JP4802108B2 - 第４級アンモニウム塩、電解質、電解液並びに電気化学デバイス - Google Patents

第４級アンモニウム塩、電解質、電解液並びに電気化学デバイス Download PDF

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Description

本発明は、第４級アンモニウム塩、電解質、電解液並びに電気化学デバイスに係る。詳しくは、有機溶媒に対する溶解性、及び電気伝導性が高く、環境負荷の小さい電解質として使用できる機能性材料に関する。
近年、バッテリーやキャパシタをはじめとする電気化学デバイスの出力密度、エネルギー密度向上の要求が高まっており、耐電圧性の観点から電解液は水系よりも有機系が多用されてきている。有機電解液としてはプロピレンカーボネートなどの有機溶媒にアルカリ金属塩や固体アンモニウム塩を溶解させた例が挙げられ、前者はリチウムイオン電池用の電解液として、後者は電気二重層キャパシタ用の電解液として使用されている。有機電解液は水系に比べて電気伝導性が劣っており、電気伝導性を向上するために有機溶媒や電解質に関する研究が数多くおこなわれてきた。
固体状電解質を溶媒に溶解させた非水電解液では、電解液の電気伝導性は電解質の濃度とともに変化する。濃度の上昇とともに電解液中のイオン濃度が増加することによって電気伝導度が増加するがやがて極大点に達する。電気伝導度が極大点に達し減少し始めるのは電解液中にイオンの数が増すにつれて、溶媒−イオン、イオン−イオン間の相互作用の増大によって電解質が解離しにくくなり、同時に電解液の粘度が増加するためと考えられている。電解質濃度がさらに増加するとそれ以上解離できなくなり、電解質濃度が飽和する。したがって電解質濃度を高めようとした場合には電解質が溶解しにくくなるといった問題があった。また高濃度の電解質を溶解させた電解液を低温環境下で使用すると塩の析出が生じ、電解液の電気伝導性が悪くなってしまうといった問題も生じる。
近年、融点を常温近傍にもつ塩、或いは融点が常温以下である塩（常温溶融塩）が見出されている。こうした塩は常温において固体であっても通常の電解質に比べて高濃度に有機溶媒に溶解することが知られている。また常温溶融塩は特定の有機溶媒とは任意の割合でまざり合う。それゆえ、従来の固体状電解質を有機溶媒に溶解しても達成できなかった高濃度の電解液が得られ、しかも高濃度でありながら低温環境下でも塩が析出するといった問題が生じにくい。さらに常温溶融塩は塩そのものが液体であるため、塩単体を電解液として使用することも可能である。
例えば、アルコキシアルキル基を導入した脂肪族アンモニウム塩は非水系有機溶媒への溶解性に優れ、低温時における塩の析出が起こりにくいことが記載されている（特許文献１参照）。しかし、イオン性液体そのものの電気伝導度や有機溶媒で希釈した電解液の電気伝導度も満足できるものではない。
またこれらの電解質のアニオンにはフッ素や塩素といったハロゲンを含んでいるものが多い。ハロゲン系のアニオンは電気伝導性に優れ、耐電圧の高いものが多いが、環境への負荷は大きく、特にフッ素系のアニオンは水分によって加水分解するものが多く、毒性の高いフッ化水素を生成してしまう欠点がある。
ＷＯ ０２／０７６９２４号公報
本発明の目的は、有機溶媒への溶解性に優れ、低温での信頼性に優れ、電気伝導度の高い、環境負荷の小さい電解液及び電気化学デバイスを提供することである。
本発明は、以下の発明に係る。
１．式（１）で表される第４級アンモニウム塩。
（式中、Ｒ１は、炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基を示し、Ｒ２は、炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ）２ −、ＳＣＮ−、ＮＯ３ −、ＮＣＯ−又はＮＯ２ −を示す。）
２．式（２）で表される第４級アンモニウム塩。

（式中、Ｘ−は上記と同じ。Ｍｅはメチル基を示す。）
３．式（１）及び式（２）で表される第４級アンモニウム塩の少なくとも１種と、有機溶媒とを含んでなることを特徴とする組成物。
本発明は、式（１）で表される第４級アンモニウム塩に係り、またこれを含む電解液に係る。
（式中、Ｒ１は、炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基を示し、Ｒ２は、炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ）２ −、ＳＣＮ−、ＮＯ３ −、ＮＣＯ−又はＮＯ２ −を示す。）
Ｒ１で示される炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基及びｔｅｒｔ−ブチル基を挙げることができる。
好ましくは、炭素数１〜３の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が良い。
より好ましくは、メチル基又はエチル基が良い。
Ｒ２で示される炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基及びｉｓｏ−プロピル基を挙げることができる。好ましくは、メチル基又はエチル基が良い。
本発明の第４級アンモニウム塩としては、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトレート
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトライト、
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトレート、
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロピルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジニウムナイトライト、
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Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｎ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムジシアナミド、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムチオシアネート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトレート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムイソシアネート、
Ｎ−メチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−プロピル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｉｓｏ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−Ｎ−ｉｓｏ−プロポキシメチルピロリジニウムナイトライトを挙げることができる。
好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムジシアナミドが良い。
好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムチオシアネートが良い。
好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムナイトレートが良い。
好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムイソシアネートが良い。
好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジニウムナイトライトが良い。
より好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドが良い。
より好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネートが良い。
より好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレートが良い。
より好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネート、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネートが良い。
より好ましくは、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライト、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライトが良い。
本発明の第４級アンモニウム塩は、種々の方法で製造される。その代表的な方法を下記反応式−１及び反応式−２を用いて説明する。
反応式−１に示す製造方法
式（５）で表されるアルキルピロリジン（Ｒ１は上記と同じ）と式（６）で表される化合物（Ｒ２は上記と同じでＹはＣｌ、Ｂｒ、Ｉなどを示す）を反応させることにより、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩が製造され、次に式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩と式（７）で表される化合物との塩交換反応により、式（１）で表される第４級アンモニウム塩が製造できる。
式（７）において、Ｍは、Ｈ又はＮａ、Ｋ、Ｌｉ等のアルカリ金属原子、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等のアルカリ土類金属原子、Ａｇ等の金属原子を含む。
出発原料として用いられる式（５）で表される第３級アミン及び式（６）で表される化合物は、いずれも公知物質である。
式（５）で表される第３級アミンとしては、メチルピロリジン、エチルピロリジン、ｎ−プロピルピロリジン、ｉｓｏ−プロピルピロリジン、ｎ−ブチルピロリジン、ｉｓｏ−ブチルピロリジン、ｔｅｒｔ−ブチルピロリジン等を挙げることができる。
式（６）で表される化合物としては、クロロメチルメチルエーテル、ブロモメチルメチルエーテル、ヨードメチルメチルエーテル、クロロメチルエチルエーテル、ブロモメチルエチルエーテル、ヨードメチルエチルエーテル、クロロメチル−ｎ−プロピルエーテル、ブロモメチル−ｎ−プロピルエーテル、ヨードメチル−ｎ−プロピルエーテル、クロロメチル−ｉｓｏ−プロピルエーテル、ブロモメチル−ｉｓｏ−プロピルエーテル、ヨードメチル−ｉｓｏ−プロピルエーテル等を挙げることができる。
式（５）で表される第３級アミンと式（６）で表される化合物の反応は、適当な溶媒中で行われる。
用いられる溶媒としては、式（５）で表される第３級アミン及び式（６）で表される化合物を溶解し得、反応に悪影響を及ぼさない溶媒である限り、公知のものを広く使用できる。このような溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の低級アルコール；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン；ジエチルエーテル、ジ−ｉｓｏ−プロピルエーテル等のエーテル；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル；ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等の脂肪族炭化水素；シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素等を挙げることができる。
好ましくは、トルエン等の芳香族炭化水素、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、アセトン等のケトン、酢酸メチル等のエステルが良い。斯かる溶媒は、１種単独で又は２種以上混合して使用できる。
これらの溶媒は、好ましくは、無水溶媒（水分１０００ｐｐｍ以下）が良い。
式（６）で表される化合物は、式（５）で表される第３級アミン１モルに対して、通常０．５〜５モル、好ましくは０．９〜１．２モル使用する。該反応は、通常−３０〜１００℃において行われ、好ましくは−１０〜４０℃にて行われる。一般に数時間〜２４時間程度反応させる。
上記反応で得られる式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩と式（７）で表される化合物との反応は、通常の塩交換反応により行われる。
原料として用いられる式（７）で表される化合物は、公知化合物である。例えば、ＨＮ（ＣＮ）２、ＬｉＮ（ＣＮ）２、ＮａＮ（ＣＮ）２、ＫＮ（ＣＮ）２、ＡｇＮ（ＣＮ）２、ＨＳＣＮ、ＬｉＳＣＮ、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＡｇＳＣＮ、ＨＮＯ３、ＬｉＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＡｇＮＯ３、ＨＮＣＯ、ＬｉＮＣＯ、ＮａＮＣＯ、ＫＮＣＯ、ＡｇＮＣＯ、ＨＮＯ２、ＬｉＮＯ２、ＮａＮＯ２、ＫＮＯ２、ＡｇＮＯ２等を挙げることができる。
この塩交換反応は、適当な溶媒中で行われる。使用される溶媒としては、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩及び式（７）で表される化合物を溶解し得、反応に悪影響を及ぼさない溶媒である限り、公知のものを広く使用できる。
このような溶媒としては、例えば、水；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の低級アルコール；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル：ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。
好ましくは、メタノール等の低級アルコール類；クロロホルム等のハロゲン化炭化水素：水が良い。これらの溶媒は、１種単独で又は２種以上混合して使用できる。
式（７）で表される化合物は、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩１モルに対して、通常０．３〜５モル、好ましくは０．９〜１．２モル使用する。該反応は、通常速やかに進行するので、例えば、両者を溶媒に溶解した溶液を５℃〜１５０℃で１０分〜２４時間程度反応させる。
上記各反応で得られる目的物は、通常の分離手段、例えば、遠心分離、濃縮、洗浄、有機溶媒抽出、クロマトグラフィー、再結晶等の慣用の単離及び精製手段により、反応混合物から容易に単離、精製される。
塩交換反応は、イオン交換樹脂を用いて行うこともできる。イオン交換樹脂としては、例えば、アニオン交換樹脂を挙げることができる。
塩交換反応は、該樹脂中のアニオンを予め目的とするアニオンへ交換しておき、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩を溶解した溶液を該樹脂中に通すことで達成できる。ここで使用される溶媒は、式（１ａ）を溶解でき、且つ塩交換反応に悪影響を及ぼさない限り公知のものを広く使用できる。このような溶媒としては、例えば、水、アルコール類等を挙げることができる。
またハロゲンの混入を嫌う用途の場合、一度ハロゲン塩を中和、塩交換した後、更に目的に応じた塩に変換することで、ハロゲンの混入を削減することもできる。
中和剤としては、各種アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、有機アルカリ金属塩、銀塩等を挙げることができる。具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、硫酸銀、硝酸銀、過塩素酸銀等を挙げることができる。
反応形式は、先の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を合成する手法にて行うことができ、更に続く目的に応じた塩へ変換する手法も式（１）で表される第４級アンモニウム塩を合成する手法を適用できる。
式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩からＸがＮ（ＣＮ）２を示す式（１）で表される第４級アンモニウム塩を製造する場合の反応条件を具体的に示す。
式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩を水に溶解し、この溶液に所定量のジシアナミド銀を添加し、５℃〜１５０℃で１０時間程度反応させる。反応により生成するハロゲン化銀等を濾別し、濾液を減圧濃縮し、乾燥することにより、目的化合物を単離することができる。尚、微量のジシアナミド銀等の不純物を除く為、アルミナカラムを通すことが好ましい。
反応式−２に示す製造方法
式（８）で表されるアルコキシピロリジン（Ｒ２は上記と同じ）と式（９）で表される化合物（Ｒ１及びＹは上記と同じ）を反応させることにより、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩が製造され、次に式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩と式（７）で表される化合物（Ｍ及びＸは上記と同じ）を塩交換反応により、式（１）で表される第４級アンモニウム塩が製造できる。
式（７）において、Ｍは、Ｈ又はＮａ、Ｋ、Ｌｉ等のアルカリ金属原子、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等のアルカリ土類金属原子、Ａｇ等の金属原子を含む。
出発原料として用いられる式（８）で表されるアルコキシピロリジン及び式（９）で表される化合物は、いずれも公知物質である。
式（８）で表されるアルコキシピロリジンは、公知の手法に従い合成される。このような方法は、例えば、Ｃ．Ｍ．ＭｃＬｅｏｄ ｕｎｄ Ｇ．Ｍ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１９，１４７０（１９２１）、Ｇ．Ｍ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ ｕｎｄ Ｒ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｊ．Ｃｈｅｍ，Ｓｏｃ．１２３，５３２（１９２３）、Ｓｔｅｗｅｒｔ，Ｔ．Ｄ；Ｂｒａｄｌｙ，Ｗ．Ｅ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９３２，５４，４１７２−４１８３等に開示されている。
式（８）で表されるアルコキシピロリジンは、一般的には、ピロリジン、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アルコール及び炭酸アルカリを原料に用いて合成される。
これらの原料は、ピロリジン１モルに対し、１０〜３８重量％ホルムアルデヒド水溶液又はパラホルムアルデヒドを０．５〜３．０モル、好ましくは０．６〜１．５モル使用し、アルコールを０．５〜３．０モル、好ましくは２．０〜３．０モル使用し、炭酸アルカリを０．２〜３．０モル、好ましくは０．４〜１．０モル使用する。
反応温度は、ホルムアルデヒド水溶液を用いた場合には、−５〜２５℃、パラホルムアルデヒドを用いた場合には、６０〜１００℃が適当である。反応は、数時間〜２４時間程度行う。
式（８）で表されるアルコキシピロリジンは、慣用の単離手段、例えば、抽出、精留等により、反応混合物から容易に単離される。
式（９）で表させる化合物としては、メチルクロライド、メチルブロマイド、メチルアイオダイド、エチルクロライド、エチルアイオダイド、エチルブロマイド、ｎ−プロピルクロライド、ｎ−プロピルブロマイド、ｎ−プロピルアイオダイド、ｉｓｏ−プロピルクロライド、ｉｓｏ−プロピルブロマイド、ｉｓｏ−プロピルアイオダイド、ｎ−ブチルクロライド、ｎ−ブチルブロマイド、ｎ−ブチルアイダイド、ｉｓｏ−ブチルクロライド、ｉｓｏ−ブチルブロマイド、ｉｓｏ−ブチルアイオダイド、ｔｅｒｔ−ブチルクロライド、ｔｅｒｔ−ブチルブロマイド、ｔｅｒｔ−ブチルアイオダイド等を挙げることができる。
式（８）で表されるアルコキシピロリジンと式（９）で表される化合物の反応は、適当な溶媒中で行われる。
用いられる溶媒としては、式（８）で表されるアルコキシピロリジン及び式（９）で表される化合物を溶解し得、反応に悪影響を及ぼさない溶媒である限り、公知のものを広く使用できる。このような溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の低級アルコール；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン；ジエチルエーテル、ジ−ｉｓｏ−プロピルエーテル等のエーテル；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル；ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン等の脂肪族炭化水素；シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素等が挙げられる。
好ましくは、アセトン等のケトン、トルエン等の芳香族炭化水素、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素が好ましい。斯かる溶媒は、１種単独で又は２種以上混合して使用できる。
これらの溶媒は、好ましくは、無水溶媒（水分１０００ｐｐｍ以下）が良い。
式（９）で表される化合物は、式（８）で表されるアルコキシピロリジン１モルに対して、通常０．５〜５モル、好ましくは０．９〜１．２モル使用する。該反応は、通常０〜１５０℃において行われる。一般に２４時間〜７２時間程度反応させる。低沸点のハロゲン化アルキルで４級化する場合は、オートクレイブ等を使用することが好ましい。
上記反応で得られる式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩と式（７）で表される化合物との反応は、通常の塩交換反応により行われる。
原料として用いられる式（７）で表される化合物は、公知化合物である。例えば、ＨＮ（ＣＮ）２、ＬｉＮ（ＣＮ）２、ＮａＮ（ＣＮ）２、ＫＮ（ＣＮ）２、ＡｇＮ（ＣＮ）２、ＨＳＣＮ、ＬｉＳＣＮ、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＡｇＳＣＮ、ＨＮＯ３、ＬｉＮＯ３、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、ＡｇＮＯ３、ＨＮＣＯ、ＬｉＮＣＯ、ＮａＮＣＯ、ＫＮＣＯ、ＡｇＮＣＯ、ＨＮＯ２、ＬｉＮＯ２、ＮａＮＯ２、ＫＮＯ２、ＡｇＮＯ２等を挙げることができる。
この塩交換反応は、適当な溶媒中で行われる。使用される溶媒としては、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩及び式（７）で表される化合物を溶解し得、反応に悪影響を及ぼさない溶媒である限り、公知のものを広く使用できる。
このような溶媒としては、例えば、水；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素；メタノール、エタノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等の低級アルコール；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル：ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒を挙げることができる。
好ましくは、メタノール等の低級アルコール類；クロロホルム等のハロゲン化炭化水素：水が良い。これらの溶媒は、１種単独で又は２種以上混合して使用できる。
式（７）で表される化合物は、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩１モルに対して、通常０．３〜５モル、好ましくは０．９〜１．２モル使用する。該反応は、通常速やかに進行するので、例えば、両者を溶媒に溶解した溶液を５℃〜１５０℃で１０分〜２４時間程度反応させる。
上記各反応で得られる目的物は、通常の分離手段、例えば、遠心分離、濃縮、洗浄、有機溶媒抽出、クロマトグラフィー、再結晶等の慣用の単離及び精製手段により、反応混合物から容易に単離、精製される。
塩交換反応は、イオン交換樹脂を用いて行うこともできる。イオン交換樹脂としては、例えば、アニオン交換樹脂を挙げることができる。
塩交換反応は、該樹脂中のアニオンを予め目的とするアニオンへ交換しておき、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩を溶解した溶液を該樹脂中に通すことで達成できる。ここで使用される溶媒は、式（１ａ）を溶解でき、且つ塩交換反応に悪影響を及ぼさない限り公知のものを広く使用できる。このような溶媒としては、例えば、水、アルコール類等を挙げることができる。
またハロゲンの混入を嫌う用途の場合、一度ハロゲン塩を中和、塩交換した後、更に目的に応じた塩に変換することで、ハロゲンの混入を削減することもできる。
中和剤としては、各種アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、有機アルカリ金属塩、銀塩等を挙げることができる。具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、硫酸銀、硝酸銀、過塩素酸銀等を挙げることができる。
反応形式は、先の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を合成する手法にて行うことができ、更に続く目的に応じた塩へ変換する手法も式（１）で表される第４級アンモニウム塩を合成する手法を適用できる。
式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩からＸがＮ（ＣＮ）２を示す式（１）で表される第４級アンモニウム塩を製造する場合の反応条件を具体的に示す。
式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩を水に溶解し、この溶液に所定量のジシアナミド銀を添加し、５℃〜１５０℃で１０時間程度反応させる。反応により生成するハロゲン化銀等を濾別し、濾液を減圧濃縮し、乾燥することにより、目的化合物を単離することができる。尚、微量のジシアナミド銀等の不純物を除く為、アルミナカラムを通すことが好ましい。
上記式（１）で表される第４級アンモニウム塩の含水分量は、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３０ｐｐｍ以下であり、特に好ましいのは１０ｐｐｍ以下である。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩の中で、常温で液状を示す常温溶融塩は、該塩そのものを電解液として好適に使用され得る。この場合、１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を混合して用いてもよい。
また、本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩は、適当な有機溶媒に混合することにより電解液として好適に使用され得る。この場合、１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を混合して用いてもよい。
有機溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン化合物等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を混合して用いてもよい。
具体的には、例えば、以下の化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
環状炭酸エステルとしては、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などが挙げられ、好ましくは、プロピレンカーボネートが良い。
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−ｎ−プロピルカーボネート、メチル−ｉｓｏ−プロピルカーボネート、ｎ−ブチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−ｎ−プロピルカーボネート、エチル−ｉｓｏ−プロピルカーボネート、ｎ−ブチルエチルカーボネート、ジ−ｎ−プロピルカーボネート、ジ−ｉｓｏ−プロピルカーボネート、ジ−ｎ−ブチルカーボネートなどが挙げられ、好ましくは、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが良い。
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチルなどが挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどが挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタンなどが挙げられる。
ラクトン化合物としては、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
鎖状エステルとしては、メチルプロピオネート、メチルアセテート、エチルアセテート、メチルホルメートなどが挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリルなどが挙げられる。
アミド化合物としては、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。
スルホン化合物としては、スルホラン、メチルスルホランなどが挙げられる。
好ましくは、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ニトリル化合物、スルホン化合物が良い。
これらの溶媒は１種類でも２種類以上を混合してもよい。
混合有機溶媒としては、例えば、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステル、鎖状炭酸カーボネート同士、スルホラン化合物同士を挙げることができる。
環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとしては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネートとジエチルカーボネート等を挙げることができる。
鎖状炭酸カーボネート同士としては、例えば、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等を挙げることができる。
スルホラン化合物同士としては、例えば、スルホランとメチルスルホラン等を挙げることができる。
好ましくは、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等を挙げることができる。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩からなる電解質を上記有機溶媒と混合して使用する場合、電解質濃度は、０．１Ｍ以上、より好ましくは０．５Ｍ以上、さらに好ましくは１Ｍ以上とするのが良い。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩や該塩を上記有機溶媒に溶解した溶液は、電気化学デバイス用電解液として使用することができる。
電気化学デバイスとしては、例えば、電気二重層キャパシタ、二次電池等を挙げることができる。本発明の電解質又は電解液は、公知の電気二重層キャパシタ及び二次電池に使用されている電解質又は電解液と同じように使用できる。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩からなる電解質を上記有機溶媒と混合し、電気化学デバイス用電解液として使用する場合、電解質濃度は、０．１Ｍ以上、より好ましくは０．５Ｍ以上、さらに好ましくは１Ｍ以上とするのが良い。電解質濃度が０．１Ｍに満たない場合には、電気伝導性が低くなり、電気化学デバイスの性能を低下させてしまう虞がある。電解質濃度の上限は、常温で液体の第４級アンモニウム塩については、有機溶媒と分離する濃度であり、有機溶媒と分離しない場合は１００％である。また、常温で固体の第４級アンモニウム塩については、該塩が有機溶媒に飽和する濃度が上限である。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を用いて電気化学デバイス用電解液を調製することができる。本発明で得られる電解液は、電気エネルギーを物理的な作用又は化学的な作用により蓄電できる電気化学デバイスに使用でき、例えば、電気二重層キャパシタ及び二次電池に好適に使用できる。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を用いた電気二重層キャパシタ用電解液の調製方法を以下に説明する。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩が液体の場合には、それ自身を電解液として使用でき、また、該塩を適当な有機溶媒と混合して使用することができる。電気二重層キャパシタ用電解液を調製するに当っては、水分が電気二重層キャパシタの性能に悪影響を与える為、大気が混入しない環境、例えば、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性雰囲気のグローブボックス内において調製することが好ましい。作業環境の水分を露点計で管理することができる。露点が−６０℃以下になるように、作業環境を設定するのが好ましい。露点が−６０℃を超えた場合、作業時間が長くなると、電解液が雰囲気中の水分を吸収する為、電解液中の水分が上昇するので好ましくない。電解液中の水分は、カールフィッシャー水分計で測定することができる。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を有機溶媒に溶解した溶液を電気化学デバイス用電解液として使用する場合、上述した通り電解質濃度は、電解液の電気伝導性の観点から、好ましくは０．１Ｍ以上、より好ましくは０．５Ｍ以上、特に好ましくは１Ｍ以上である。電解質濃度の上限は、電解質の析出及び分離を生じない限り限定されない。
有機溶媒としては、上述した種々の溶媒を使用することができるが、溶媒の種類によって誘電率、粘性、融点等の物性が異なるため、使用する有機溶媒の種類と本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩の種類に応じて、これらの混合組成を決定するのが好ましい。
例えば、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドとプロピレンカーボネートからなる電解液の場合、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドの組成は３０〜８０重量％が好ましく、より好ましくは４０〜８０重量％である。Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドとアセトニトリルからなる電解液の場合、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドの組成は２０〜８０重量％が好ましく、より好ましくは４０〜６０重量％である。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩は、二次電池用電解液、特にリチウム二次電池用電解液に使用することもできる。電気二重層キャパシタ用電解液の調製時と同様に、水分がリチウム二次電池特性に悪影響を与えるため、調製作業をおこなう作業環境としては、露点が管理されたグローブボックス内が好ましい。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩は、それ自体が液体の場合は、第４級アンモニウム塩にリチウム塩を溶解させることにより電解液が得られる。また、本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩を適当な有機溶媒と混合し、この混合物にリチウム塩を溶解させることにより電解液が得られる。
リチウム塩は、６フッ化リン酸リチウム、硼フッ化リチウム、過塩素酸リチウム、トリフロロメタンスルホン酸リチウム、スルホニルイミドリチウム、スルホニルメチドリチウムなど、種々のリチウム塩を使用できる。リチウム塩の析出が生じない限り、その種類は特に限定されない。
リチウム塩濃度は、通常０．１〜２．０モル、好ましくは０．１５〜１．５モル、さらに好ましくは０．２〜１．２モル、特に好ましくは０．３〜１．０である。リチウム塩濃度が０．１モルに満たない場合は、充放電レートが大きい場合に電極近傍においてリチウムイオンの枯渇が生じ、充放電特性が低下する虞がある。また、リチウムイオン濃度が２．０モルを超えると電解液の粘度が高くなり、電気伝導性が低くなってしまう虞がある。
また、第４級アンモニウム塩は、適当な有機溶媒に混合することにより電解液として好適に使用され得る。この場合、１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を混合して用いてもよい。
有機溶媒としては、前記と同様の環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン化合物等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を混合して用いてもよい。
本発明で使用される電解液は、特定の有機添加剤を含有するのが好ましい。
特定の有機添加剤としては、例えば、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、エチレントリチオカーボネート、ビニレントリチオカーボネート、エチレンサルファイト等を挙げることができる。これらの中で、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネートが好ましい。これらの有機添加剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。
上記特定の有機添加剤を含むことにより、リチウム二次電池負極表面にＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）として知られるリチウムイオン選択的透過膜が形成され、第４級アンモニウム塩を形成するアンモニウムカチオンの分解及び負極材料への挿入を抑制でき、その結果、リチウム二次電池に安定した充放電特性を与えることができる。
上記特定の有機添加剤は、希釈剤としての機能も併せ持つ物質が含まれている。
これら特定の有機添加剤の含有量は、全電解液重量に対する該有機添加剤の割合が、好ましくは１〜４０重量％、より好ましくは１〜３０重量％、更に好ましくは１〜２０重量％、最も好ましくは１〜１０重量％である。特定の有機添加剤の含有量が１重量％未満の場合、負極表面に十分な皮膜が形成されず、第４級アンモニウム塩を形成するアンモニウムカチオンの分解及び負極材料への侵入を抑制できなくなる虞がある。
上記で得られる本発明の電解液を用いて電気二重層キャパシタを好適に作製できる。この電気二重層キャパシタの一例としては、例えば、図１に示すようなものを挙げることができる。電気二重層キャパシタの形状は図１のようなコイン型に限定されるものではなく、缶体中に電極を積層して収納されてなる積層型、捲回して収納されてなる捲回型、又はアルミラミネート中にパッキングされてなるラミネート型と称されるものであってもよい。以下、一例としてコイン型電気二重層キャパシタの構造について説明する。
図１は、コイン型電気二重層キャパシタの断面を示す図面である。電極１、２がセパレータ３を介して対向配置され、容器体４、５に収納されている。電極は、活性炭等の炭素材料からなる分極性電極部分と集電体部分とからなる。容器体４、５は、電解液によって腐食されなければよく、例えば、ステンレス鋼、アルミ等からなる。容器体４、５は、絶縁性のガスケット６により電気的に絶縁されており、同時に金属製缶体内部を密封し、缶体外部からの水分や空気が浸入しないようになっている。電極１の集電体及び容器体４、並びに電極２の集電体と金属製のスペーサー７は、それぞれ金属製のスプリング８の存在により適度な圧力で接触しており、電気的接触を保っている。電気伝導性を高めるために、集電体をカーボンペースト等の導電性ペーストを用いて接着してもよい。
分極性電極材料は、比表面積が大きく、電気伝導性が高い材料であることが好ましく、また使用する印加電圧の範囲内で電解液に対して電気化学的に安定であることが必要である。このような材料としては、例えば、炭素材料、金属酸化物材料、導電性高分子材料等を挙げることができる。コストを考慮すると、分極性電極材料は、炭素材料であるのが好ましい。
炭素材料としては、活性炭材料が好ましく、具体的には、おがくず活性炭、やしがら活性炭、ピッチ・コークス系活性炭、フェノール樹脂系活性炭、ポリアクリロニトリル系活性炭、セルロース系活性炭等を挙げることができる。
金属酸化物系材料としては、例えば、酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化コバルト等を上げることができる。
導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール膜、ポリチオフェン膜、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）膜等を挙げることができる。
電極は、上記分極性電極材料を結着剤と共に加圧成型するか、又は上記分極性電極材料を結着剤と共にピロリドン等の有機溶剤に混合し、ペースト状にしたものをアルミニウム箔等の集電体に塗工後、乾燥して得ることができる。
セパレータとしては、電子絶縁性が高く、電解液の濡れ性に優れイオン透過性が高いものが好ましく、また、印加電圧範囲内において電気化学的に安定である必要がある。セパレータの材質は、特に限定は無いが、レーヨンやマニラ麻等からなる抄紙；ポリオレフィン系多孔質フィルム；ポリエチレン不織布；ポリプロピレン不織布等が好適に用いられる。
上記で得られる本発明の電解液を用いてリチウム二次電池を好適に作成できる。本発明のリチウム二次電池の形態は、コイン型、円筒型、角型、ラミネート等を挙げることができる。本発明のリチウム二次電池の一例としては、例えば、図２に示すコイン型セルの形態を挙げることができる。以下、図２に基づいてリチウム二次電池を説明する。
正極缶１４と負極缶１５とで形成される内部空間に、正極缶１４側から正極１１、セパレータ１３、負極１２、スペーサー１７の順に積層された積層体が収納されている。負極缶１５とスペーサー１７との間にスプリング１８を介在させることによって、正極１１と負極１２を適度に圧着固定している。電解液は、正極１１、セパレータ１３及び負極１２の間に含浸されている。正極缶１４及び負極缶１５の間にガスケット１６を介在させた状態で、正極缶１４及び負極缶１５をかしめることによって両者を結合し、上記積層体を密閉状態にしている。
正極活物質として、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１−ｘＣｏｘＯ２、ＬｉＮｉ１−ｙ−ｚＣｏｙＭｎｚＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等のリチウムと遷移金属との複合酸化物；ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５等の酸化物；ＴｉＳ２、ＦｅＳ等の硫化物等を挙げることができる。電池容量・エネルギー密度の観点からリチウムと遷移金属との複合酸化物が好ましい。
上記において、１＞ｘ＞０、１＞ｙ＞０、１＞ｚ＞０、ｙ＋ｚ＜１である。
正極は、これらの正極活物質を、公知の導電助剤及び結着剤と共に加圧成型することにより、又は正極活物質を公知の導電助剤及び結着剤と共にピロリドン等の有機溶剤に混合し、ペースト状にしたものをアルミニウム箔等の集電体に塗工後、乾燥することにより得ることができる。
負極活物質には、リチウム金属、リチウム金属と他金属との合金、リチウムイオンが挿入脱離する材料が使用される。リチウム金属と他金属との合金としては、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｚｎ、Ｌｉ−Ｓｉ等を挙げることができる。リチウムイオンが挿入脱離する材料としては、樹脂及びピッチ等を焼成したカーボン材料、これらのカーボン材料にホウ素化合物を添加したカーボン材料、天然黒鉛等を挙げることができる。これらの負極材料は、１種単独で、又は２種以上を混合して使用される。
負極は、これらの負極活物質を、公知の導電助剤及び結着剤と共に加圧成型することにより、又は負極活物質を公知の導電助剤及び結着剤と共にピロリドン等の有機溶剤に混合し、ペースト状にしたものを銅箔等の集電体に塗工後、乾燥することにより得ることができる。
セパレータとしては、電解液が通過しやすく、絶縁体で、化学的に安定な材質である限り、特に限定はない。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩及びこれを含有する電解液は、電気伝導性が高く、有機溶媒に対する溶解性が高く、電気化学デバイスの電解液として好適である。電気化学デバイスとしては、例えば、電気二重層キャパシタ、二次電池、色素増感型太陽電池、エレクトロクロミック素子、コンデンサ等が例示されるが、これらに限定されない。特に好適な電気化学デバイスは、電気二重層キャパシタ及び二次電池である。
図１は本発明の電気二重層キャパシタの断面図を示す。図２は本発明のリチウム二次電池の断面図を示す。
１…電極、２…電極、３…セパレータ、４…容器体、５…容器体、６…ガスケット、７…スペーサー、８…スプリング、１１…正極、１２…負極、１３…多孔質セパレータ、１４…正極缶、１５…負極缶、１６…ガスケット、１７…スペーサー、１８…スプリング
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが何らこれらに限定されるものではない。なお使用したプロピレンカーボネート、アセトニトリル等の有機溶媒はキシダ化学株式会社製のリチウムバッテリーグレードで、水分の測定はカールフィッシャー水分計（平沼産業株式会社製、平沼微量水分測定装置ＡＱ−７）を用いた。
合成例１ Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライドの合成
Ｎ−メチルピロリジン（試薬：東京化成製を精留により精製 ピロリジン、水含有量共に０．１％以下）５０．０ｇを２９２．０ｇの脱水アセトン（水含有量０．１％以下）に溶解し、窒素置換した。５℃下クロロメチルメチルエーテル（試薬：東京化成製を蒸留精製）４７．３ｇを１時間で滴下した。５℃にて１時間攪拌し、５〜１５℃以下にて４時間攪拌し、反応を終了した。反応液を濾別し、得られた固体を１２０ｇのアセトンにて洗浄した。減圧乾燥し９２．５ｇの目的物（白色固体）を得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２２（ｍ ４Ｈ），３．１１（ｓ ３Ｈ），３．４６（ｍ ２Ｈ），３．６０（ｍ
２Ｈ），３．６７（ｓ ３Ｈ），４．６５（ｓ ２Ｈ）
合成例２ Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムクロライドの合成
Ｎ−エチルピロリジン（試薬：東京化成製を精留により精製 ピロリジン、水共に０．１％以下）３４．７１ｇを１８９ｇの脱水アセトン（水０．１％以下）に溶解し、窒素置換した。５℃下クロロメチルエチルエーテル２８．１８ｇを１時間で滴下した。５℃にて５時間攪拌し反応を終了した。濾過、１００ｇのアセトンにて洗浄、減圧乾燥し白色固体５０．０８ｇを得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
１．３６（ｍ ３Ｈ），２．１７（ｍ ４Ｈ），３．４１〜３．６４（ｍ ６Ｈ），
３．６４（ｓ ３Ｈ），４．５９（ｓ ２Ｈ）
合成例３ Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライドの合成
Ｎ−メチルピロリジン（試薬：東京化成製を精留により精製 ピロリジン、水共に０．１％以下）８７．０ｇを５１０ｇの脱水アセトン（水０．１％以下）に溶解し、窒素置換した。３℃下クロロメチルエチルエーテル９６．６ｇを１時間で滴下した。５℃にて１時間攪拌し、５〜１５℃以下にて４時間攪拌し、反応を終了した。反応終了後濃縮し、真空ポンプにより減圧乾燥した。２−ブタノン／アセトン混合溶媒（８／２＝Ｖ／Ｖ）７００ｍｌを加え、−３０℃にて再結晶した。濾過、２−ブタノン／アセトン混合溶媒にて洗浄した後、減圧乾燥し目的物である１８３．４ｇの白色結晶を得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
１．３０（ｔ ３Ｈ），２．２３（ｍ ４Ｈ），３．１２（ｓ ３Ｈ），３．４７
（ｍ ２Ｈ），３．６０（ｍ ２Ｈ），３．８９（ｑ ２Ｈ），４．７１（ｓ ２
Ｈ）
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドの合成
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド６８．５ｇを水３２１．１ｇに溶解し、ジシアナミド銀７２．２ｇを添加した。５０℃の加熱下、９時間反応した。室温まで冷却し、濾過した。濾液は減圧濃縮後、真空乾燥した。無水ジクロロメタン（試薬：関東化学製）５００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）８０．１ｇを得た。１Ｈ−ＮＭＲ、電気伝導度及び耐電圧の測定を行った。
電気伝導度の測定にはＲａｄｉｏｍｅｔｅｒ社製電気伝導度メーターを使用した。測定セルにはＲａｄｉｏｍｅｔｅｒ社製ＣＤＣ６４１Ｔを使用した。
耐電圧の測定には３極式電気化学セルを使用した。作用極として、φ１．０ｍｍ、電極面積０．００７９ｃｍ−２のグラシーカーボン電極（ＢＡＳ株式会社製）、参照極としてφ０．５ｍｍの銀ワイヤー（株式会社ニラコ製、純度９９．９９％）、対極としてφ０．５ｍｍ×５０ｍｍの白金電極（ＢＡＳ株式会社製、１１−２２３３）を使用した。リニアスイープボルタンメトリーを行い、酸化電流密度及び還元電流密度が０．５ｍＡｃｍ−２になる電位を別々に調べた。これらの電位の差を耐電圧とした。なお電位の挿引印加速度は５０ｍＶｓ−１とした。電気化学測定には北斗電工製 ＨＺ−３０００を使用した。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２，２２（ｍ ４Ｈ），３．１０（ｓ ３Ｈ），３．４５（ｍ ２Ｈ），３，５８（ｍ
２Ｈ），３．６７（ｓ ３Ｈ），４．６０（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：２１．６０ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
耐電圧：４．３Ｖ
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネートの合成
チオシアン酸ナトリウム（試薬：和光純薬製）５１．０ｇを２６０ｇのエタノールに溶解した。Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド８０．２ｇを５０．３ｇのエタノールに溶解した。Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド／エタノール溶液を、室温にてチオシアン酸ナトリウム／エタノール溶液へ０．５時間で滴下し、塩交換を行った。室温にて３６時間攪拌し反応を終了した。反応液を濾別し、得られた個体を３００ｇのエタノールにて洗浄した。濾液を減圧乾燥し、残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）８２．０ｇを得た。実施例１と同様に１Ｈ−ＮＭＲ、電気伝導度及び耐電圧の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２３（ｍ ４Ｈ），３．１３（ｓ ３Ｈ），３．４９（ｍ ２Ｈ），３．６２（ｍ
２Ｈ），３．６８（ｓ ３Ｈ），４．６５（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：１４．０６ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
耐電圧：３．４Ｖ
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレートの合成
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド４９．８ｇを水１５０．４ｇに溶解し、硝酸銀５６．１ｇを添加した。室温にて２時間反応した。５℃まで冷却し、濾過した。濾液は減圧濃縮後、真空乾燥した。無水ジクロロメタン（試薬：関東化学製）５００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）５６．２ｇを得た。実施例１と同様に１Ｈ−ＮＭＲ、電気伝導度及び耐電圧の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２０（ｍ ４Ｈ），３．０９（ｓ ３Ｈ），３．４５（ｍ ２Ｈ），３．５８（ｍ
２Ｈ），３．６６（ｓ ３Ｈ），４．６１（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：５．９６ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
耐電圧：４．２Ｖ
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムイソシアネートの合成
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド５５．５ｇを水３２５ｇに溶解し、シアン酸銀（試薬：Ａｌｄｒｉｃｈ製）５１．０ｇを添加した。室温にて９時間反応した。５℃まで冷却し、濾過した。濾液は減圧濃縮後、真空乾燥した。無水エチルアルコール（試薬：関東化学製）５０００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）４３．６ｇを得た。実施例１と同様に１Ｈ−ＮＭＲ、電気伝導度及び耐電圧の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２１（ｍ ４Ｈ），３．０９（ｓ ３Ｈ），３．４５（ｍ ２Ｈ），３．５８（ｍ
２Ｈ），３．６６（ｓ ３Ｈ），４．６０（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：５．８１ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
耐電圧：３．３Ｖ
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトライトの合成
Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド４８．２ｇを水１６２．３ｇに溶解し、亜硝酸銀（試薬：Ａｌｄｒｉｃｈ製）５０．７ｇを添加した。室温にて１２時間、５０℃にて８時間反応した。５℃まで冷却し、濾過した。濾液は減圧濃縮後、真空乾燥した。無水エチルアルコール（試薬：関東化学製）５０００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液エチルアルコール）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）４３．８ｇを得た。実施例１と同様に１Ｈ−ＮＭＲ及び電気伝導度の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．１９（ｍ ４Ｈ），３．０８（ｓ ３Ｈ），３．４４（ｍ ２Ｈ），３．５６（ｍ
２Ｈ），３．６５（ｓ ３Ｈ），４．５９（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：４．８３ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネートの合成
チオシアン酸ナトリウム（試薬：和光純薬製）２７．１ｇを１４０ｇのエタノールに溶解した。Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムクロライド４０．０ｇを２０．０ｇのエタノールに溶解した。Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムクロライド／エタノール溶液を、室温にてチオシアン酸ナトリウム／エタノール溶液へ０．５時間で滴下し、塩交換を行った。室温にて３６時間攪拌し反応を終了した。反応液を濾別し、得られた個体を３００ｇのエタノールにて洗浄した。濾液を減圧乾燥し、無水クロロホルム（試薬：和光純薬製）２００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。（残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）３９．９ｇを得た。実施例１と同様に１Ｈ−ＮＭＲ及び電気伝導度の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：
１．４５（ｔ ３Ｈ），２．３３（ｍ ４Ｈ），３．６１（ｍ ４Ｈ），３．７１
（ｓ ３Ｈ），３．８０（ｍ ２Ｈ），４．７８（ｓ ２Ｈ）
電気伝導度：８．８ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドの合成
Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムクロライド４２．８ｇを水２００．０ｇに溶解し、ジシアナミド銀４４．６ｇを添加した。５０℃の加熱下、３４時間反応した。室温まで冷却し、濾過した。濾液は減圧濃縮後、真空乾燥した。無水ジクロロメタン（試薬：関東化学製）５００ｍｌを加え、−２５℃まで冷却した。濾過し、濃縮、真空乾燥した。残渣はアルミナカラム（ＩＣＮ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｌｓ ＧｍｂＨ製 ＩＣＮ Ａｌｕｍｉｎａ Ｎ，Ａｋｔ．１／溶離液アセトニトリル）を通し精製した。溶離液は濃縮、真空乾燥し目的物（無色液体）４５．４ｇを得た。１Ｈ−ＮＭＲ及び電気伝導度の測定を行った。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）δｐｐｍ：
１．３３（ｔ ３Ｈ），２．３１（ｍ ４Ｈ），３．２０（ｓ ３Ｈ），３．５３
（ｍ ２Ｈ），３．７０（ｍ ２Ｈ），３．９１（ｑ ２Ｈ），４．７３（ｓ ２
Ｈ）
電気伝導度：１５．８ｍＳ／ｃｍ（２５℃）
実施例１で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドとプロピレンカーボネートとを、種々濃度で、露点が−６０℃以下の窒素雰囲気ドライボックス内で混合した。混合後の溶液の水分をカールフィッシャー水分計（平沼産業株式会社製、平沼微量水分測定装置ＡＱ−７）で測定し、３０ｐｐｍ以下であることを確認した。混合濃度は表１に掲げる通りとし、各種組成物の電気伝導度を測定した。
＜混合状態の観察＞
上記各種組成物を、ドライボックス内で４ｃｃずつ、スクリュー栓が付いたガラス容器に移し、ドライボックスの外に取り出した。各種溶液が入ったガラス容器を恒温槽に浸漬し、２５℃、０℃、−３０℃でそれぞれ５時間保持し、目視で状態を確認した。表において、「−」は二層分離を、「固」は固体状態を示す。
＜電気伝導度の測定＞
混合状態の観察後、分離していない、或いは固化していない液体状態の組成溶液について、再度ドライボックス内から溶液を取り出し電気伝導度を測定した。電気伝導度の測定には、導電率計（ＣＤＭ２１０ Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ社製）を使用した。測定セルにはＸＥ−１００（Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ社製）を使用した。
実施例１で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドとアセトニトリルを用いた以外は実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例２で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネートとプロピレンカーボネートを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例２で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムチオシアネートとアセトニトリルを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例３で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレートとプロピレンカーボネートを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例３で製造したＮ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムナイトレートとアセトニトリルを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例６で製造したＮ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジニウムチオシアネートとアセトニトリルを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
実施例７で製造したＮ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジニウムジシアナミドとアセトニトリルを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
比較例１ Ｎ−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムテトラフルオロボレートの合成
Ｎ−メチルピロリジン（試薬：東京化成製）３１．１０ｇを１２４．３０ｇのトルエンに溶解し、窒素置換した。２７℃下ブロモエチルメチルエーテル（試薬：アルドリッチ製）６１．２２ｇを１時間で滴下した。除々に昇温し、６０〜７０℃にて３７時間攪拌し、反応を終了した。室温まで冷却し、生じた固体を窒素下濾別した。７０ｇのトルエンにて洗浄した後、減圧乾燥した（茶褐色固体 ７８．９９ｇ）。得られた固体は２００ｇのアセトンに懸濁し、室温にて攪拌洗浄、窒素下濾別した（×２回繰り返した）。減圧乾燥し、収量６２．６４ｇを得た。着色があった為、水１３１．８３ｇに溶解し、活性炭（カルボラフィン 武田薬品工業株式会社製）６．００ｇを加え１２時間９０〜９５℃にて攪拌処理した。室温まで、冷却し、活性炭を濾別した。減圧濃縮、減圧乾燥し、収量５８．３４ｇを得た。アセトン２００．４８ｇ、クロロホルム２７．２２ｇの混合溶媒に加熱溶解し、再結晶した。生成した白色固体は窒素下濾別し、アセトン５０ｇにて洗浄、減圧乾燥し、Ｎ−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムブロマイド３４．１０ｇを得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２４（ｍ ４Ｈ），３．１５（ｓ ３Ｈ），３．４０（ｓ ３Ｈ），３．６５（ｍ
６Ｈ），３．８３（ｍ ２Ｈ）
続いて、上記で製造したＮ−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムブロマイド４０．０ｇをＭｅＯＨ４０．０ｇに溶解し、３０ｗｔ％ＨＢＦ４のメタノール溶液５４．０ｇを添加した。１３０℃の加熱下、窒素気流中にて、副生する塩化水素と過剰のＨＢＦ４を除き目的物（白色固体）３９．９ｇを得た。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤ３ＯＤ）δｐｐｍ：
２．２２（ｍ ４Ｈ），３．１０（Ｓ ３Ｈ），３．３９（Ｓ ３Ｈ），３．５８（ｍ
６Ｈ），３．８１（ｍ ２Ｈ）
上記で製造したＮ−メトキシエチル−Ｎ−メチルピロリジニウムテトラフルオロボレートとプロピレンカーボネートを用いた以外は、実施例８と同様にして各種組成物の電気伝導度を測定した。
本発明の式（１）で表される第４級アンモニウム塩及びこれを含有する電解液は、有機溶媒への溶解性に優れ、低温での信頼性に優れ、電気伝導度が高く、電気化学デバイスの電解液として好適である。またこれらの第４級アンモニウム塩はハロゲンを含んでおらず、環境負荷の小さい電解液を提供できる。

Claims (17)

  1. 式（１）で表される第４級アンモニウム塩。
    （式中、Ｒ１は、炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基を示し、Ｒ２は、炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ）２ −又はＳＣＮ−を示す。）
  2. 式（２）で表される第４級アンモニウム塩。
    （式中、Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ） ２ − 又はＳＣＮ − を示す。Ｍｅはメチル基を示す。）
  3. 請求の範囲第１〜２項のいずれか１項に記載の第４級アンモニウム塩のうち少なくとも１種と、有機溶媒とを含んでなることを特徴とする組成物。
  4. 有機溶媒が、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物及びスルホン化合物から選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の組成物。
  5. 有機溶媒が、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメトキシエタン及びアセトニトリルから選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の組成物。
  6. 有機溶媒が、プロピレンカーボネート及びアセトニトリルから選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の組成物。
  7. 式（３）で表される電解質。
    （式中、Ｒ１は、炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基を示し、Ｒ２は、炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ）２ −又はＳＣＮ−を示す。）
  8. 式（４）で表される電解質。
    （式中、Ｘ−は、Ｎ（ＣＮ） ２ − 又はＳＣＮ − を示す。Ｍｅはメチル基を示す。）
  9. 請求の範囲第７〜８項のいずれか１項記載の電解質のうち少なくとも１種を含んでなることを特徴とする電解液。
  10. 請求の範囲第７〜８項のいずれか１項記載の電解質のうち少なくとも１種と、有機溶媒とを含んでなることを特徴とする電解液。
  11. 有機溶媒が、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物及びスルホン化合物から選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の電解液。
  12. 有機溶媒が、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメトキシエタン及びアセトニトリルから選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の電解液。
  13. 有機溶媒が、プロピレンカーボネート及びアセトニトリルから選ばれる１種以上の有機溶媒であることを特徴とする請求項１１に記載の電解液。
  14. 請求の範囲第９〜１３項のいずれか１項記載の電解液を用いたことを特徴とする電気化学デバイス。
  15. （ａ）式（５）のアルキルピロリジンと式（６）の化合物とを反応させることにより、式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩を製造する工程、
    （式中、Ｒ１は、炭素数１から４の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。）
    （式中、Ｒ２は、炭素数１から３の直鎖又は分岐のアルキル基を示す。Ｙは、Ｃｌ、Ｂｒ又はＩを示す。）
    （式中、Ｒ１、Ｒ２及びＹは、上記と同じ。）
    （ｂ）式（１ａ）で表される第４級アンモニウム塩と式（７）で表される化合物とを反応させる工程、
    ＭＸ （７）
    （式中、Ｍは、水素原子、アルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子或いは金属原子を示す。Ｘは、Ｎ（ＣＮ）２又はＳＣＮを示す。）
    を含むことを特徴とする式（１）で表される第４級アンモニウム塩の製造方法。
  16. ＸがＮ（ＣＮ） ２ である請求項１に記載の式（１）で表される第４級アンモニウム塩。
  17. ＸがＮ（ＣＮ） ２ である請求項７に記載の式（３）で表される電解質。
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