JP4641646B2 - 非水電解液用電解質 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池などに使用される非水電解液用電解質に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イミダゾリウム塩は常温付近で液体である化合物が多く、また、不燃性、不揮発性に優れている為、有機反応用触媒及びその中間体、並びに化学反応や金属メッキなどを行なう際の溶媒として検討されている。また、電気化学的安定性、導電性も良好であることから、一次電池、二次電池、電気二重層キャパシタ、湿式太陽電池用電解質としても期待されている。特に近年、リチウム二次電池の大きな問題点である発火の危険性を減少させる目的で、リチウム二次電池用難燃性電解質としてイミダゾリウム塩が盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、アニオン成分としてハロゲン化物、アルミニウムハライド、ハロゲン化ホウ素やハロゲン化リン等のイオンを用いた１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩が二次電池の電解質として使用できることが知られている（特開昭６０−１３３６６９号公報、特開昭６０−１３３６７０号公報、及び特開昭６１−１３３５８０号公報）。
【０００４】
また、アニオン成分としてビストリフルオロメチルスルホニルアミンイオン（以下、ＴＦＮイオンと略す。）を用い、カチオン成分としてＮ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウムイオンを用いた塩は、周囲温度で粘性の疎水性液状塩であり、電気化学式光電池などの電気化学系の溶媒等に使用できることが知られている（特開平０８−２５９５４３号公報）。上記塩は、従来のイミダゾリウム塩が親水性であるのに対し、疎水性であり禁水が要求されるリチウム二次電池の電解質としても適しているといえる。また、耐水性が向上していることから、取り扱いが容易である。
【０００５】
ところで、リチウム二次電池用電解質においては、高導電率、疎水性の他に、充放電時に正極で酸化や還元を受けないことが要求される。即ち、電解質の酸化電位以上での充電又は還元電位以下での放電を行なった場合には、電解質の劣化が起こるため、一般的な電極構成のリチウム二次電池用の電解質としては、その還元電位（電解質が還元され始める電位である還元限界電位を意味する）は低く、例えば目安としてＩ−／Ｉ３−電極系に対する電位で概略−２．５Ｖ以下であり、且つ酸化電位（電解質が酸化され始める電位である酸化限界電位を意味する）と還元電位の差の絶対値（電位窓）は大きく（広く）、例えば目安として概略５Ｖ以上であることが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなリチウム二次電池用電解質として期待されている従来のイミダゾリウム塩はいずれも耐還元性が低く、現在に至るまで上記のような安定性を示すイミダゾリウム塩からなる非水電解液用電解質は知られていない。例えば、特開平１１−２９７３５５号公報には、電気伝導度が高いビストリフルオロメチルスルホニルアミン−１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（以下ＥＭＩ−ＴＦＮ塩と略す）は充電時リチウムより貴な電位で｛−２．２Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−（但し、ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−は、Ｉ−／Ｉ３−電極系に対する電位を意味する。）｝分解反応を起こすため、電解質としての安定性が十分でない旨が記載されている。
【０００７】
従って、本発明は、リチウム二次電池等の非水電解質として使用したときに充電時に安定で且つ不燃性を兼ね備える非水電解液用電解質を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明者等は、上記技術課題を解決すべく各種イミダゾリウム塩の合成及びその評価を行ってきた。その結果、本発明者等によって合成されたイミダゾリウム環の一位と三位の窒素原子にα位で分岐しているアルキル基が置換したイミダゾリウムカチオンを持つ置換イミダゾリウム塩の還元電位（還元限界電位）は−２．９（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以下で、その電位窓は５．３Ｖ以上であり、リチウム二次電池の非水電解質として好適であるという知見を得た。そして、該知見に基づき更に検討を行なった結果、同様な安定性を有する一連の置換イミダゾリウム塩を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記一般式（Ｉ）
【００１０】
【化２】
【００１１】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、少なくとも１個の第二級炭素原子又は第三級炭素原子を有し、第二級炭素原子又は第三級炭素原子でイミダゾリウム環の一位及び三位の窒素原子と結合する有機残基であり、Ｒ３は、アルキル基であり、ａは０〜３の整数であり、ａが２又は３のときには各Ｒ３は互いに異なっていてもよく、Ｘ−は、１価のアニオンである。）
で示される置換イミダゾリウム塩からなることを特徴とする非水電解液用電解質である。
【００１２】
上記本発明の非水電解液用電解質の中でも、前記一般式（Ｉ）におけるＸ−が、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＲｆＳＯ３ −、又は（ＳＯ２Ｒｆ）Ｎ−（ＳＯ２Ｒｆ’）（但し、Ｒｆ及びＲｆ’は、それぞれ独立に、炭素数１〜９のパーフルオロアルキル基である。）である置換イミダゾリウム塩からなるものは、リチウム二次電池用の電解質として用いた場合における充放電時の安定性が特に高いという特徴を有する。
【００１３】
なお、前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩の一部は公知であるが、その還元電位や酸化電位は調べられておらず、非水電解液用電解質として優れた特長を有することは今回初めて明らかになったものである。本発明の非水電解液用電解質においては、イミダゾリウムカチオンにおいて還元を受けやすいα位の炭素原子（すなわち、イミダゾリウム環の一位又は三位の窒素原子に直接結合する炭素原子）に結合する水素の数が減少し、また、電子供与性基であるアルキル基の影響でカチオンの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が高くなり、結果として還元電位が低下し、安定性が向上したものと思われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の非水電解液用電解質は、前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩からなるが、該一般式（Ｉ）中のＲ１及びＲ２は、それぞれ独立に、少なくとも１個の第二級炭素原子又は第三級炭素原子を有し、第二級炭素原子又は第三級炭素原子等でイミダゾリウム環の一位及び三位の窒素原子と結合する有機残基である必要がある。Ｒ１、Ｒ２が共に上記のような基であることにより、−２．８Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −以上という高い耐還元性を実現することが可能となる。Ｒ１、Ｒ２の両方又はどちらか一方が上記のような有機残基でない場合には、充放電時の安定性を高くするのが困難である。例えば、前述のＥＭＩ−ＴＦＮ塩の還元電圧は−２．２Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −であり、Ｒ１、Ｒ２のどちらか一方が上記のような有機残基であり、他方がメチル基、エチル基等の直鎖上のアルキル基である塩の耐還元性は−２．４Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −未満である。Ｒ１及びＲ２は、上記条件を満足する有機残基であれば特に限定されないが、高い導電性を得るためにはイミダゾリウムイオン径が小さい方が望ましいという観点から、それぞれ炭素数３〜６の有機残基、特に分岐を有する炭素数３〜６のアルキル基または炭素数３〜６のシクロアルキル基であるのが好適である。Ｒ１及びＲ２として好適な有機残基を例示すると、イソプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−プチル基、１、１−ジメチルプロピル基、シクロペンチル基等が例示される。
【００１５】
また、前記一般式（Ｉ）におけるＲ３は、Ｒ３は、直鎖または分岐したアルキル基であり、該Ｒ３の置換数を表すａは０〜３で、ａが２又は３のときには各Ｒ３は互いに異なっていてもよい。上記Ｒ３においては、高い導電性を得るためにはイミダゾリウムイオン径が小さい方が望ましいという観点から、Ｒ３中の炭素原子数は１〜６であるのが好適である。合成の容易さ等も勘案すると、Ｒ３としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の炭素数１〜６のアルキル基が特に好適である。
【００１６】
本発明の非水電解液用電解質となる前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩における好ましいカチオン成分を具体的に例示すれば、１、３−ビス−イソプロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム等が例示される。
【００１７】
また、前記一般式（Ｉ）におけるＸ−は、１価のアニオンを意味する。Ｘ−は、特に限定されず、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、Ａｌ３Ｃｌ８ −、ＮＯ２ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＲＣＯ２ −（但しＲはアルキル基である）、ＲｆＣＯ２ −、ＲｆＳＯ3 −、（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ’ＳＯ２）Ｎ−、ＲＳＯ４ −、（ＲｆＳＯ２）３Ｃ−等の公知の１価アニオンをとり得る。尚、上記に示したアニオン中のＲｆ及びＲｆ’は、トリフルオロメチル基、ノナフルオロブチル基等のパーフルオロアルキル基を意味する。リチウム二次電池の電解質用としては、塩の酸化電位（酸化限界電位）が高いという理由から、Ｘ−は、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、又は（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ’ＳＯ２）Ｎ−であるのが好適である。
【００１８】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩としては、上記したカチオン成分とアニオン成分の任意の組み合わせを取り得るが、導電性及び安定性の観点からカチオン成分が１、３−ビス−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウムカチオン、１−ｔｅｒｔ−プチル−３−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、１−ｔｅｒｔ−プチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−ｔｅｒｔ−プチル−４−メチルイミダゾリウムカチオンから選ばれる１種であり、アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（即ちＴＦＮイオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、及び（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−からなる群より選ばれる任意の１種であるのが好適である。
【００１９】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩は、電気伝導性（３ｍＳｃｍ−１以上）、難燃性、常温で液体〜固体という性質を有するばかりでなく、その還元電位は−２．９（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以下と低く、又アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（即ちＴＦＮイオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、又は（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−等である塩の酸化電位は２．４（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以上と高いため、常温で液体のものについてはそのままで、又常温で固体のものについては、プロピレンカーボネート等の溶媒に溶解させることによりリチウム二次電池等の非水電解質として好適に使用できる。
【００２０】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩の製法は特に限定されず、いかなる合成方法により製造してもよい。一般的には、上記塩に含まれるアニオン成分によって合成方法が異なり、アニオン成分がＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、又はＲｆＳＯ３ −等である場合には、対応するイミダゾール誘導体を直接四級化反応により合成することができる。また、アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、Ａｌ３Ｃｌ８ −、又はＡｌ２Ｃｌ７ −等である場合は、ハロゲン化イミダゾリウムと金属塩との反応により合成することができる。また、アニオンがＴＦＮイオン、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、及び（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−等である場合はハロゲン化イミダゾリウムとビスパーフルオロアルキルスルホニルアミンリチウム塩を水性媒体中でイオン交換させることにより合成することができる。
【００２１】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩は、非水電解液用電解質として用いられることが知られている既知のイミダゾリウム塩等に比べ耐還元性が優れているため、リチウム二次電池用電解質として好適に用いることができる。
【００２２】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、実施例、及び、比較例に示す化合物の特性は以下の方法により測定した値を示す。
【００２３】
（１） ＮＭＲ測定
試料１０〜２０ｍｇを０．４ｍｌの０．３％テトラメチルシラン含有の重水素化クロロホルム、あるいは、重水素化メタノールに溶解し日本電子製核磁気共鳴装置ＪＮＭ−ＬＡ５００により１３Ｃ核を測定した。ピーク位置は重水素化溶媒中に含まれているテトラメチルシランの１３Ｃ核の化学シフト位置（それぞれ０ｐｐｍ）をリファレンスとした。
【００２４】
（２） 元素分析
炭素、水素、窒素、そして、酸素は、試料１〜２ｍｇを正確に秤量し、柳本製作所製元素分析計ＭＴ−５により測定した。硫黄、フッ素、そして、塩素は試料５〜１０ｍｇを正確に秤量し酸素雰囲気のフラスコにて燃焼し発生したガスを水に吸収させ、それぞれを硫酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオンとして、ＤＩＯＮＥＸ社製イオンクロマトＤＸ−１２０により定量した。
【００２５】
（３） 耐電圧測定
実施例１から１０の各塩について、北斗電子株式会社製ＣＶ測定装置ＨＳＶ−１００を用いで掃引速度１０ｍＶｓｅｃ−１でサイクリックボルタモグラムを作成し、これに基づいて各塩の還元電位及び酸化電位を求めた。電位は、ヨウ素カップル（Ｉ−／Ｉ３ −）参照電極（ＥＭＩ−ＴＦＮ塩に１５ｍＭ Ｉ２、６０ｍＭヨウ化テトラプロピルアンモニウム塩を溶解させたものに白金線を侵漬させたもの）に対する電位として求めた。なお、サイクリックボルタモグラムにおいて電流密度１ｍＡｃｍ−２以上流れる電位の低位側を還元電位とし、高位側を酸化電位として求めた。
【００２６】
（４）電気伝導度
実施例１から９の各塩のうち常温で液体の化合物は東亜電波工業株式会社製の電気伝導率用セルＣＧ−５１１Ｂに入れ日置電機株式会社製ＬＣＲ Ｈｉｔｅｓｔｅｒを用いて電気伝導度を測定した。
【００２７】
実施例１
１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇを徐々に滴下した後に８０℃で１２時間還流を行った。得られた１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウムヨウ化物１４．０ｇにビス−トリフルオロメチルスルホニルアミンリチウム塩１４．０ｇを加え２０．５ｇの透明な液体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１０．８ｍＳｃｍ−１）を得た。以上のように合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。なお、表３においては還元電位〜酸化電位のような形式で電気化学安定性を表記している。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
実施例２
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−イソプロピルイミダゾール５．５ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１８．３ｇ（１、３−ジイソプロピルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１０．７ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３２】
実施例３
実施例１の２−ヨウ化イソプロピルの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、白色のゲル状物質１７．７ｇ（１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３３】
実施例４
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−イソプロピル−５−メチルイミダゾール６．７ｇとし、２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１６．２ｇ（１−イソプロピル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１１．５ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３４】
実施例５
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾール６．９ｇとし、２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１５．２ｇ（１，３−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１１．７ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３５】
実施例６
１−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾールにトリフルオロスルホン酸イソプロピル９．６ｇを徐々に滴下し4時間撹拌し、透明な液体１４．５ｇ（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩 電気伝導度３．５ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３６】
実施例７
窒素雰囲気下中で四塩化炭素１００ｍｌ中にｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに塩化イソプロピル４．０ｇを徐々に滴下し９０℃にて１２時間還流した。過剰の塩化イソプロピルを除去し、四塩化炭素溶液を分離した後に三塩化アルミニウム１３．４ｇを徐々に滴下し２：１（モル／モル）の透明な液体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−塩化アルミニウム塩 電気伝導度１２．４ｍＳｃｍ−１）１８．５ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３７】
実施例８
窒素雰囲気家中で四塩化炭素１００ｍｌ中に１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに塩化イソプロピル４．０ｇを徐々に滴下し９０℃にて１２時間還流した。過剰の塩化イソプロピルを除去し、四塩化炭素溶液を分離した後に四フッ化ホウ素銀塩９．８ｇを加え四塩化炭素溶液を分離した。四塩化炭素を真空乾燥し白色のゲル状固体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−四フッ化ホウ素塩）９．７ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３８】
実施例９
実施例８の四フッ化ホウ素銀塩の代わりに六フッ化リン銀塩１２．７ｇとした以外は同様に行い、白色のゲル状固体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−六フッ化リン塩）１２．８ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３９】
比較例１〜３
従来よく知られているＥＭＩ−ＴＦＮ塩(比較例１）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム−四フッ化ホウ素塩(比較例２）、及びそして、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム−六フッ化リン塩(比較例３）についてサイクリックボルタモグラムによる耐電圧測定を行なった。その結果を表３に付記する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の非水電解液用電解質は、難燃性を有するばかりでなく、耐還元性が高い。このため、例えばリチウム二次電池用の電解質と使用した場合に、発火等の危険性が低いばかりでなく、充放電を繰り返しても電解質が還元されることがなく、優れたサイクル特性が期待できる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池などに使用される非水電解液用電解質に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イミダゾリウム塩は常温付近で液体である化合物が多く、また、不燃性、不揮発性に優れている為、有機反応用触媒及びその中間体、並びに化学反応や金属メッキなどを行なう際の溶媒として検討されている。また、電気化学的安定性、導電性も良好であることから、一次電池、二次電池、電気二重層キャパシタ、湿式太陽電池用電解質としても期待されている。特に近年、リチウム二次電池の大きな問題点である発火の危険性を減少させる目的で、リチウム二次電池用難燃性電解質としてイミダゾリウム塩が盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、アニオン成分としてハロゲン化物、アルミニウムハライド、ハロゲン化ホウ素やハロゲン化リン等のイオンを用いた１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム塩が二次電池の電解質として使用できることが知られている（特開昭６０−１３３６６９号公報、特開昭６０−１３３６７０号公報、及び特開昭６１−１３３５８０号公報）。
【０００４】
また、アニオン成分としてビストリフルオロメチルスルホニルアミンイオン（以下、ＴＦＮイオンと略す。）を用い、カチオン成分としてＮ，Ｎ’−ジアルキルイミダゾリウムイオンを用いた塩は、周囲温度で粘性の疎水性液状塩であり、電気化学式光電池などの電気化学系の溶媒等に使用できることが知られている（特開平０８−２５９５４３号公報）。上記塩は、従来のイミダゾリウム塩が親水性であるのに対し、疎水性であり禁水が要求されるリチウム二次電池の電解質としても適しているといえる。また、耐水性が向上していることから、取り扱いが容易である。
【０００５】
ところで、リチウム二次電池用電解質においては、高導電率、疎水性の他に、充放電時に正極で酸化や還元を受けないことが要求される。即ち、電解質の酸化電位以上での充電又は還元電位以下での放電を行なった場合には、電解質の劣化が起こるため、一般的な電極構成のリチウム二次電池用の電解質としては、その還元電位（電解質が還元され始める電位である還元限界電位を意味する）は低く、例えば目安としてＩ−／Ｉ３−電極系に対する電位で概略−２．５Ｖ以下であり、且つ酸化電位（電解質が酸化され始める電位である酸化限界電位を意味する）と還元電位の差の絶対値（電位窓）は大きく（広く）、例えば目安として概略５Ｖ以上であることが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなリチウム二次電池用電解質として期待されている従来のイミダゾリウム塩はいずれも耐還元性が低く、現在に至るまで上記のような安定性を示すイミダゾリウム塩からなる非水電解液用電解質は知られていない。例えば、特開平１１−２９７３５５号公報には、電気伝導度が高いビストリフルオロメチルスルホニルアミン−１−エチル−３−メチルイミダゾリウム（以下ＥＭＩ−ＴＦＮ塩と略す）は充電時リチウムより貴な電位で｛−２．２Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−（但し、ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−は、Ｉ−／Ｉ３−電極系に対する電位を意味する。）｝分解反応を起こすため、電解質としての安定性が十分でない旨が記載されている。
【０００７】
従って、本発明は、リチウム二次電池等の非水電解質として使用したときに充電時に安定で且つ不燃性を兼ね備える非水電解液用電解質を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明者等は、上記技術課題を解決すべく各種イミダゾリウム塩の合成及びその評価を行ってきた。その結果、本発明者等によって合成されたイミダゾリウム環の一位と三位の窒素原子にα位で分岐しているアルキル基が置換したイミダゾリウムカチオンを持つ置換イミダゾリウム塩の還元電位（還元限界電位）は−２．９（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以下で、その電位窓は５．３Ｖ以上であり、リチウム二次電池の非水電解質として好適であるという知見を得た。そして、該知見に基づき更に検討を行なった結果、同様な安定性を有する一連の置換イミダゾリウム塩を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、下記一般式（Ｉ）
【００１０】
【化２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、少なくとも１個の第二級炭素原子又は第三級炭素原子を有し、第二級炭素原子又は第三級炭素原子でイミダゾリウム環の一位及び三位の窒素原子と結合する有機残基であり、Ｒ３は、アルキル基であり、ａは０〜３の整数であり、ａが２又は３のときには各Ｒ３は互いに異なっていてもよく、Ｘ−は、１価のアニオンである。）
で示される置換イミダゾリウム塩からなることを特徴とする非水電解液用電解質である。
【００１２】
上記本発明の非水電解液用電解質の中でも、前記一般式（Ｉ）におけるＸ−が、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＲｆＳＯ３ −、又は（ＳＯ２Ｒｆ）Ｎ−（ＳＯ２Ｒｆ’）（但し、Ｒｆ及びＲｆ’は、それぞれ独立に、炭素数１〜９のパーフルオロアルキル基である。）である置換イミダゾリウム塩からなるものは、リチウム二次電池用の電解質として用いた場合における充放電時の安定性が特に高いという特徴を有する。
【００１３】
なお、前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩の一部は公知であるが、その還元電位や酸化電位は調べられておらず、非水電解液用電解質として優れた特長を有することは今回初めて明らかになったものである。本発明の非水電解液用電解質においては、イミダゾリウムカチオンにおいて還元を受けやすいα位の炭素原子（すなわち、イミダゾリウム環の一位又は三位の窒素原子に直接結合する炭素原子）に結合する水素の数が減少し、また、電子供与性基であるアルキル基の影響でカチオンの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が高くなり、結果として還元電位が低下し、安定性が向上したものと思われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の非水電解液用電解質は、前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩からなるが、該一般式（Ｉ）中のＲ１及びＲ２は、それぞれ独立に、少なくとも１個の第二級炭素原子又は第三級炭素原子を有し、第二級炭素原子又は第三級炭素原子等でイミダゾリウム環の一位及び三位の窒素原子と結合する有機残基である必要がある。Ｒ１、Ｒ２が共に上記のような基であることにより、−２．８Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −以上という高い耐還元性を実現することが可能となる。Ｒ１、Ｒ２の両方又はどちらか一方が上記のような有機残基でない場合には、充放電時の安定性を高くするのが困難である。例えば、前述のＥＭＩ−ＴＦＮ塩の還元電圧は−２．２Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −であり、Ｒ１、Ｒ２のどちらか一方が上記のような有機残基であり、他方がメチル基、エチル基等の直鎖上のアルキル基である塩の耐還元性は−２．４Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３ −未満である。Ｒ１及びＲ２は、上記条件を満足する有機残基であれば特に限定されないが、高い導電性を得るためにはイミダゾリウムイオン径が小さい方が望ましいという観点から、それぞれ炭素数３〜６の有機残基、特に分岐を有する炭素数３〜６のアルキル基または炭素数３〜６のシクロアルキル基であるのが好適である。Ｒ１及びＲ２として好適な有機残基を例示すると、イソプロピル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−プチル基、１、１−ジメチルプロピル基、シクロペンチル基等が例示される。
【００１５】
また、前記一般式（Ｉ）におけるＲ３は、Ｒ３は、直鎖または分岐したアルキル基であり、該Ｒ３の置換数を表すａは０〜３で、ａが２又は３のときには各Ｒ３は互いに異なっていてもよい。上記Ｒ３においては、高い導電性を得るためにはイミダゾリウムイオン径が小さい方が望ましいという観点から、Ｒ３中の炭素原子数は１〜６であるのが好適である。合成の容易さ等も勘案すると、Ｒ３としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の炭素数１〜６のアルキル基が特に好適である。
【００１６】
本発明の非水電解液用電解質となる前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩における好ましいカチオン成分を具体的に例示すれば、１、３−ビス−イソプロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−エチルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−ｓｅｃ−ブチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１、３−ビス−ｓｅｃ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−イソプロピル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−エチルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ｎ−プロピルイミダゾリウム；１−シクロペンチル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−ｎ−プロピルイミダゾリウム等が例示される。
【００１７】
また、前記一般式（Ｉ）におけるＸ−は、１価のアニオンを意味する。Ｘ−は、特に限定されず、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、Ａｌ３Ｃｌ８ −、ＮＯ２ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＲＣＯ２ −（但しＲはアルキル基である）、ＲｆＣＯ２ −、ＲｆＳＯ3 −、（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ’ＳＯ２）Ｎ−、ＲＳＯ４ −、（ＲｆＳＯ２）３Ｃ−等の公知の１価アニオンをとり得る。尚、上記に示したアニオン中のＲｆ及びＲｆ’は、トリフルオロメチル基、ノナフルオロブチル基等のパーフルオロアルキル基を意味する。リチウム二次電池の電解質用としては、塩の酸化電位（酸化限界電位）が高いという理由から、Ｘ−は、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、又は（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ’ＳＯ２）Ｎ−であるのが好適である。
【００１８】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩としては、上記したカチオン成分とアニオン成分の任意の組み合わせを取り得るが、導電性及び安定性の観点からカチオン成分が１、３−ビス−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウムカチオン、１−ｔｅｒｔ−プチル−３−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、１−ｔｅｒｔ−プチル−３−イソプロピル−４−メチルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウムカチオン、１、３−ビス−ｔｅｒｔ−プチル−４−メチルイミダゾリウムカチオンから選ばれる１種であり、アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（即ちＴＦＮイオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、及び（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−からなる群より選ばれる任意の１種であるのが好適である。
【００１９】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩は、電気伝導性（３ｍＳｃｍ−１以上）、難燃性、常温で液体〜固体という性質を有するばかりでなく、その還元電位は−２．９（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以下と低く、又アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（即ちＴＦＮイオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、又は（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−等である塩の酸化電位は２．４（Ｖ ｖｓ Ｉ−／Ｉ３−）以上と高いため、常温で液体のものについてはそのままで、又常温で固体のものについては、プロピレンカーボネート等の溶媒に溶解させることによりリチウム二次電池等の非水電解質として好適に使用できる。
【００２０】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩の製法は特に限定されず、いかなる合成方法により製造してもよい。一般的には、上記塩に含まれるアニオン成分によって合成方法が異なり、アニオン成分がＣｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、又はＲｆＳＯ３ −等である場合には、対応するイミダゾール誘導体を直接四級化反応により合成することができる。また、アニオン成分がＢＦ４ −、ＰＦ６ −、Ａｌ３Ｃｌ８ −、又はＡｌ２Ｃｌ７ −等である場合は、ハロゲン化イミダゾリウムと金属塩との反応により合成することができる。また、アニオンがＴＦＮイオン、（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ２Ｆ７ＳＯ２）Ｎ−、及び（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ4Ｆ９ＳＯ２）Ｎ−等である場合はハロゲン化イミダゾリウムとビスパーフルオロアルキルスルホニルアミンリチウム塩を水性媒体中でイオン交換させることにより合成することができる。
【００２１】
前記一般式（Ｉ）で示される置換イミダゾリウム塩は、非水電解液用電解質として用いられることが知られている既知のイミダゾリウム塩等に比べ耐還元性が優れているため、リチウム二次電池用電解質として好適に用いることができる。
【００２２】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、実施例、及び、比較例に示す化合物の特性は以下の方法により測定した値を示す。
【００２３】
（１） ＮＭＲ測定
試料１０〜２０ｍｇを０．４ｍｌの０．３％テトラメチルシラン含有の重水素化クロロホルム、あるいは、重水素化メタノールに溶解し日本電子製核磁気共鳴装置ＪＮＭ−ＬＡ５００により１３Ｃ核を測定した。ピーク位置は重水素化溶媒中に含まれているテトラメチルシランの１３Ｃ核の化学シフト位置（それぞれ０ｐｐｍ）をリファレンスとした。
【００２４】
（２） 元素分析
炭素、水素、窒素、そして、酸素は、試料１〜２ｍｇを正確に秤量し、柳本製作所製元素分析計ＭＴ−５により測定した。硫黄、フッ素、そして、塩素は試料５〜１０ｍｇを正確に秤量し酸素雰囲気のフラスコにて燃焼し発生したガスを水に吸収させ、それぞれを硫酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオンとして、ＤＩＯＮＥＸ社製イオンクロマトＤＸ−１２０により定量した。
【００２５】
（３） 耐電圧測定
実施例１から１０の各塩について、北斗電子株式会社製ＣＶ測定装置ＨＳＶ−１００を用いで掃引速度１０ｍＶｓｅｃ−１でサイクリックボルタモグラムを作成し、これに基づいて各塩の還元電位及び酸化電位を求めた。電位は、ヨウ素カップル（Ｉ−／Ｉ３ −）参照電極（ＥＭＩ−ＴＦＮ塩に１５ｍＭ Ｉ２、６０ｍＭヨウ化テトラプロピルアンモニウム塩を溶解させたものに白金線を侵漬させたもの）に対する電位として求めた。なお、サイクリックボルタモグラムにおいて電流密度１ｍＡｃｍ−２以上流れる電位の低位側を還元電位とし、高位側を酸化電位として求めた。
【００２６】
（４）電気伝導度
実施例１から９の各塩のうち常温で液体の化合物は東亜電波工業株式会社製の電気伝導率用セルＣＧ−５１１Ｂに入れ日置電機株式会社製ＬＣＲ Ｈｉｔｅｓｔｅｒを用いて電気伝導度を測定した。
【００２７】
実施例１
１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇを徐々に滴下した後に８０℃で１２時間還流を行った。得られた１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウムヨウ化物１４．０ｇにビス−トリフルオロメチルスルホニルアミンリチウム塩１４．０ｇを加え２０．５ｇの透明な液体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１０．８ｍＳｃｍ−１）を得た。以上のように合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。なお、表３においては還元電位〜酸化電位のような形式で電気化学安定性を表記している。
【００２８】
【表１】
【表２】
【表３】
実施例２
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−イソプロピルイミダゾール５．５ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１８．３ｇ（１、３−ジイソプロピルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１０．７ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３２】
実施例３
実施例１の２−ヨウ化イソプロピルの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、白色のゲル状物質１７．７ｇ（１、３−ビス−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３３】
実施例４
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−イソプロピル−５−メチルイミダゾール６．７ｇとし、２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１６．２ｇ（１−イソプロピル−３−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１１．５ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３４】
実施例５
実施例１の１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾールの代わりに１−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾール６．９ｇとし、２−ヨウ化イソプロピル８．５ｇの代わりに塩化ｔｅｒｔ−ブチル４．６ｇとした以外は同様に行い、透明な液体１５．２ｇ（１，３−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−メチルイミダゾリウム−ＴＦＮ塩 電気伝導度１１．７ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３５】
実施例６
１−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルイミダゾールにトリフルオロスルホン酸イソプロピル９．６ｇを徐々に滴下し4時間撹拌し、透明な液体１４．５ｇ（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピル−５−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸塩 電気伝導度３．５ｍＳｃｍ−１）を得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３６】
実施例７
窒素雰囲気下中で四塩化炭素１００ｍｌ中にｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに塩化イソプロピル４．０ｇを徐々に滴下し９０℃にて１２時間還流した。過剰の塩化イソプロピルを除去し、四塩化炭素溶液を分離した後に三塩化アルミニウム１３．４ｇを徐々に滴下し２：１（モル／モル）の透明な液体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−塩化アルミニウム塩 電気伝導度１２．４ｍＳｃｍ−１）１８．５ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３７】
実施例８
窒素雰囲気家中で四塩化炭素１００ｍｌ中に１−ｔｅｒｔ−ブチルイミダゾール６．２ｇに塩化イソプロピル４．０ｇを徐々に滴下し９０℃にて１２時間還流した。過剰の塩化イソプロピルを除去し、四塩化炭素溶液を分離した後に四フッ化ホウ素銀塩９．８ｇを加え四塩化炭素溶液を分離した。四塩化炭素を真空乾燥し白色のゲル状固体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−四フッ化ホウ素塩）９．７ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３８】
実施例９
実施例８の四フッ化ホウ素銀塩の代わりに六フッ化リン銀塩１２．７ｇとした以外は同様に行い、白色のゲル状固体（１−ｔｅｒｔ−ブチル−３−イソプロピルイミダゾリウム−六フッ化リン塩）１２．８ｇを得た。合成された化合物の１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルのピーク位置を表１に、その元素分析値を表２に、また、耐電圧のサイクリックボルタモグラムによる測定値を表３に示した。
【００３９】
比較例１〜３
従来よく知られているＥＭＩ−ＴＦＮ塩(比較例１）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム−四フッ化ホウ素塩(比較例２）、及びそして、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム−六フッ化リン塩(比較例３）についてサイクリックボルタモグラムによる耐電圧測定を行なった。その結果を表３に付記する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の非水電解液用電解質は、難燃性を有するばかりでなく、耐還元性が高い。このため、例えばリチウム二次電池用の電解質と使用した場合に、発火等の危険性が低いばかりでなく、充放電を繰り返しても電解質が還元されることがなく、優れたサイクル特性が期待できる。
Claims (1)
- 下記一般式（Ｉ）
で示される置換イミダゾリウム塩からなることを特徴とする非水電解液用電解質。
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