピリジン10.0
g、溶媒としてメタノール10.0gを使用した以外は
実施例1と同様の反応を行って、16.8gの固体を得
た(理論値の78.5%)。元素分析、H−NMRなど
から、この固体はN−メチルピリジニウムメチルカーボ
ネートであることが確認された。 〔第2工程〕 得られたN−メチルピリジニウムメチルカーボネート1
0.0gと60%HClO4 9.9gを使用した以外は
実施例1〔第2工程〕と同様の操作を行って過塩素酸N
−メチルピリジニウム10.8g(ピリジンに対し7
4.3%収率)を得た。 【0016】(実施例5) 〔第1工程〕 原料として炭酸ジメチル17.0g、1,5−ジアザビ
シクロ〔4,3,0〕−5−ノネン10.0gを使用し
た以外は実施例1と同様な反応を行ったところ12.6
gの粘性液体を得た(論理値の72.8%)。元素分
析、H−NMR、MSなどから、この粘性液体は1−メ
チル−1−アゾニア−5−アザビシクロ[4,3,0]
−5−ノネンメチルカーボネートであることが確認され
た。 【0017】(第2工程) 得られた1−メチル−1−アゾニア−5−アザビシクロ
[4,3,0]−5−ノネンメチルカーボネート8.0
gと40%HBF4 7.4gを使用した以外は実施例1
と同様の操作を行って、1−メチル−1−アゾニア−5
−アザビシクロ[4,3,0]−5−ノネンテトラフル
オロボレート8.2g(1,5−ジアザビシクロ[4,
3,0]−5−ノネンに対し70.8%収率)を得た。 【0018】 【発明の効果】本発明の方法によれば、高純度の四級ア
ンモニウム無機酸塩からなる電解液用の電解質を安価に
提供することが可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇恵 誠 茨城県稲敷郡阿見町中央8丁目3番1号 三菱化学株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−239616(JP,A) 特公 昭52−40025(JP,B2) 特公 昭54−9704(JP,B2) イタリア特許1153530(IT,B)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.三級アミンを炭酸ジエステルと反応させて対応する
    四級アンモニウム炭酸塩とし、該四級アンモニウム炭酸
    塩を、共役塩基がハロゲンイオン及び硫酸イオン以外の
    基である無機酸と混合して炭酸ガスを発生させることに
    より生成させた、対応する四級アンモニウム無機酸塩か
    らなることを特徴とする電解液用の電解質。 2.三級アミンが、脂肪族アミンであることを特徴とす
    る請求項1記載の電解液用の電解質。 3.三級アミンが、含窒素ヘテロ環アミンであることを
    特徴とする請求項1記載の電解液用の電解質。 4.三級アミンが、含窒素ヘテロ環脂肪族アミンである
    ことを特徴とする請求項1記載の電解液用の電解質。 5.三級アミンが、含窒素ヘテロ環芳香族アミンである
    ことを特徴とする請求項1記載の電解液用の電解質。 6.無機酸が、HNO3 、H3 PO3 、H3 BO3 、H
    ClO4、HBF4 、HPF6 、HSbF6 、HAsF6
    、HOSO2 Cl、HOSO2F、H2 CrO4 、H2
    26 、HMnO4 、HReO4 、H2 SeO4 及び
    HSCNから成る群から選ばれた少なくとも1つの無機
    酸であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記
    載の電解液用の電解質。 7.無機酸が、HClO4 、HBF4 及びHOSO2
    から成る群から選ばれた少なくとも1つの無機酸である
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電解
    液用の電解質。
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