JP5275011B2 - Electrolyte and electrochemical device using quaternary ammonium salt electrolyte - Google Patents

Electrolyte and electrochemical device using quaternary ammonium salt electrolyte Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical element which is stably usable even at low temperature and has superior long-period stability. <P>SOLUTION: An electrolytic solution for the electrochemical element contains an electrolyte (B) containing a compound (A) expressed by some specific chemical formula (1) and a water-unmixed solvent (H), the water-unmixed solvent (H) containing at least one sulfolane derivative (S) selected from a group of sulfolane, 3-methyl sulfolane and 2,4-dimethyl sulfolane, and a benzene derivative (G) expressed by some specific chemical formula (2). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;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)である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、高い耐電圧性を維持したまま、低温環境下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 electrochemical device excellent in long-term stability that can be used stably even in a low temperature environment while maintaining high voltage resistance.

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)で表される分子量が400以下であるベンゼン誘導体(G)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 0005275011
[式中、m及びnは3〜7を示し同じでも異なっていてもよい。Xは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.であるアニオンである。]
Figure 0005275011
[式中、Rは、ハロゲン原子、又は炭素数1〜7である有機基(g)、R及びR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。R、R及びRは同じでも異なっていてもよく、かつ少なくとも1つは炭素数1〜7であるパーフルオロアルキル基である。
;及び該電解液を用いる電気化学素子である。 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 the molecular weight represented by the general formula (2 ) is 400 or less. An electrolytic solution for an electrochemical element, comprising a benzene derivative (G 1 ) that is
Figure 0005275011
[Wherein, m and n represent 3 to 7 and may be the same or different. X is an anion having a HOMO energy of −0.60 to −0.20 a.u. ]
Figure 0005275011
[Wherein, R 1 is a halogen atom or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms, and R 2 and R 3 are a hydrogen atom, a halogen atom, or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms. It is. R 1, R 2 and R 3 rather good be the same or different, and at least one is a perfluoroalkyl group from 1 to 7 carbon atoms. ]
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、高い耐電圧性を維持したまま、低温環境下でも使用可能であり、長期安定性に優れる。 The electrochemical element using the electrolytic solution for an electrochemical element of the present invention can be used in a low temperature environment while maintaining high voltage resistance, and is excellent in long-term stability.

以下に本発明を詳細に説明する。
電解質(B)について説明する。
電解質(B)は一般式(1)で表される化合物(A)を含有してなる。
一般式(1)において、m及びnは3〜7であり、同じであっても異なってもよい。好ましくは3〜6であり、より好ましくは4〜5である。
m、nが2以下であると電解質(B)の化学的安定性が下がり、電解液の耐久性が低下する。
m、nが8以上であると電解質(B)の分子量が大きくなるため、電解液の電導度が低下する。また、電解液の溶媒への溶解性が下がり、低温で析出するなど低温性能が低下する。
The present invention is described in detail below.
The electrolyte (B) will be described.
The electrolyte (B) contains the compound (A) represented by the general formula (1).
In the general formula (1), m and n are 3 to 7, and may be the same or different. Preferably it is 3-6, More preferably, it is 4-5.
When m and n are 2 or less, the chemical stability of the electrolyte (B) is lowered, and the durability of the electrolytic solution is lowered.
When m and n are 8 or more, the molecular weight of the electrolyte (B) increases, and the conductivity of the electrolytic solution decreases. In addition, the solubility of the electrolytic solution in the solvent is lowered, and the low temperature performance is lowered, for example, it is precipitated at a low temperature.

化合物(A)のカチオンは、スピロ四級アンモニウムカチオンである。このスピロ四級アンモニウムカチオンをカチオンとする塩は、一般的に非水溶媒への溶解性に優れている。
化合物(A)のスピロ四級アンモニウムカチオンの好ましい具体例としては、スピロ−(1,1’)−ビアデチジニウムイオン、アザシクロプロパン−1−スピロ−1’−アザシクロブチルイオン、アザシクロプロパン−1−スピロ−1’−アザシクロペンチルイオン、アザシクロプロパン−1−スピロ−1’−アザシクロヘキシルイオン、アザシクロプロパン−1−スピロ−1’−アザシクロオクチルイオン、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオン、ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロジニウムイオン、アザシクロブタン−1−スピロ−1’−アザシクロヘキシルイオン、アザシクロブタン−1−スピロ−1’−アザシクロヘプチルイオン、アザシクロブチル−1−スピロ−1’−アザシクロオクチルイオン、スピロ−(1,1’)−ビピペリジニウムイオン、アザシクロペンタン−1−スピロ−1’−アザシクロヘキシルイオン、アザシクロペンタン−1−スピロ−1’−アザシクロヘプチルイオン、アザシクロペンタン−1−スピロ−1’−アザシクロオクチルイオン、スピロ−(1,1’)−ビヘキサメチレニウムイオン、アザシクロヘキサン−1−スピロ−1’−アザシクロヘプチルイオン、アザシクロヘキサン−1−スピロ−1’−アザシクロオクチルイオン、スピロ−(1,1’)−ビヘプタメチレンイミニウムイオン、が挙げられる。これらのうち、電気化学安定性の観点からスピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオン、アザシクロブタン−1−スピロ−1’−アザシクロペンチルイオン、スピロ−(1,1’)−ビピペリジニウムイオンが好ましい。
The cation of compound (A) is a spiro quaternary ammonium cation. A salt having the spiro quaternary ammonium cation as a cation is generally excellent in solubility in a non-aqueous solvent.
Preferred examples of the spiro quaternary ammonium cation of the compound (A) include spiro- (1,1 ′)-biadecidinium ion, azacyclopropane-1-spiro-1′-azacyclobutyl ion, azacyclopropane. -1-spiro-1′-azacyclopentyl ion, azacyclopropane-1-spiro-1′-azacyclohexyl ion, azacyclopropane-1-spiro-1′-azacyclooctyl ion, spiro- (1,1 ′ ) -Bipyrrolidinium ion, piperidine-1-spiro-1′-pyrodinium ion, azacyclobutane-1-spiro-1′-azacyclohexyl ion, azacyclobutane-1-spiro-1′-azacycloheptyl ion, aza Cyclobutyl-1-spiro-1′-azacyclooctyl ion, spiro- (1,1 ′)-bipipe Dinium ion, azacyclopentane-1-spiro-1′-azacyclohexyl ion, azacyclopentane-1-spiro-1′-azacycloheptyl ion, azacyclopentane-1-spiro-1′-azacyclooctyl ion, Spiro- (1,1 ′)-bihexamethylenium ion, azacyclohexane-1-spiro-1′-azacycloheptyl ion, azacyclohexane-1-spiro-1′-azacyclooctyl ion, spiro- (1, 1 ')-biheptamethyleneiminium ion. Of these, from the viewpoint of electrochemical stability, spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium ion, azacyclobutane-1-spiro-1′-azacyclopentyl ion, spiro- (1,1 ′)-bipipe Ridinium ions are preferred.

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 has a HOMO energy (hereinafter abbreviated as HOMO energy) by the first principle molecular orbital calculation in the range of −0.60 to −0.20 a.u., preferably −0.60 to − 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 a program for calculation (Reference 1: “Exploration of Chemistry by Electronic Structure Theory (Second Edition), James B. Foresman, AElen Frisch, written by 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。
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.

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。
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、 スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオンのBF塩、ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロリジニウムのBF塩、スピロ−(1、1’)−ビピペリジニウムのBF塩、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオンのPF塩、ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロリジニウムのPF塩、スピロ−(1、1’)−ビピペリジニウムの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、スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムイオンのBF塩、ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロリジニウムのBF塩、スピロ−(1、1’)−ビピペリジニウムのBF塩である。
Preferred examples of the compound (A) (cation component + anion component) are spiro - (1,1 ') - BF 4 salt of bi pyrrolidinium ion, BF 4 salt of piperidine-1-spiro-1'-pyrrolidinium, spiro - (1,1 ') - BF 4 salt Bipiperijiniumu, spiro - (1,1') - PF 6 salt of bi pyrrolidinium ion, piperidine-1-PF 6 salt of the spiro-1'-pyrrolidinium, spiro - (1,1 ′)-bipiperidinium PF 6 salt.
Of these, particularly preferred, from the viewpoint of electrochemical stability, spiro - (1,1 ') - BF 4 salt of bi pyrrolidinium ion, piperidin-1-spiro-1'-pyrrolidinium of BF 4 Salt, spiro- (1,1 ′)-bipiperidinium BF 4 salt.

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、化合物(A)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 compound (A).

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、好ましくは化合物(A)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, Borate esters, complexes of boron with compounds having hydroxyl and / or carboxyl groups, 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 the additive (E) is preferably 50% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, based on the weight of the compound (A).

本発明の非水混合溶媒(H)は、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、上記一般式(2)で表されるベンゼン誘導体(G)を含有する。
スルホラン誘導体(S)は、スルホラン単独、スルホランと3−メチルスルホランとの混合溶媒、又はスルホランと2,4−ジメチルスルホランとの混合溶媒が好ましい。
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、ベンゼン誘導体(G)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。ベンゼン誘導体は一般に粘度が低いため、電解液の高電導度化が可能であり、また活性炭電極との親和性も高いため、活性炭内孔への浸透性も高い。ベンゼン誘導体を溶媒として使用した電気化学キャパシタは、電解液の電導度から予測される以上に、内部抵抗が小さくなる傾向がある。
The non-aqueous mixed solvent (H) of the present invention is represented by at least one sulfolane derivative (S) selected from the group consisting of sulfolane, 3-methylsulfolane and 2,4-dimethylsulfolane, and the general formula (2). Containing the benzene derivative (G).
The sulfolane derivative (S) is preferably sulfolane alone, a mixed solvent of sulfolane and 3-methylsulfolane, or a mixed solvent of sulfolane and 2,4-dimethylsulfolane.
The sulfolane derivative (S) is a solvent for the electrolyte solution, which has a high viscosity and thus has a low electrical conductivity. When an electrochemical device is produced, there is a problem that the internal resistance is high. By using it, the viscosity of the electrolytic solution can be lowered, and as a result, the conductivity of the electrolytic solution can be improved and the internal resistance of the electrochemical device can be lowered. 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. Since benzene derivatives generally have a low viscosity, it is possible to increase the conductivity of the electrolyte, and since the affinity with the activated carbon electrode is high, the permeability to the inner diameter of the activated carbon is also high. Electrochemical capacitors using benzene derivatives as solvents tend to have lower internal resistance than expected from the conductivity of the electrolyte.

本発明で用いられるベンゼン誘導体(G)は、上記一般式(2)で表わされ、分子量が400以下であるものである。(G)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。(G)の分子量が400を超えると(G)の粘度が上昇し、溶媒として適さず、92未満の(G)は存在しない。
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(G)が室温において固体となるため、電解液溶媒に適さない。
及びR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。R、R及びR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(G)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 (G) used in the present invention is represented by the above general formula (2) and has a molecular weight of 400 or less. The molecular weight of (G) is preferably 300 or less, more preferably 92 to 200. When the molecular weight of (G) exceeds 400, the viscosity of (G) rises and is not suitable as a solvent, and (G) less than 92 does not exist.
R 1 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 (G) becomes a solid at room temperature, which is not suitable for an electrolyte solvent.
R 2 and R 3 are a hydrogen atom, a halogen atom, or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms. R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different. If the organic group (g) has 8 or more carbon atoms, the benzene derivative (G) becomes a solid at room temperature, which is not suitable for an electrolyte solvent.

ベンゼン誘導体(G)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。
ベンゼン誘導体(G)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、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(G)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(G)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。
The organic group (g) of the benzene derivative (G) 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.
Specific examples of the benzene derivative (G) 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, dialkyl phthalate (eg, dimethyl phthalate, ethyl methyl phthalate, diethyl phthalate, etc.), methyl o-toluate, Examples include methyl m-toluate, methyl p-toluate, dimethyl isophthalate, dimethyl terephthalate, methoxybenzene, methoxymethylbenzene, methylphenyl carbonate, methylphenylsulfone, and trimethylphenylsilane.
The benzene derivative (G) is preferably a liquid at 25 ° C. or higher.
The viscosity of the benzene derivative (G) 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.

非水混合溶媒(H)は、スルホラン誘導体(S)、ベンゼン誘導体(G)以外の溶媒(J)を含有していてもよい。溶媒(J)の含有量は、スルホラン誘導体(S)とベンゼン誘導体(G)の合計重量に対して、好ましくは0〜50重量%、さらに好ましくは10〜20重量%である。
溶媒(J)の具体例としては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、ジメチルスルホン、ジエチルスルホンなど。
・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。
が挙げられる。
The non-aqueous mixed solvent (H) may contain a solvent (J) other than the sulfolane derivative (S) and the benzene derivative (G). The content of the solvent (J) is preferably 0 to 50% by weight, more preferably 10 to 20% by weight, based on the total weight of the sulfolane derivative (S) and the benzene derivative (G).
Specific examples of the solvent (J) include the following.
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, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, 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.
Is mentioned.

非水混合溶媒(H)の中で、スルホラン誘導体(S)の含有量(重量%)は、スルホラン誘導体(S)とベンゼン誘導体(G)の合計重量に対して、20〜80重量%がよく、30〜70重量%がさらに好ましく、40〜60重量%が最も好ましい。スルホラン誘導体(S)の含有量がこれらの範囲内である場合、低温での性能が特に優れており、容量、電導度ともに高い電解液とすることができる。またベンゼン誘導体(G)は、2つ以上の溶媒の混合物でもよい。 In the non-aqueous mixed solvent (H), the content (% by weight) of the sulfolane derivative (S) is preferably 20 to 80% by weight with respect to the total weight of the sulfolane derivative (S) and the benzene derivative (G). 30 to 70% by weight is more preferable, and 40 to 60% by weight is most preferable. When the content of the sulfolane derivative (S) is within these ranges, the performance at a low temperature is particularly excellent, and the electrolyte solution can have a high capacity and conductivity. The benzene derivative (G) may be a mixture of two or more solvents.

非水混合溶媒(H)の好ましい例としては以下の例が挙げられる。
(1)スルホランとトルエンの混合溶媒。
重量比は、スルホラン:トルエンが20:80〜80:20、好ましくは30:70〜70:30のもの。
(2)スルホランとクロロベンゼンの混合溶媒。
重量比は、スルホラン:クロロベンゼンが20:80〜80:20、好ましくは30:70〜70:30のもの。
(3)スルホランとベンゾトリフルオリドの混合溶媒。
重量比は、スルホラン:ベンゾトリフルオリドが20:80〜80:20、好ましくは30:70〜70:30のもの。(4)スルホランとベンゾニトリルの混合溶媒
重量比は、スルホラン:ベンゾニトリルが20:80〜80:20、好ましくは30:70〜70:30のもの。
Preferable examples of the non-aqueous mixed solvent (H) include the following examples.
(1) A mixed solvent of sulfolane and toluene.
The weight ratio of sulfolane: toluene is 20:80 to 80:20, preferably 30:70 to 70:30.
(2) A mixed solvent of sulfolane and chlorobenzene.
The weight ratio of sulfolane: chlorobenzene is 20:80 to 80:20, preferably 30:70 to 70:30.
(3) A mixed solvent of sulfolane and benzotrifluoride.
The weight ratio of sulfolane: benzotrifluoride is 20:80 to 80:20, preferably 30:70 to 70:30. (4) The mixed solvent weight ratio of sulfolane and benzonitrile is such that sulfolane: benzonitrile is 20:80 to 80:20, preferably 30:70 to 70:30.

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、非水混合溶媒(H)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. Among 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 mixed solvent (H) 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, or 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

化合物(A)の含有量を、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により定量した。検量線は、晶析して純度を上げた化合物(A)を標品として使用して作成することができる。
本発明の電解液をHPLCに用いる移動相で500倍希釈し、この溶液を0.20μmの親水性フィルター(ADVANTEC社:DISMIC−13JP, PTFE non−sterile)で濾過し、濾液を測定用サンプルとした。
The content of compound (A) was quantified by high performance liquid chromatography (HPLC). The calibration curve can be prepared using the compound (A) crystallized to increase the purity as a standard.
The electrolyte solution of the present invention was diluted 500 times with a mobile phase used for HPLC, and this solution was filtered with a 0.20 μm hydrophilic filter (ADVANTEC: DISMIC-13JP, PTFE non-sterile). did.

<製造例1>
電解質(B−1)の製造
ピロリジン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。この固体にエタノール50部、2−プロパノール1950部を加えて、80度に昇温して1時間攪拌し、室温に冷却する晶析操作を3回行い、テトラフルオロホウ酸スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウムの化合物(A−1)(白色固体)46部を得た。化合物(A−1)を1H−NMR、19F−NMR、13C−NMR及びHPLC分析した結果、99.99mol%であった。HPLC分析の測定条件は上記に記載したとおりである。
化合物(A−1)を電解質(B−1)とした。
以下の合成例についても同じである。
<Production Example 1>
Production of Electrolyte (B-1) 100 parts of pyrrolidine and 97 parts of potassium carbonate were charged into an autoclave coated with Teflon (registered trademark), 179 parts of 1,4-dichlorobutane were added, and the reaction was carried out at 90 ° C. for 8 hours. To this reaction solution, 294 parts of a 42% by weight aqueous borohydrofluoric acid solution 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. Ethanol (50 parts) and 2-propanol (1950 parts) were added to this solid, the temperature was raised to 80 ° C., the mixture was stirred for 1 hour, and cooled to room temperature three times. Tetrafluoroborate spiro- (1,1 ') -46 parts of bipyrrolidinium compound (A-1) (white solid) was obtained. As a result of 1 H-NMR, 19 F-NMR, 13 C-NMR and HPLC analysis of the compound (A-1), it was 99.99 mol%. The measurement conditions for HPLC analysis are as described above.
The compound (A-1) was used as the electrolyte (B-1).
The same applies to the following synthesis examples.

<製造例2>
製造例1のホウフッ化水素酸水溶液を60重量%のヘキサフルオロリン酸水溶液342部に換えた以外は同様で、固体245部が得られた。この固体に対して製造例1と同様の晶析操作を3回行い、ヘキサフルオロリン酸スピロ−(1,1’)−ビピロリジニウム、の化合物(A−2)(白色固体)48部を得た。化合物(A−2)を1H−NMR、19F−NMR、13C−NMR及びHPLC分析した結果、99.99mol%であった。HPLC分析の測定条件は上記に記載したとおりである。化合物(A−2)を電解質(B−2)とした。
<Production Example 2>
245 parts of a solid were obtained in the same manner except that the borohydrofluoric acid aqueous solution of Production Example 1 was replaced with 342 parts of a 60 wt% aqueous hexafluorophosphoric acid solution. This solid was subjected to the same crystallization operation as in Production Example 1 three times to obtain 48 parts of a compound (A-2) (white solid) of spiro- (1,1 ′)-bipyrrolidinium hexafluorophosphate. . As a result of 1 H-NMR, 19 F-NMR, 13 C-NMR and HPLC analysis of the compound (A-2), it was 99.99 mol%. The measurement conditions for HPLC analysis are as described above. The compound (A-2) was used as the electrolyte (B-2).

<製造例3>
ピロリジン100部、炭酸カリウム97部をテフロンコーティングしたオートクレーブに仕込み、1,5−ジクロロペンタン198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200部が得られた。この固体に対して製造例1と同様の晶析操作を3回行い、テトラフルオロホウ酸ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロジニウムの化合物(A−3)(白色固体)155部を得た。化合物(A−3)を1H−NMR、19F−NMR、13C−NMR及びHPLC分析した結果、99.99mol%であった。HPLC分析の測定条件は上記に記載したとおりである。化合物(A−3)を電解質(B−3)とした。
<Production Example 3>
An autoclave coated with 100 parts of pyrrolidine and 97 parts of potassium carbonate in Teflon was added, 198 parts of 1,5-dichloropentane was added, and the reaction was carried out at 90 ° C. for 8 hours. To this reaction solution, 294 parts of a 42% by weight aqueous borohydrofluoric acid solution was gradually added dropwise at 25 ° C. over about 30 minutes. After the dropping was completed and the generation of bubbles was stopped, the whole solvent was distilled off at 20 Torr and 100 ° C. to obtain 200 parts of a solid. Crystallization operation similar to manufacture example 1 was performed 3 times with respect to this solid, and 155 parts of compounds (A-3) (white solid) of piperidine-1-spiro-1'-pyrodinium tetrafluoroborate were obtained. As a result of 1 H-NMR, 19 F-NMR, 13 C-NMR and HPLC analysis of the compound (A-3), it was 99.99 mol%. The measurement conditions for HPLC analysis are as described above. Compound (A-3) was used as electrolyte (B-3).

<製造例4>
製造例3のホウフッ化水素酸水溶液を60重量%のヘキサフルオロリン酸水溶液342部に換えた以外は同様で、固体260部が得られた。この固体に対して製造例1と同様の晶析操作を3回行い、ヘキサフルオロリン酸ピペリジン−1−スピロ−1’−ピロジニウムの化合物(A−4)(白色固体)185部を得た。化合物(A−4)を1H−NMR、19F−NMR、13C−NMR及びHPLC分析した結果、99.99mol%であった。HPLC分析の測定条件は上記に記載したとおりである。化合物(A−4)を電解質(B−4)とした。
<Production Example 4>
260 parts of solid were obtained in the same manner except that the borohydrofluoric acid aqueous solution of Production Example 3 was replaced with 342 parts of a 60% by weight hexafluorophosphoric acid aqueous solution. The solid was subjected to the same crystallization operation as in Production Example 1 three times to obtain 185 parts of a compound (A-4) (white solid) of piperidine-1-spiro-1′-pyrodinium hexafluorophosphate. It was 99.99 mol% as a result of analyzing a compound (A-4) by < 1 > H-NMR, < 19 > F-NMR, < 13 > C-NMR, and HPLC. The measurement conditions for HPLC analysis are as described above. Compound (A-4) was used as electrolyte (B-4).

・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.

<参考例1>
脱水したスルホラン50部と、脱水したクロロベンゼン50部と、電解質(B−1)18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32ppmであった。
<Reference Example 1>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of dehydrated chlorobenzene, and 18 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<参考例2>
脱水したスルホラン50部と、脱水したクロロベンゼン50部と、電解質(B−2)23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32ppmであった。
<Reference Example 2>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of dehydrated chlorobenzene, and 23 parts of electrolyte (B-2) were uniformly mixed and dissolved at 25 ° C. to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 32 ppm.

<参考例3>
脱水したスルホラン50部と、脱水したクロロベンゼン50部と、電解質(B−3)19部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は20ppmであった。
<Reference Example 3>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of dehydrated chlorobenzene, and 19 parts of electrolyte (B-3) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 20 ppm.

<参考例4>
脱水したスルホラン50部と、脱水したクロロベンゼン50部と、電解質(B−4)24部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は29ppmであった。
<Reference Example 4>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of dehydrated chlorobenzene and 24 parts of electrolyte (B-4) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 29 ppm.

<実施例5>
脱水したスルホラン60部とベンゾトリフルオリド40部と、電解質(B−1)18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。
<Example 5>
60 parts of dehydrated sulfolane, 40 parts of benzotrifluoride, and 18 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 ppm.

<実施例6>
脱水したスルホラン40部とベンゾトリフルオリド60部と、電解質(B−2)23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。
<Example 6>
40 parts of dehydrated sulfolane, 60 parts of benzotrifluoride, and 23 parts of electrolyte (B-2) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 ppm.

<実施例7>
脱水したスルホラン60部と4−クロロベンゾトリフルオリド40部と、電解質(B−1)18部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は20ppmであった。
<Example 7>
60 parts of dehydrated sulfolane, 40 parts of 4-chlorobenzotrifluoride, and 18 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 20 ppm.

<参考例8>
脱水したスルホラン80部とトルエン20部と、電解質(B−2)23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。
<Reference Example 8>
80 parts of dehydrated sulfolane, 20 parts of toluene, and 23 parts of electrolyte (B-2) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 19 ppm.

<参考例9>
脱水したスルホラン20部と安息香酸メチル80部と、電解質(B−1)20部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は43ppmであった。
<Reference Example 9>
20 parts of dehydrated sulfolane, 80 parts of methyl benzoate and 20 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 43 ppm.

<参考例10>
脱水したスルホラン50部とベンゾニトリル50部と、電解質(B−1)20部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は43ppmであった。
<Reference Example 10>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of benzonitrile and 20 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 43 ppm.

<参考例11>
脱水したスルホラン50部とベンジルメチルエーテル50部と、電解質(B−1)20部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は28ppmであった。
<Reference Example 11>
50 parts of dehydrated sulfolane, 50 parts of benzyl methyl ether and 20 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 28 ppm.

<参考例12>
脱水したスルホラン40部と2,4−ジメチルスルホラン20部、ベンゾトリフルオリド40部と、電解質(B−2)23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。
<Reference Example 12>
40 parts of dehydrated sulfolane, 20 parts of 2,4-dimethylsulfolane, 40 parts of benzotrifluoride, and 23 parts of electrolyte (B-2) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 19 ppm.

<実施例13>
脱水したスルホラン40部と2,4−ジメチルスルホラン20部、ベンゾトリフルオリド40部と、電解質(B−2)23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 13>
40 parts of dehydrated sulfolane, 20 parts of 2,4-dimethylsulfolane, 40 parts of benzotrifluoride, and 23 parts of electrolyte (B-2) 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50部とクロロベンゼン50部と、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)(B−5’)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 1>
50 parts of dehydrated sulfolane and 50 parts of chlorobenzene and 20 parts of tetraethylammonium BF 4 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (B-5 ′) as an electrolyte were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 ppm.

<比較例2>
脱水したスルホラン50部とクロロベンゼン50部と、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)(B−6’)17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 2>
50 parts of dehydrated sulfolane and 50 parts of chlorobenzene and 17 parts of triethylmethylammonium BF 4 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (B-6 ′) as an electrolyte were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 ppm.

<比較例3>
脱水したプロピレンカーボネート100部と、電解質(B−1)18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 3>
100 parts of dehydrated propylene carbonate and 18 parts of electrolyte (B-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4>
脱水したプロピレンカーボネート100部と、電解質(B−2)23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 4>
100 parts of dehydrated propylene carbonate and 23 parts of electrolyte (B-2) 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5>
脱水したスルホラン40部とプロピレンカーボネート60部と、電解質(B−1)18部を均一混合し電解液を得た。電解液の水分は24ppmであった。
<Comparative Example 5>
40 parts of dehydrated sulfolane, 60 parts of propylene carbonate, and 18 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 24 ppm.

<比較例6>
脱水したスルホラン100部と、電解質(B−1)18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 6>
100 parts of dehydrated sulfolane and 18 parts of electrolyte (B-1) were uniformly mixed to obtain an electrolytic solution. The water content of the electrolytic solution was 21 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」、凝固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., “solidified” or “precipitation” was observed when precipitation was observed, and “no change” when solidification or precipitation was not observed.

Figure 0005275011
Figure 0005275011

表1から明らかなように、実施例5〜7、実施例13,参考例1〜4、8〜12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6.3V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、2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6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 5 to 7, Example 13, Reference Examples 1 to 4 and 8 to 12 are free from solidification or precipitation at a low temperature of −30 ° C., and have a potential window. Is as large as 6.3 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 and 2 cannot be used at low temperatures because electrolyte deposition occurs at low temperatures. Moreover, since the comparative example 6 is solidified at -30 degreeC, it cannot be used at low temperature.

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 and resistance 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。   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.

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。   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5〜7、実施例13,参考例1〜4、8〜12>、<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 electrolytic solutions of <Examples 5 to 7, Example 13, Reference Examples 1 to 4, 8 to 12>, and <Comparative Examples 1 to 6> were injected into the cell, and then vacuum impregnation was performed to form an electric double layer. A capacitor was produced.

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. Was measured as an index of long-term reliability. The test results are shown in Table 2.

Figure 0005275011
Figure 0005275011

表2から明らかなように、本発明の実施例5〜7、実施例13,参考例1〜4、8〜12の電解液を使用した電気二重層コンデンサは、比較例3〜5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がわかる。比較例1,2,6は実施例5〜7、実施例13,参考例1〜4、8〜12と同様にサイクル試験後の容量保持率は高く、内部抵抗増加率は低いが、−30℃において電解質が析出するため、低温では使用できない。
よって本発明の電解液を使用した電気化学キャパシタは、耐久性が高く高信頼性の電気化学素子を構成できること、さらに低温においても安定に使用可能な電気化学素子を構成できることが明らかである。



As is apparent from Table 2, the electric double layer capacitors using the electrolytic solutions of Examples 5 to 7, Example 13, Reference Examples 1 to 4 and 8 to 12 of the present invention are the electrolytic solutions of Comparative Examples 3 to 5. It can be seen that the capacity retention after the cycle test is high and the internal resistance increase rate is low as compared with the electric double layer capacitor using. In Comparative Examples 1, 2, and 6, the capacity retention after the cycle test is high and the internal resistance increase rate is low as in Examples 5 to 7, Example 13, Reference Examples 1 to 4, and 8 to 12, but the internal resistance increase rate is low. Since the electrolyte is deposited at ℃, it cannot be used at low temperatures.
Therefore, it is clear that the electrochemical capacitor using the electrolytic solution of the present invention can constitute a highly reliable electrochemical element having high durability, and can constitute an electrochemical element that can be used stably even at low temperatures.



本発明の電気化学素子用電解液を使用した電気化学素子は、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 electrochemical element using the electrolytic solution for an electrochemical element of the present invention can be applied to an electrochemical capacitor, a secondary battery, a dye-sensitized solar cell 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 (7)

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)で表される分子量が400以下であるベンゼン誘導体(G)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 0005275011
[式中、m及びnは3〜7を示し同じでも異なっていてもよい。Xは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.であるアニオンである。]
Figure 0005275011
[式中、Rは、ハロゲン原子、又は炭素数1〜7である有機基(g)、R及びR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。R、R及びRは同じでも異なっていてもよく、かつ少なくとも1つは炭素数1〜7であるパーフルオロアルキル基である。
An electrolyte solution (B) containing the compound (A) represented by the general formula (1) and an electrolyte solution containing 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 benzene derivative having a molecular weight of 400 or less represented by the general formula (2 ) ( An electrolytic solution for an electrochemical element, comprising G 1 ).
Figure 0005275011
[Wherein, m and n represent 3 to 7 and may be the same or different. X is an anion having a HOMO energy of −0.60 to −0.20 a.u. ]
Figure 0005275011
[Wherein, R 1 is a halogen atom or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms, and R 2 and R 3 are a hydrogen atom, a halogen atom, or an organic group (g) having 1 to 7 carbon atoms. It is. R 1, R 2 and R 3 rather good be the same or different, and at least one is a perfluoroalkyl group from 1 to 7 carbon atoms. ]
ベンゼン誘導体(G)の有機基(g)が、パーフルオロアルキル基である請求項1に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 1, wherein the organic group (g) of the benzene derivative (G 1 ) is a perfluoroalkyl group. スルホラン誘導体(S)とベンゼン誘導体(G)の合計重量に対して、スルホラン誘導体(S)の重量が20〜80重量%、ベンゼン誘導体(G)の重量が80〜20重量%である請求項1又は2に記載の電解液。 Relative to the total weight of the sulfolane derivative (S) and benzene derivative (G 1), weight 20 to 80 wt% of sulfolane derivative (S), wherein the weight of a benzene derivative (G 1) is 80 to 20 wt% Item 3. The electrolyte according to Item 1 or 2. 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1〜3のいずれか1項に記載の電解液。 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 electrolytic solution according to any one of claims 1 to 3, which is at least one selected from the group consisting of a fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms. 請求項1〜4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 4. 請求項1〜4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 4. 請求項1〜4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 4.
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