JP5684138B2 - Electric storage device and electrolyte used therefor - Google Patents

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Description

本発明は、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイス、および、これら蓄電デバイスに備えられる電解液、電解液用添加剤に関するものである。   The present invention relates to an electricity storage device such as an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and a lithium ion secondary battery, and an electrolyte solution and an additive for an electrolyte solution provided in these electricity storage devices.

電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスは、携帯電話、パーソナルコンピューター用の電源、さらには電気自動車やハイブリッド自動車用の電源など幅広い分野で用いられている。また、これらの蓄電デバイスの特性向上を目的として、様々な検討が重ねられている。   Electric storage devices such as electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, and lithium ion secondary batteries are used in a wide range of fields such as power supplies for mobile phones, personal computers, and power supplies for electric vehicles and hybrid vehicles. . Various studies have been made for the purpose of improving the characteristics of these electricity storage devices.

電気二重層キャパシタは、二次電池に比べて急速に充放電でき、充放電効率が高く、また、サイクル特性に優れる蓄電デバイスである。電気二重層キャパシタには、特許文献1に示されるように、セパレータを介した2枚の分極性電極と電解液からなるセルが備えられている。   An electric double layer capacitor is an electricity storage device that can be charged / discharged more rapidly than a secondary battery, has high charge / discharge efficiency, and is excellent in cycle characteristics. As shown in Patent Document 1, the electric double layer capacitor is provided with a cell composed of two polarizable electrodes and an electrolytic solution with a separator interposed therebetween.

近年、電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化を目指して、電極材料面、電解液材料面など様々な観点から研究が行われている。例えば、特許文献2では、熱的安定性、電気化学的安定性に優れ、且つ、溶媒不存在下でも電解質として用いられる化合物として1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートが開示されている。   In recent years, research has been conducted from various viewpoints such as an electrode material surface and an electrolyte material surface in order to increase the energy density of an electric double layer capacitor. For example, Patent Document 2 discloses 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate as a compound that is excellent in thermal stability and electrochemical stability, and is used as an electrolyte even in the absence of a solvent. .

リチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン二次電池の負極と電気二重層の正極を組み合わせた構造を有しており、一般的な電気二重層キャパシタの原理を利用しながら、負極材料としてリチウムイオンを吸蔵可能な炭素系材料を使い、負極にリチウムイオンを担持させることでエネルギー密度を向上させたキャパシタである。このリチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度が高いといった二次電池の特徴と、急速に充放電でき、充放電効率が高く、また、サイクル特性に優れるといった電気二重層キャパシタの特徴とを兼ね備えていることから、電気二重層キャパシタや従来の二次電池に代わる次世代蓄電装置として期待されている。   Lithium ion capacitors have a structure that combines a negative electrode of a lithium ion secondary battery and a positive electrode of an electric double layer, and can store lithium ions as a negative electrode material while utilizing the principle of a general electric double layer capacitor. This is a capacitor whose energy density is improved by using lithium-ion supported on the negative electrode using a simple carbon-based material. This lithium ion capacitor combines the characteristics of a secondary battery such as high energy density with the characteristics of an electric double layer capacitor that can be rapidly charged and discharged, has high charge and discharge efficiency, and has excellent cycle characteristics. It is expected as a next-generation power storage device that can replace electric double layer capacitors and conventional secondary batteries.

そこで、リチウムイオンキャパシタの実用化に向けた検討が重ねられており、例えば、特許文献3には、負極にリチウムイオンを効率良く担持させる方法が開示されている。   Thus, studies for practical application of lithium ion capacitors have been repeated. For example, Patent Document 3 discloses a method for efficiently supporting lithium ions on a negative electrode.

リチウムイオン二次電池は、構成材料としてリチウムを使用することから、電池の小型化、軽量化が可能であり、また、従来使用されている二次電池に比べて電気容量が大きいといった特徴を有する蓄電デバイスである。   Since lithium ion secondary batteries use lithium as a constituent material, they can be reduced in size and weight, and have a feature that their electric capacity is larger than that of conventionally used secondary batteries. It is an electricity storage device.

そこで、リチウムイオン二次電池の電気容量や入出力特性、サイクル特性の向上を目的として様々な研究がなされている。例えば、特許文献4では、表面が定結晶性炭素材料で被覆された黒鉛材料と、所定の黒鉛化度を有する易黒鉛化性炭素材料とを組み合わせた負極炭素材が開示されている。また、特許文献5には、縦横比が異なるリチウムニッケル複合酸化物の1次粒子が凝集してなる2次粒子であって、一部の1次粒子の長さ方向が2次粒子の中心方向に向かった構造を有するものは、高出力放電でき、且つ、高温でのサイクル耐久性に優れる正極材料となることが開示されている。   Therefore, various studies have been conducted for the purpose of improving the electric capacity, input / output characteristics, and cycle characteristics of the lithium ion secondary battery. For example, Patent Document 4 discloses a negative electrode carbon material in which a graphite material whose surface is coated with a constant crystalline carbon material and an easily graphitizable carbon material having a predetermined degree of graphitization are combined. Patent Document 5 discloses secondary particles obtained by agglomerating primary particles of lithium nickel composite oxide having different aspect ratios, and the length direction of some primary particles is the center direction of the secondary particles. It is disclosed that a material having a structure suitable for the above can be a positive electrode material capable of high power discharge and excellent in cycle durability at high temperatures.

また、耐久性や低温特性の向上など電解液の改良により上記蓄電デバイス特性を向上させる試みも行われている。例えば、特許文献6には、電解液の添加剤として、アルキレン基にイミダゾール環とアミンとが結合した構造を有するアンモニウム塩を使用することで、電解液に含まれる他のイオン導電性塩の結晶化や、金属のデンドライト化が防止されることが記載されている。また、特許文献7には、ジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムなどを添加剤とすることで、低温特性が改善され、さらに、耐久性も向上する旨記載されている。特許文献8には、特定の構造を有する有機金属化合物を非水電解液の添加剤として使用すれば、当該添加剤の分解副産物により正極表面に耐熱性を備えた絶縁膜が形成され、その結果、非水電解液二次電池の過充電などに対する安全性が高められる旨記載され、特許文献9には、特定の構造を有するフッ素化エーテルを含む電解液は耐電圧性に優れ、この電解液を備えた電池は、高い電圧での充電が可能である旨記載されている。   Attempts have also been made to improve the electricity storage device characteristics by improving the electrolytic solution such as durability and low temperature characteristics. For example, in Patent Document 6, an ammonium salt having a structure in which an imidazole ring and an amine are bonded to an alkylene group is used as an additive for an electrolytic solution, so that crystals of other ion conductive salts contained in the electrolytic solution are used. And prevention of dendrite formation of metals. Patent Document 7 describes that the use of lithium difluoro [oxolato-O, O ′] lithium borate as an additive improves the low-temperature characteristics and further improves the durability. In Patent Document 8, when an organometallic compound having a specific structure is used as an additive for a non-aqueous electrolyte, an insulating film having heat resistance is formed on the surface of the positive electrode by a decomposition byproduct of the additive, and as a result. Patent Document 9 describes that an electrolytic solution containing a fluorinated ether having a specific structure is excellent in withstand voltage, and that this non-aqueous electrolytic solution secondary battery has improved safety against overcharging. It is described that the battery provided with can be charged at a high voltage.

特開2005−64435号公報JP-A-2005-64435 特表2009−527074号公報Special table 2009-527074 gazette 特開2006−286919号公報JP 2006-286919 A 特開2009−117240号公報JP 2009-117240 A WO2006−118279号公報WO 2006-118279 特開2009−105028号公報JP 2009-105028 A 特開2008−166342号公報JP 2008-166342 A 特許第3934557号Japanese Patent No. 3934557 特開2006−86134号公報JP 2006-86134 A

電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化を実現するには、高電位で稼動させた場合にも電気分解などを生じ難いことが重要である。しかしながら、従来、電気二重層キャパシタの電解液として使用されてきた、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒と、アンモニウムやアルキル基置換アンモニウムをカチオン成分とし、テトラフルオロボレート(BF4 -)、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 -)などをアニオン成分とする電解質を用いた系では、2.5V〜3V(vs.Li/Li)程度の電位幅でしか稼動させることができず、さらなる改善が望まれていた。In order to realize high energy density of the electric double layer capacitor, it is important that electrolysis or the like hardly occurs even when the electric double layer capacitor is operated at a high potential. However, carbonate solvents such as propylene carbonate and ammonium or alkyl group-substituted ammonium, which have been used as an electrolytic solution for electric double layer capacitors, as a cation component, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluorophosphate ( In a system using an electrolyte containing PF 6 ) or the like as an anion component, it can be operated only in a potential range of about 2.5 V to 3 V (vs. Li / Li + ), and further improvement has been desired. .

また、リチウムイオンキャパシタの高エネルギー密度化を実現するには、電極表面積の増大やリチウムイオン担持量の増加といった電極面からの好適化に加えて、リチウムイオンキャパシタの耐電圧を大きくすることも有効であり、高電圧下で稼動させた場合にも電解液が電気分解などを生じ難く、安定であることが重要である。   In order to achieve higher energy density of lithium ion capacitors, it is also effective to increase the withstand voltage of lithium ion capacitors in addition to optimization from the electrode surface, such as increase of electrode surface area and increase of lithium ion loading. Therefore, it is important that the electrolyte is stable and does not easily undergo electrolysis even when operated under high voltage.

さらに、リチウムイオン二次電池の特性の向上、特に、高エネルギー密度化を実現するには、上述のように、負極やセパレータなどの好適化に加えて、高い酸化還元電位を有する正極材料の使用が有効である。また、この場合には、高電圧下で稼動させた場合にも電解液が分解し難く、安定であることが重要である。さらに、サイクル特性の観点からは、現在汎用されている正極材料(酸化還元電位4.2V(vs.Li/Li)以下)を用いる場合でも、分解し難く安定な電解液が望まれている。Furthermore, in order to improve the characteristics of the lithium ion secondary battery, in particular, to achieve high energy density, in addition to optimizing the negative electrode and the separator as described above, the use of a positive electrode material having a high redox potential is used. Is effective. Further, in this case, it is important that the electrolytic solution is hardly decomposed even when operated under a high voltage and is stable. Further, from the viewpoint of cycle characteristics, there is a demand for a stable electrolytic solution that is difficult to decompose even when a currently used positive electrode material (redox potential 4.2 V (vs. Li / Li + ) or less) is used. .

上述のように、各種蓄電デバイスの高エネルギー密度化を実現するには、高電圧下で蓄電デバイスを稼動させる必要があり、かかる観点からは、蓄電デバイスに備えられる電解液として、高電圧下においても分解し難いものであることが求められている。   As described above, in order to realize high energy density of various power storage devices, it is necessary to operate the power storage device under a high voltage. From such a viewpoint, as an electrolyte provided in the power storage device, Are also required to be difficult to disassemble.

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、高電圧域でも、安定に作動する電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスを提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and the object thereof is to provide an electricity storage device such as an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, and a lithium ion secondary battery that operate stably even in a high voltage range. Is to provide.

本発明の他の目的は、高電圧域でも、安定に蓄電デバイスを稼動し得る蓄電デバイスの電解液を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an electrolyte solution for an electricity storage device that can stably operate the electricity storage device even in a high voltage range.

上記目的を達成した本発明の電解液とは、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はオニウムカチオンおよび/または無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物、及び、非プロトン性有機溶媒を含み、LSV測定を行ったときに6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li)で耐電圧を有するところに要旨を有するものである。The electrolytic solution of the present invention that has achieved the above object is represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (wherein Kt + represents an onium cation and / or an inorganic cation). The present invention includes a ionic compound and an aprotic organic solvent, and has a withstand voltage of 6.9 V or more and 13.8 V or less (vs. Li / Li + ) when LSV measurement is performed. I have it.

本発明の電解液において、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の濃度は0.01質量%以上、50質量%未満であるのが好ましい。また、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物に含まれるカチオンKt+がオニウムカチオンである場合は、下記一般式で表される化合物より成る群から選ばれる少なくとも1種のカチオンであるのが好ましい。
(R1〜R12は、互いに独立して、水素原子、フッ素原子、又は、有機基を示す)
In the electrolytic solution of the present invention, the concentration of the ionic compound represented by the general formula (1) is preferably 0.01% by mass or more and less than 50% by mass. When the cation Kt + contained in the ionic compound represented by the general formula (1) is an onium cation, it is at least one cation selected from the group consisting of compounds represented by the following general formula. Is preferred.
(R 1 to R 12 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, or an organic group)

一方、上記カチオンKt+が無機カチオンである場合は、カチオンKt+は、Li,Na,MgおよびCaよりなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンであるのが好ましい。
また、本発明には、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はオニウムカチオンおよび/または無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物、及び、非プロトン性有機溶媒を含み、LSV測定を行ったときに0V以上、6.9V未満(vs.Li/Li)で耐電圧を有する電解液も含まれる。
On the other hand, when the cation Kt + is an inorganic cation, the cation Kt + is preferably at least one cation selected from the group consisting of Li, Na, Mg and Ca.
In the present invention, an ionic compound represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (wherein Kt + represents an onium cation and / or an inorganic cation) And an electrolytic solution containing an aprotic organic solvent and having a withstand voltage of 0 V or more and less than 6.9 V (vs. Li / Li + ) when the LSV measurement is performed.

さらに、本発明には、上述の電解液を含む蓄電デバイスも含まれる。また、本発明の蓄電デバイスとしては、満充電時の正極電位が4V(vs.Li/Li)以上であるものが望ましい。リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタおよび電気二重層キャパシタは、本発明の蓄電デバイスの推奨される実施態様である。Furthermore, the present invention also includes an electricity storage device including the above-described electrolytic solution. Further, as the electricity storage device of the present invention, it is desirable that the positive electrode potential at full charge is 4 V (vs. Li / Li + ) or more. A lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor are recommended embodiments of the electricity storage device of the present invention.

本発明により、高電圧域、特に酸化側高電圧域において分解が生じ難い電解液を提供できた。また、この電解液を備えた本発明の蓄電デバイスは、高電位で稼動させても電解液の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものと考えられる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrolytic solution in which decomposition does not easily occur in a high voltage range, particularly in an oxidation side high voltage range. In addition, it is considered that the electricity storage device of the present invention provided with this electrolytic solution hardly operates even when operated at a high potential, and can operate stably.

実験例1−1の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experimental example 1-1. 実験例1−2の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experimental example 1-2. 実験例2−1のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 2-1. 実験例2−1、2−2のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 2-1, 2-2. 実験例2−3、2−4のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 2-3, 2-4. 実験例2−5のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 2-5. 実験例2−6のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 2-6. 実験例3−1のサイクリックボルタモグラム結果を示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram result of Experimental example 3-1. 実験例3−2のサイクリックボルタモグラム結果を示す図である。It is a figure which shows the cyclic voltammogram result of Experimental example 3-2. 実験例4−1のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 4-1. 実験例4−2,4−3のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 4-2, 4-3. 実験例4−4のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 4-4. 実験例4−5のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 4-5. 実験例4−6のLSV測定結果を示す図である。It is a figure which shows the LSV measurement result of Experimental example 4-6. 実験例5−1〜実験例5−3の電流量保持率を示す図である。It is a figure which shows the electric current amount retention of Experimental example 5-1 to Experimental example 5-3. 実験例6の充放電試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging test result of Experimental example 6.

<電解液>
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はオニウムカチオンおよび/または無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物を電解質として用いることで、電解液の耐電圧を向上でき、高電圧下で充放電を繰返しても安定に蓄電デバイスを作動させ得ることを見出し、本発明を完成した。
<Electrolyte>
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (wherein Kt + is an onium cation and / or Or an ionic compound represented by an inorganic cation) can be used as an electrolyte, so that the withstand voltage of the electrolyte can be improved, and the electricity storage device can be stably operated even when charging and discharging are repeated under a high voltage. The present invention has been completed.

本発明の電解液は、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はオニウムカチオンおよび/または無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物、及び、非プロトン性有機溶媒を含み、下記条件でLSV測定を行ったときに6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li)で耐電圧性を有するところに特徴を有する。The electrolytic solution of the present invention is an ionic compound represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (wherein Kt + represents an onium cation and / or an inorganic cation). And an aprotic organic solvent, and having a voltage resistance of 6.9 V or more and 13.8 V or less (vs. Li / Li + ) when LSV measurement is performed under the following conditions.

通常、有機溶媒は高電圧下では分解してしまうため、電解液の劣化が生じる。しかしながら、本発明者らは、一般式(1)で表されるイオン性化合物を含む本発明に係る電解液を用いることで、通常知られている溶媒の耐電圧を大きく上回る高電圧下でも分解電流が流れず、電解液の劣化が生じ難くなることを知見した。すなわち、本発明に係るイオン性化合物を含む電解液は、耐電圧性が向上するため、この電解液を用いた蓄電デバイスでは充放電サイクル特性が向上する。また、この耐電圧特性やサイクル特性の向上効果は、電解液が、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物に加えて、これ以外の他のイオン性化合物を添加した場合にも、同様に得られるものである。この様な効果が得られる理由について、本発明者らは明確に把握しているわけではないが、次のように考えている。電解液に添加されたテトラシアノボレートは、当該電解液が備えられた蓄電デバイスが高電圧条件下で作動すると、その系内で何らかの反応を起こし、その結果、電極表面に生じる反応生成物が擬似的な保護膜を形成する。これにより、他の電解質や溶媒の分解が抑制され、その結果、高電圧域でも電解液の分解を生じることなく安定に蓄電デバイスを稼動させられるものと考えられる。特に、一般式(1)で表されるイオン性化合物のアニオン成分であるテトラシアノボレートは、耐電特性に優れ(正極側の耐酸化性向上効果)、高電圧下の使用においても分解され難い。したがって、テトラシアノボレートを含む本発明の電解液を用いれば、高電圧下でも蓄電デバイスを安定に稼動させることができ、その結果、高いエネルギー密度が確保できると考えられる。   Usually, the organic solvent is decomposed under a high voltage, so that the electrolyte is deteriorated. However, the present inventors can decompose even under a high voltage that greatly exceeds the withstand voltage of a commonly known solvent by using the electrolytic solution according to the present invention containing the ionic compound represented by the general formula (1). It has been found that the current does not flow and the electrolyte does not easily deteriorate. That is, the electrolytic solution containing the ionic compound according to the present invention has improved withstand voltage, so that charge / discharge cycle characteristics are improved in an electricity storage device using this electrolytic solution. In addition, the effect of improving the withstand voltage characteristics and cycle characteristics is also obtained when the electrolyte is added with other ionic compounds in addition to the ionic compound represented by the general formula (1). It is obtained similarly. The present inventors do not clearly grasp the reason why such an effect is obtained, but consider it as follows. Tetracyanoborate added to the electrolyte causes some reaction in the system when the electricity storage device equipped with the electrolyte operates under high-voltage conditions. As a result, the reaction product generated on the electrode surface is simulated. A protective film is formed. Thereby, decomposition of other electrolytes and solvents is suppressed, and as a result, it is considered that the electricity storage device can be stably operated without causing decomposition of the electrolytic solution even in a high voltage range. In particular, tetracyanoborate, which is an anionic component of the ionic compound represented by the general formula (1), has excellent electric resistance (improvement of oxidation resistance on the positive electrode side) and is hardly decomposed even when used under high voltage. Therefore, if the electrolytic solution of the present invention containing tetracyanoborate is used, the electricity storage device can be stably operated even under a high voltage, and as a result, a high energy density can be secured.

ここで、「6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li)で耐電圧を有する」とは、後述する条件でLSV測定を行った場合に、6.9V〜13.8Vの範囲において基準電流値以上の電流が流れない、すなわち、電解液の分解が生じ難いことを意味する。したがって、上記耐電圧を有する本発明の電解液を備えた蓄電デバイスは、高い電位まで充電することができ、また、高電位で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、エネルギー密度の高いものとなる。基準電流値以上の電流が観測される電圧が高いほど、高性能な電解液ということができる。したがって、本発明の電解液としては、7V以上、13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものが好ましく、8V〜13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものがより好ましいく、10V〜13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものがさらに好ましい。Here, “having withstand voltage at 6.9 V or more and 13.8 V or less (vs. Li / Li + )” means that when LSV measurement is performed under the conditions described later, 6.9 V to 13.8 V It means that no current exceeding the reference current value flows in the range, that is, it is difficult for the electrolyte to decompose. Therefore, an energy storage device including the electrolytic solution of the present invention having the above withstand voltage can be charged to a high potential, and even when operated at a high potential, the electrolyte and the electrode are unlikely to deteriorate. Will be expensive. It can be said that the higher the voltage at which a current higher than the reference current value is observed, the higher the performance of the electrolyte solution. Accordingly, the electrolyte solution of the present invention preferably has a withstand voltage of 7 V or more and 13.8 V (lithium standard), more preferably has a withstand voltage of 8 V to 13.8 V (lithium standard). Those having a withstand voltage of ˜13.8 V (lithium standard) are more preferable.

なお、耐電圧を示す範囲は、以下に説明するリニアスィープボルタンメトリー(LSV)測定で分解電位を測定することにより求められる。   In addition, the range which shows a withstand voltage is calculated | required by measuring a decomposition potential by the linear sweep voltammetry (LSV) measurement demonstrated below.

リニアスィープボルタンメトリーでは、所定の電解質濃度(一般式(1)で表されるイオン性化合物と後述する他の電解質との総量)のプロピレンカーボネート溶液またはγ−ブチロラクトン溶液を電解液とし、グラッシーカーボン電極(電極表面積:1mmφ(0.785mm2))を作用極、Ag電極を参照極、白金電極を対極とし、塩橋を備えた3極式の電気化学セルと、スタンダードボルタンメトリツール(「HSV−100」または「HSV−3000」、いずれも北斗電工社製)を使用し、温度30℃のグローブボックス中で、掃引速度:100mV/s、掃引範囲:−5V〜10V(vs.Ag/Ag)で行い、0.03mAの電流が流れたときの分解電位を測定する。なお、自然電位より高電位側に走査させた場合には酸化分解電位が測定でき、自然電位より低電位側に走査させた場合には還元分解電位が測定できる。電解液の濃度は、カチオンKt+がオニウムカチオンである場合は1mol/L、カチオンKt+が無機カチオン(例えば金属カチオン等)である場合は0.7mol/Lとする。In linear sweep voltammetry, a propylene carbonate solution or a γ-butyrolactone solution having a predetermined electrolyte concentration (the total amount of an ionic compound represented by the general formula (1) and another electrolyte described later) is used as an electrolyte, and a glassy carbon electrode ( Electrode surface area: 1mmφ (0.785mm 2 )) as working electrode, Ag electrode as reference electrode, platinum electrode as counter electrode, tripolar electrochemical cell with salt bridge, and standard voltammetry tool (“HSV- 100 "or" HSV-3000 "(both manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), in a glove box at a temperature of 30 ° C, sweep rate: 100 mV / s, sweep range: -5 V to 10 V (vs. Ag / Ag + ) And measure the decomposition potential when a current of 0.03 mA flows. Note that the oxidation decomposition potential can be measured when scanning to a higher potential side than the natural potential, and the reduction decomposition potential can be measured when scanning to a lower potential side than the natural potential. The concentration of the electrolytic solution is 1 mol / L when the cation Kt + is an onium cation, and 0.7 mol / L when the cation Kt + is an inorganic cation (for example, a metal cation).

上記耐電圧の評価では、基準電流値を0.03mAよりさらに低く設定することで、より高性能な電解液であることを確認できる。すなわち、上記LSV測定の条件で測定した場合に、わずかな電流も観測されない程、高性能な電解液といえる。例えば、より低い基準電流値としては、0.02mAであるのが好ましく、上記条件で測定を行った場合に0.02mAの電流が流れる電位が高いほど、高性能な電解質といえる。より好ましい基準電流値は0.01mAであり、さらに好ましくは0.005mA、さらに一層好ましくは0.004mAである。   In the evaluation of the withstand voltage, by setting the reference current value to be lower than 0.03 mA, it can be confirmed that the electrolytic solution has a higher performance. That is, it can be said that the electrolyte is so high in performance that no slight current is observed when measured under the above-mentioned LSV measurement conditions. For example, the lower reference current value is preferably 0.02 mA, and the higher the potential at which a current of 0.02 mA flows when measured under the above conditions, the higher the performance of the electrolyte. A more preferable reference current value is 0.01 mA, more preferably 0.005 mA, and still more preferably 0.004 mA.

また、本発明には、一般式(1):Kt+[B(CN)4で表されるイオン性化合物、及び、非プロトン性有機溶媒を含み、基準電流値を0.02mAとすること以外は、上述したのと同じ条件でLSV測定を行ったときに0V以上、6.9V未満(vs.Li/Li)で耐電圧を有する電解液も含まれる。基準電流値以外のLSV測定条件は、上述の通りであり、「0V以上、6.9V(vs.Li/Li)未満で耐電圧を有する」とは、上述した条件でLSV測定を行った場合に、0V以上、6.9V未満の範囲において基準電流値(0.02mA)以上の電流が流れない、すなわち、電解液の分解が生じないことを意味する。Further, the present invention includes an ionic compound represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] and an aprotic organic solvent, and the reference current value is set to 0.02 mA. Except for this, an electrolytic solution having a withstand voltage of 0 V or more and less than 6.9 V (vs. Li / Li + ) when the LSV measurement is performed under the same conditions as described above is also included. The LSV measurement conditions other than the reference current value are as described above, and “having a withstand voltage at 0 V or more and less than 6.9 V (vs. Li / Li + )” was measured under the above-described conditions. In this case, it means that the current of the reference current value (0.02 mA) or more does not flow in the range of 0 V or more and less than 6.9 V, that is, the electrolyte does not decompose.

なお、0V以上6.9V未満(Li/Li)での耐電圧評価でも、同様に基準電流値を0.02mAよりさらに低く設定することで、より高性能な電解液であることを確認できる。例えば、より低い基準電流値として0.015mAであることが好ましく、より好ましくは0.01mA、さらに好ましくは0.005mA、更に一層好ましくは0.004mAである。
上記条件でLSV測定を行ったときに0V以上、6.9V未満(vs.Li/Li)で耐電圧性を有する電解液は、例えば、精製(例えば、後述する再結晶法や電気分解法等)して得られた上記一般式(1)で表されるイオン性化合物を含むものであるのが好ましい。
In addition, even in the withstand voltage evaluation at 0 V or more and less than 6.9 V (Li / Li + ), it can be confirmed that the electrolyte is a higher performance electrolyte by similarly setting the reference current value to be lower than 0.02 mA. . For example, the lower reference current value is preferably 0.015 mA, more preferably 0.01 mA, still more preferably 0.005 mA, and still more preferably 0.004 mA.
When the LSV measurement is performed under the above conditions, the electrolytic solution having a voltage resistance of 0 V or more and less than 6.9 V (vs. Li / Li + ) is, for example, purified (for example, a recrystallization method or an electrolysis method described later) It is preferable that the ionic compound represented by the above general formula (1) obtained by the above method is included.

まず、本発明の電解液に含まれるイオン性化合物について説明する。
上記一般式(1)で表されるイオン性化合物とは、カチオン成分Kt+として、オニウムカチオンおよび/または無機カチオン、アニオン成分としてテトラシアノボレート([B(CN)4;以下、TCBという場合がある)を有する化合物である。
First, the ionic compound contained in the electrolytic solution of the present invention will be described.
The ionic compound represented by the general formula (1) is an onium cation and / or an inorganic cation as the cation component Kt + , and tetracyanoborate ([B (CN) 4 ] ; In some cases, the compound has.

上記オニウムカチオンとしては、一般式(2):L+−RS(式中、Lは、C、Si、N、P、S又はOを表し、Rは、同一若しくは異なって、水素原子、フッ素原子、又は、有機基を表し、Rが有機基である場合は互いに結合していてもよい。sはLに結合するRの数を表し、3、4又は5である。なお、sは、元素Lの価数およびLに直接結合する二重結合の数によって決まる値である)で表されるものが好適である。The onium cation is represented by the general formula (2): L + -R S (wherein L represents C, Si, N, P, S or O, and R is the same or different and represents a hydrogen atom, fluorine Represents an atom or an organic group, and may be bonded to each other when R is an organic group, s represents the number of R bonded to L, and is 3, 4 or 5. Those represented by the valence of the element L and the number of double bonds directly bonded to L are preferred.

上記Rで示される「有機基」としては、炭素原子を少なくとも1個有する基を意味する。上記「炭素原子を少なくとも1個有する基」は、炭素原子を少なくとも1個有してさえいればよく、また、ハロゲン原子やヘテロ原子などの他の原子や、置換基などを有していてもよい。具体的な置換基としては、例えば、アミノ基、イミノ基、アミド基、エーテル結合を有する基、チオエーテル結合を有する基、エステル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、カルバモイル基、シアノ基、ジスルフィド基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホニル基などが挙げられる。   The “organic group” represented by R means a group having at least one carbon atom. The “group having at least one carbon atom” only needs to have at least one carbon atom, and may have another atom such as a halogen atom or a hetero atom, a substituent, or the like. Good. Specific examples of the substituent include an amino group, an imino group, an amide group, a group having an ether bond, a group having a thioether bond, an ester group, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group, a carbamoyl group, a cyano group, and a disulfide. Group, nitro group, nitroso group, sulfonyl group and the like.

一般式(2)で表されるオニウムカチオンとしては、たとえば、下記一般式で表されるものが挙げられる。
(式中のRは、一般式(2)と同様)
Examples of the onium cation represented by the general formula (2) include those represented by the following general formula.
(R in the formula is the same as in the general formula (2))

上記一般式で表される6つのオニウムカチオンの中でも、LがN,P,SまたはOであるものがより好ましく、さらに好ましいのはLがNのオニウムカチオンである。上記オニウムカチオンは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。具体的に、LがN,P,SまたはOであるオニウムカチオンとしては、下記一般式(3)〜(5)で表されるものが好ましいオニウムカチオンとして挙げられる。   Among the six onium cations represented by the above general formula, those in which L is N, P, S or O are more preferable, and onium cations in which L is N are more preferable. The said onium cation may be used independently and may use 2 or more types together. Specifically, examples of the onium cation in which L is N, P, S, or O include those represented by the following general formulas (3) to (5).

一般式(3);
で表される15種類の複素環オニウムカチオンの内の少なくとも一種。
General formula (3);
At least one of 15 types of heterocyclic onium cations represented by the formula:

上記有機基R1〜R8は、一般式(2)で例示した有機基Rと同様のものが挙げられる。より詳しくは、R1〜R8は、水素原子、フッ素原子、又は、有機基であり、有機基としては、直鎖、分岐鎖又は環状(但し、R1〜R8が互いに結合して環を形成しているものを除く)の炭素数1〜18の炭化水素基、あるいは炭化フッ素基であるのが好ましく、より好ましいものは炭素数1〜8の炭化水素基、炭化フッ素基である。また、有機基は、上記一般式(2)に関して例示した置換基や、N、O、Sなどのヘテロ原子及びハロゲン原子を含んでいてもよい。Examples of the organic groups R 1 to R 8 include the same organic groups R exemplified in the general formula (2). More specifically, R 1 to R 8 are a hydrogen atom, a fluorine atom, or an organic group, and examples of the organic group include a straight chain, a branched chain, or a ring (provided that R 1 to R 8 are bonded to each other to form a ring). Are preferably a hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms or a fluorine group, and more preferably a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms or a fluorine group. Moreover, the organic group may contain the substituent illustrated about the said General formula (2), hetero atoms, such as N, O, and S, and a halogen atom.

一般式(4);
(式中、R1〜R12は、一般式(3)のR1〜R8と同様)
で表される9種類の飽和環オニウムカチオンの内の少なくとも一種。
General formula (4);
(Wherein R 1 to R 12 are the same as R 1 to R 8 in the general formula (3))
At least one of nine types of saturated ring onium cations represented by the formula:

一般式(5);
(式中、R1〜R4は、一般式(3)のR1〜R8と同様)
で表される鎖状オニウムカチオン。
General formula (5);
(Wherein R 1 to R 4 are the same as R 1 to R 8 in the general formula (3))
A chain onium cation represented by

例えば、上記鎖状オニウムカチオン(5)としては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、メトキシエチルジエチルメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ジメチルジステアリルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、2−メトキシエトキシメチルトリメチルアンモニウムおよびテトラキス(ペンタフルオロエチル)アンモニウム等の第4級アンモニウム類、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジメチルエチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム等の第3級アンモニウム類、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム等の第2級アンモニウム類、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム第1級アンモニウム類、N−メトキシトリメチルアンモニウム、N−エトキシトリメチルアンモニウム、N−プロポキシトリメチルアンモニウムおよびNH4で表されるアンモニウム化合物等が挙げられる。For example, the chain onium cation (5) includes tetramethylammonium, tetraethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraheptylammonium, tetrahexylammonium, tetraoctylammonium, triethylmethylammonium, methoxyethyldiethylmethylammonium, Quaternary ammoniums such as trimethylphenylammonium, benzyltrimethylammonium, benzyltributylammonium, benzyltriethylammonium, dimethyldistearylammonium, diallyldimethylammonium, 2-methoxyethoxymethyltrimethylammonium and tetrakis (pentafluoroethyl) ammonium, trimethylammonium , Triethylan Tertiary ammoniums such as nium, diethylmethylammonium, dimethylethylammonium and dibutylmethylammonium, secondary ammoniums such as dimethylammonium, diethylammonium and dibutylammonium, methylammonium, ethylammonium, butylammonium, hexylammonium and octyl Examples include ammonium primary ammoniums, N-methoxytrimethylammonium, N-ethoxytrimethylammonium, N-propoxytrimethylammonium, and ammonium compounds represented by NH 4 .

上記一般式(3)〜(5)のオニウムカチオンの中でも、窒素原子を含むオニウムカチオンがより好ましく、さらに好ましいものとしては、下記一般式;
(式中、R1〜R12は、一般式(3)のR1〜R8と同様である。)
で表される6種類のオニウムカチオンの少なくとも1種が挙げられる。
Among the onium cations of the above general formulas (3) to (5), an onium cation containing a nitrogen atom is more preferable, and a more preferable one is the following general formula:
(Wherein, R 1 to R 12 are the same as R 1 to R 8 of general formula (3).)
And at least one of six kinds of onium cations represented by the formula:

上記6種類のオニウムカチオンの中でも、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム及びトリエチルメチルアンモニウム等の鎖状第4級アンモニウム、トリエチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム及びジメチルエチルアンモニウム等の鎖状第3級アンモニウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及び1,2,3−トリメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム、N,N−ジメチルピロリジニウム及びN−エチル−N−メチルピロリジニウム等のピロリジニウムは入手容易であるためより好ましい。さらに好ましいものとしては、第4級アンモニウム、イミダゾリウムが挙げられる。なお、耐還元性の観点からは、上記鎖状オニウムカチオンに分類されるテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムおよびトリエチルメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウムがさらに好ましい。   Among the above 6 kinds of onium cations, linear quaternary ammonium such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium and triethylmethylammonium, linear tertiary ammonium such as triethylammonium, dibutylmethylammonium and dimethylethylammonium, 1-ethyl Since imidazolium such as -3-methylimidazolium and 1,2,3-trimethylimidazolium, pyrrolidinium such as N, N-dimethylpyrrolidinium and N-ethyl-N-methylpyrrolidinium are readily available, preferable. More preferred are quaternary ammonium and imidazolium. From the viewpoint of reduction resistance, quaternary ammonium such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium and triethylmethylammonium classified into the chain onium cation is more preferable.

一方、無機カチオンとしては、Li+,Na+,K+等のアルカリ金属カチオン、Mg2+,Ca2+等のアルカリ土類金属カチオン、Zn2+,Ga3+,Cu2+等の第4周期金属カチオン、Pd2+,Sn2+,Rh2+等の第5周期金属カチオン、および、Hg2+,Pb2+等の第6周期遷移金属カチオンなどが挙げられる。これらの中でも、Li+,Na+、Mg2+およびCa2+カチオンは、イオン半径が小さく蓄電デバイスとして利用し易いため好ましく、さらに、Li+カチオンは、容易に有機溶媒に溶解し、非水電解液として利用できるため好ましい。On the other hand, as inorganic cations, alkaline metal cations such as Li + , Na + and K + , alkaline earth metal cations such as Mg 2+ and Ca 2+ , Zn 2+ , Ga 3+ , Cu 2+, etc. Examples include 4-period metal cations, fifth-period metal cations such as Pd 2+ , Sn 2+ , and Rh 2+ , and sixth-period transition metal cations such as Hg 2+ and Pb 2+ . Among these, Li + , Na + , Mg 2+ and Ca 2+ cations are preferable because they have a small ionic radius and can be easily used as an electricity storage device. Further, Li + cations are easily dissolved in an organic solvent and are non-aqueous. Since it can utilize as electrolyte solution, it is preferable.

したがって、一般式(1)で表されるイオン性化合物としては、テトラエチルアンモニウムテトラシアノボレート、テトラブチルアンモニウムテトラシアノボレート、トリエチルメチルアンモニウムテトラシアノボレートおよびリチウムテトラシアノボレートが特に好ましいものとして挙げられる。   Therefore, as the ionic compound represented by the general formula (1), tetraethylammonium tetracyanoborate, tetrabutylammonium tetracyanoborate, triethylmethylammonium tetracyanoborate and lithium tetracyanoborate are particularly preferable.

なお、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物は、TCBをアニオンとする化合物を、上記オニウムカチオンまたは無機カチオンを含む化合物(例えば、トリエチルメチルアンモニウムクロリドやトリブチルアンモニウムクロリドなど)と反応させて常法によりカチオン交換することで得られる。また、上記TCBを含む化合物は、市販のものを用いてもよく、さらに、シアン化物(亜鉛や銅などの金属シアン化物、シアン化アンモニウム、あるいはトリメチルシアニドなど)とホウ素化合物とを反応させる方法、あるいはWO2004/072089に記載の方法により製造することもできる。   The ionic compound represented by the general formula (1) is obtained by reacting a compound having TCB as an anion with a compound containing the onium cation or inorganic cation (for example, triethylmethylammonium chloride or tributylammonium chloride). It can be obtained by cation exchange by a conventional method. The TCB-containing compound may be a commercially available compound, and further a method of reacting a cyanide (metal cyanide such as zinc or copper, ammonium cyanide, or trimethylcyanide) with a boron compound. Alternatively, it can also be produced by the method described in WO2004 / 072089.

一般に、電解液の耐久性を高めるためには、電解質や有機溶媒などの電解液を構成する材料として、容易に電気分解する残ハロゲン分や、水分などの不純物が低減された高純度のものを用いることが求められる。したがって、高耐電圧電解液を得るために、必要に応じて上記一般式(1)で表されるイオン性化合物を精製工程に供してもよい。なお、精製工程の実施時期は特に限定されず、例えば、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の製造に用いられる原料の段階で精製を行ってもよく、また、原料を反応させた後、得られたイオン性化合物を精製してもよい。さらに、カチオン交換反応を実施する場合には、カチオン交換反応の前後、及び、イオン性化合物を含む電解液を製造する工程の前後の、いずれの段階で精製工程を行ってもよい。
精製方法としては、従来公知の方法がいずれも採用できる。従来公知の方法としては、例えば、水、有機溶媒、及びこれらの混合溶媒での洗浄;酸化剤処理;吸着精製法;再沈殿法;分液抽出法;再結晶法;晶析法;クロマトグラフィーによる精製法;電圧印加による電気分解法などが挙げられる。これらの精製法は2種以上を組み合わせて実施してもよい。上述の精製法の中でも、特に再結晶法、電気分解法が好ましい。再結晶法に用いられる溶媒としては、特に制限はないが、例えば後述する電解液に用いられる非プロトン性の有機溶媒、及び、水が好適である。
In general, in order to increase the durability of the electrolyte, materials that make up the electrolyte, such as electrolytes and organic solvents, must be made of high-purity materials that easily reduce residual halogen components that easily undergo electrolysis and impurities such as moisture. It is required to use. Therefore, in order to obtain a high withstand voltage electrolytic solution, the ionic compound represented by the general formula (1) may be subjected to a purification step as necessary. The timing of carrying out the purification step is not particularly limited. For example, the purification step may be performed at the raw material stage used for the production of the ionic compound represented by the general formula (1), or the raw material may be reacted. Thereafter, the obtained ionic compound may be purified. Furthermore, when performing a cation exchange reaction, you may perform a refinement | purification process in any step before and after the process of manufacturing the electrolyte solution containing an ionic compound before and after a cation exchange reaction.
Any conventionally known method can be employed as the purification method. Conventionally known methods include, for example, washing with water, organic solvents, and mixed solvents thereof; oxidizing agent treatment; adsorption purification method; reprecipitation method; liquid separation extraction method; recrystallization method; crystallization method; Purification method by electrolysis; electrolysis method by voltage application and the like. These purification methods may be carried out in combination of two or more. Among the above purification methods, the recrystallization method and the electrolysis method are particularly preferable. Although there is no restriction | limiting in particular as a solvent used for a recrystallization method, For example, the aprotic organic solvent used for the electrolyte solution mentioned later and water are suitable.

一方、電気分解法とは、イオン性化合物を溶媒に溶解させて、その溶液に電圧を印加し、不純物を電気分解する方法である。電気分解法で使用できる溶媒としては特に制限はないが、後述する電解液に用いられる非プロトン性の有機溶媒が特に好適である。電圧を印加する際に用いる電極には特に制限はないが、例えばグラッシーカーボンや活性炭などの炭素系電極、一般的に電池で用いられている金属及び金属酸化物系電極を用いることが好ましい。また、印加する電圧値は、0V〜13.8V(Li基準)が適しており、より好ましくは0.5V〜10V、さらに好ましくは1V〜8Vである。   On the other hand, the electrolysis method is a method in which an ionic compound is dissolved in a solvent and a voltage is applied to the solution to electrolyze impurities. Although there is no restriction | limiting in particular as a solvent which can be used by an electrolysis method, The aprotic organic solvent used for the electrolyte solution mentioned later is especially suitable. Although there is no restriction | limiting in particular in the electrode used when applying a voltage, For example, it is preferable to use the carbon type electrodes, such as a glassy carbon and activated carbon, and the metal and metal oxide type electrode which are generally used with the battery. Moreover, 0V-13.8V (Li reference | standard) is suitable for the voltage value to apply, More preferably, it is 0.5V-10V, More preferably, it is 1V-8V.

電解液中における上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の濃度は、0.01質量%以上であり、50質量%未満であるのが好ましい。本発明の電解液は、電解質の濃度が上記範囲である場合に高い電気伝導度を示すものである。なお、イオン性化合物の濃度は、0.1質量%以上であるのがより好ましく、1質量%以上であるのがさらに好ましく、5質量%以上であるのがさらに一層好ましく、より好ましくは45質量%以下であり、さらに好ましくは40質量%以下である。濃度が低すぎると、所望の電気伝導度(イオン伝導度、耐電圧性の向上など)が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約−20℃)において顕著となるが、電解液の濃度が上昇し、電気伝導率が低下したり、電解液中でイオン性化合物が分離、析出し、デバイス(電極等)に悪影響を及ぼすことがある。また、イオン性化合物の多量使用によるコスト上昇の問題も生じる。   The density | concentration of the ionic compound represented by the said General formula (1) in electrolyte solution is 0.01 mass% or more, and it is preferable that it is less than 50 mass%. The electrolytic solution of the present invention exhibits high electrical conductivity when the concentration of the electrolyte is in the above range. The concentration of the ionic compound is more preferably 0.1% by mass or more, still more preferably 1% by mass or more, still more preferably 5% by mass or more, and more preferably 45% by mass. % Or less, and more preferably 40% by mass or less. If the concentration is too low, it may be difficult to obtain desired electrical conductivity (improvement of ion conductivity, voltage resistance, etc.). On the other hand, if the concentration is too high, it is particularly low temperature range (about −20 ° C. ), The concentration of the electrolytic solution increases, the electrical conductivity decreases, or the ionic compound separates and precipitates in the electrolytic solution, which may adversely affect the device (electrode, etc.). Moreover, the problem of the cost rise by a large amount use of an ionic compound also arises.

本発明に係る電解液には、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物のみが電解質として含まれていてもよいが、一般式(1)のイオン性化合物以外の他の電解質が含まれていてもよい。他の電解質を用いることで、電解液中のイオンの絶対量を増加させることができ、電気伝導度の向上を図ることができる。また、他の電解質を用いる場合でも、電解液中に上記一般式(1)のイオン性化合物に由来する成分が含まれていれば、正極側の耐電圧性を向上させることができる。これは、一般式(1)で表されるイオン性化合物を用いた場合の特徴の一つである。したがって、本発明に係る電解液の態様としては、一般式(1)のイオン性化合物(Kt+はリチウムイオン)のみが含まれる態様1;一般式(1)のイオン性化合物(Kt+はリチウムイオンおよびオニウムカチオン)のみが含まれる態様2;一般式(1)のイオン性化合物(Kt+はリチウムイオン)と他の電解質が含まれる態様3;一般式(1)のイオン性化合物(Kt+はオニウムカチオン)と他の電解質が含まれる態様4;一般式(1)のイオン性化合物(Kt+はリチウムイオンおよびオニウムカチオン)と他の電解質が含まれる態様5;がある。In the electrolytic solution according to the present invention, only the ionic compound represented by the general formula (1) may be included as an electrolyte, but other electrolytes other than the ionic compound of the general formula (1) are included. It may be. By using another electrolyte, the absolute amount of ions in the electrolytic solution can be increased, and the electrical conductivity can be improved. Even when other electrolytes are used, if the component derived from the ionic compound of the general formula (1) is contained in the electrolytic solution, the voltage resistance on the positive electrode side can be improved. This is one of the characteristics when the ionic compound represented by the general formula (1) is used. Therefore, as an aspect of the electrolytic solution according to the present invention, an aspect 1 in which only the ionic compound of the general formula (1) (Kt + is lithium ion) is included; the ionic compound of the general formula (1) (Kt + is lithium) Embodiment 2 including only ions and onium cations); Embodiment 3 including an ionic compound of general formula (1) (Kt + is a lithium ion) and another electrolyte; Ionic compound of general formula (1) (Kt + Is an onium cation) and another electrolyte; and an ionic compound of the general formula (1) (Kt + is a lithium ion and an onium cation) and another electrolyte are included.

他の電解質としては、電解液中での解離定数が大きく、また、後述する非プロトン性溶媒と溶媒和し難いアニオンを有するものが好ましい。他の電解質を構成するカチオン種としては、例えば、Li+、Na+、K+等のアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+等のアルカリ土類金属イオンおよびオニウムカチオンが挙げられ、特に、鎖状第4級アンモニウムまたはリチウムイオンが好ましい。一方、アニオン種としては、PF6 -、BF4 -、Cl-、Br-、ClO4 -、AlCl4 -、C[(CN)3-、N[(CN)2-、N[(SO2CF32-、N[(SO2F)2-、CF3(SO3-、C[(CF3SO23-、AsF6 -、SbF6 -およびジシアノトリアゾレートイオン(DCTA)などが挙げられる。これらの中でも、PF6 -、BF4 -がより好ましく、BF4 -が特に好ましい。As other electrolytes, those having a large dissociation constant in the electrolyte and having an anion that is difficult to solvate with an aprotic solvent described later are preferable. Examples of cation species constituting other electrolytes include alkali metal ions such as Li + , Na + and K + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ and Mg 2+ , and onium cations. Chain quaternary ammonium or lithium ions are preferred. On the other hand, as anion species, PF 6 , BF 4 , Cl , Br , ClO 4 , AlCl 4 , C [(CN) 3 ] , N [(CN) 2 ] , N [( SO 2 CF 3 ) 2 ] , N [(SO 2 F) 2 ] , CF 3 (SO 3 ) , C [(CF 3 SO 2 ) 3 ] , AsF 6 , SbF 6 and dicyanotri An azolate ion (DCTA) etc. are mentioned. Among these, PF 6 and BF 4 are more preferable, and BF 4 is particularly preferable.

具体的には、LiCF3SO3、NaCF3SO3、KCF3SO3等のトリフロロメタンスルホン酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiC(CF3SO23、LiN(CF3CF2SO22、LiN(FSO22等のパーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiPF6、NaPF6、KPF6等のヘキサフロロリン酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiClO4、NaClO4等の過塩素酸アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiBF4、NaBF4等のテトラフルオロ硼酸塩;LiAsF6、LiI、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、NaI、NaAsF6、KI等のアルカリ金属塩;過塩素酸テトラエチルアンモニウム等の過塩素酸の第4級アンモニウム塩;(C254NBF4、(C253(CH3)NBF4等のテトラフルオロ硼酸の第4級アンモニウム塩、(C254NPF6等の第4級アンモニウム塩;(CH34P・BF4、(C254P・BF4等の第4級ホスホニウム塩などが好適である。これらの中でも、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩が好適である。また、非プロトン性有機溶媒中での溶解性、イオン伝導度の観点からは、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、パーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、鎖状第4級アンモニウム塩が好ましく、耐還元性の観点からは、鎖状第4級アンモニウム塩が好ましい。なお、アルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が好適であり、アルカリ土類金属塩としては、カルシウム塩、マグネシウム塩が好適である。より好ましいのはリチウム塩である。Specifically, alkali metal salts or alkaline earth metal salts of trifluoromethanesulfonic acid such as LiCF 3 SO 3 , NaCF 3 SO 3 , KCF 3 SO 3 ; LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 Alkali metal salts and alkaline earth metal salts of perfluoroalkanesulfonic acid imides such as CF 2 SO 2 ) 2 and LiN (FSO 2 ) 2 ; Alkali metal salts of hexafluorophosphoric acid such as LiPF 6 , NaPF 6 and KPF 6 and alkaline earth metal salts; LiClO 4, NaClO 4 perchlorate alkali metal salt or an alkaline earth metal such as salts; LiBF 4, tetrafluoroborate of NaBF 4 such; LiAsF 6, LiI, LiSbF 6 , LiAlO 4, Alkali metal salts such as LiAlCl 4 , LiCl, NaI, NaAsF 6 , and KI; fourth of perchloric acid such as tetraethylammonium perchlorate Quaternary ammonium salts; quaternary ammonium salts of tetrafluoroboric acid such as (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 , (C 2 H 5 ) 3 (CH 3 ) NBF 4 , and (C 2 H 5 ) 4 NPF 6 Quaternary ammonium salts; quaternary phosphonium salts such as (CH 3 ) 4 P · BF 4 and (C 2 H 5 ) 4 P · BF 4 are preferred. Among these, alkali metal salts and / or alkaline earth metal salts are preferable. Further, from the viewpoint of solubility in an aprotic organic solvent and ion conductivity, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , alkali metal salt or alkaline earth metal salt of perfluoroalkanesulfonic acid imide, A quaternary ammonium salt is preferable, and a chain quaternary ammonium salt is preferable from the viewpoint of reduction resistance. As the alkali metal salt, a lithium salt, a sodium salt, and a potassium salt are preferable, and as the alkaline earth metal salt, a calcium salt and a magnesium salt are preferable. More preferred is a lithium salt.

上記他の電解質の存在量としては、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と他の電解質との合計100質量%中、0.1質量%、90質量%以下であることが好適である。他の電解質量が少なすぎる場合には、他の電解質を用いた効果(たとえばイオンの絶対量が充分なものとならず、電気伝導度が小さくなる)が得られ難い場合があり、他の電解質量が多すぎる場合には、イオンの移動が大きく阻害される虞がある。より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下である。   The abundance of the other electrolyte is preferably 0.1% by mass or 90% by mass or less in a total of 100% by mass of the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte. It is. If the amount of other electrolytes is too small, it may be difficult to obtain the effect of using other electrolytes (for example, the absolute amount of ions is not sufficient and the electrical conductivity is reduced). When there is too much quantity, there exists a possibility that the movement of ion may be inhibited greatly. More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more, More preferably, it is 80 mass% or less, More preferably, it is 70 mass% or less.

なお、本発明に係る電解液中における電解質濃度(一般式(1)で表されるイオン性化合物と他の電解質の総量)は、0.01質量%以上が好ましく、また、飽和濃度以下が好ましい。0.01質量%未満であると、イオン伝導度が低くなるため好ましくない。より好ましくは、0.5質量%以上であり、さらに好ましくは1質量%以上、更に一層好ましくは5質量%以上である。また、電解液中における電解質濃度は、50質量%未満であるのがより好ましく、さらに好ましくは40質量%以下である。   In addition, the electrolyte concentration (total amount of the ionic compound represented by the general formula (1) and other electrolytes) in the electrolytic solution according to the present invention is preferably 0.01% by mass or more, and is preferably a saturated concentration or less. . If it is less than 0.01% by mass, the ionic conductivity is lowered, which is not preferable. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more. The electrolyte concentration in the electrolytic solution is more preferably less than 50% by mass, and still more preferably 40% by mass or less.

本発明に係る電解液に含まれる有機溶媒としては、一般式(1)で表されるイオン性化合物や上述の他の電解質を溶解させられる非プロトン性の有機溶媒が挙げられる。
非プロトン性有機溶媒としては、誘電率が大きく、電解質塩の溶解性が高く、沸点が60℃以上であり、且つ、電気化学的安定範囲が広い溶媒が好適である。より好ましくは、含有水分量が低い有機溶媒(非水系溶媒)である。このような有機溶媒としては、エチレングリコールジメチルエーテル(1,2−ジメトキシエタン)、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2,6−ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、クラウンエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエ−テル、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン等のエーテル類;炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル(メチルエチルカーボネート)、炭酸ジエチル(ジエチルカーボネート)、炭酸ジフェニル、炭酸メチルフェニル等の鎖状炭酸エステル類;炭酸エチレン(エチレンカーボネート)、炭酸プロピレン(プロピレンカーボネート)、2,3−ジメチル炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、2−ビニル炭酸エチレン等の環状炭酸エステル類;蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸、プロピオン酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸アミル等の脂肪族カルボン酸エステル類;安息香酸メチル、安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等のカルボン酸エステル類;リン酸トリメチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、2−メチルグルタロニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル等のニトリル類;N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、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−メチルピロリジノン、N−メチルピロリドン、N−ビニルピロリドン等のアミド類;ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン等の硫黄化合物類:エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のアルコール類;ジメチルスルホキシド、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド類;ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香族ニトリル類;ニトロメタン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン等を挙げることができ、これらの1種又は2種以上が好適である。これらの中でも、炭酸エステル類、脂肪族カルボン酸エステル類、カルボン酸エステル類、エーテル類がより好ましく、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類やγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのカルボン酸エステル類がさらに好ましく、より一層好ましいのはプロピレンカーボネート及びγ−ブチロラクトンである。
Examples of the organic solvent contained in the electrolytic solution according to the present invention include an aprotic organic solvent in which the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte described above can be dissolved.
As the aprotic organic solvent, a solvent having a large dielectric constant, a high solubility of the electrolyte salt, a boiling point of 60 ° C. or higher, and a wide electrochemical stability range is preferable. More preferably, it is an organic solvent (non-aqueous solvent) having a low water content. Examples of such organic solvents include ethylene glycol dimethyl ether (1,2-dimethoxyethane), ethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,6-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, crown ether, triethylene glycol dimethyl ether, Ethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane; dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (methyl ethyl carbonate), diethyl carbonate (diethyl carbonate), diphenyl carbonate, methyl phenyl carbonate, etc. Chain carbonates of ethylene carbonate (ethylene carbonate), propylene carbonate (propylene carbonate), 2,3-dimethylethylene carbonate, butyrate , Cyclic carbonates such as vinylene carbonate and 2-vinylethylene carbonate; aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, propionic acid, methyl propionate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, amyl acetate; Aromatic carboxylic acid esters such as methyl acid and ethyl benzoate; carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and δ-valerolactone; trimethyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, diethylmethyl phosphate, phosphorus Phosphate esters such as triethyl acid; Nitriles such as acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 2-methylglutaronitrile, valeronitrile, butyronitrile, isobutyronitrile; N-methyl Formamide, N-eth Amides such as formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, N-methylpyrrolidone, N-vinylpyrrolidone; dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, diethylsulfone, sulfolane, 3-methyl Sulfur compounds such as sulfolane and 2,4-dimethylsulfolane: alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, methyl ethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; benzo Aromatic nitriles such as nitrile and tolunitrile; nitromethane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H) -pyrimidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone and the like can be mentioned, and one or more of these are preferable. Among these, carbonic acid esters, aliphatic carboxylic acid esters, carboxylic acid esters, and ethers are more preferable, carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. Are more preferred, and propylene carbonate and γ-butyrolactone are even more preferred.

なお、本発明の電解液における有機溶媒としては、ポリマーを用いることもできる。このようなポリマーとしては、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル(PAN)等のニトリル系ポリマー、ポリフッ化ヒニリデン(PVdF)、ポリフッ化ヒニリデン−ヘキサフルオロプロピレンなどのフッ素系ポリマー、および、これらの共重合体等が挙げられる。また、これらのポリマーを他の有機溶媒と混合したポリマーゲルも本発明の電解液を構成する有機溶媒の好適な形態の1つである。有機溶媒を単独で用いる代わりに、このようなポリマーゲルに上述の電解質を溶解、分散させたポリマーゲル電解質を用いると、自己放電が少なくなるため、高電圧状態での電圧保持特性が高くなる。したがって、有機溶媒として、上述のポリマーや、ポリマーと他の有機溶媒とを組み合わせたポリマーゲルを用いることも、本発明の電解液の好適な態様の一つといえる。   In addition, a polymer can also be used as the organic solvent in the electrolytic solution of the present invention. Examples of such a polymer include polyether polymers such as polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide, methacrylic polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA), nitrile polymers such as polyacrylonitrile (PAN), and poly (vinylidene fluoride) (PVdF ), Fluoropolymers such as poly (vinylidene fluoride) -hexafluoropropylene, and copolymers thereof. In addition, a polymer gel obtained by mixing these polymers with another organic solvent is also one suitable form of the organic solvent constituting the electrolytic solution of the present invention. When a polymer gel electrolyte in which the above-described electrolyte is dissolved and dispersed in such a polymer gel instead of using an organic solvent alone is used, self-discharge is reduced, and voltage holding characteristics in a high voltage state are improved. Therefore, it can also be said that using the polymer gel which combined the above-mentioned polymer or a polymer and another organic solvent as an organic solvent is one of the suitable aspects of the electrolyte solution of this invention.

各種蓄電デバイスにおいて、ポリマー電解液(上記ポリマー、有機溶媒、および、電解質を含む)は、通常、膜の状態で、電極間に挟まれた状態で用いられる。したがって、当該ポリマーが充分な膜強度を保持できる場合には溶媒を含んでいてもよい(ポリマーゲル電解質)。この場合、溶媒の含有量は、電解質材料100質量%中、1質量%〜99質量%であるのが好ましい。溶媒量が少なすぎると充分なイオン伝導度が得られ難い場合があり、一方、多すぎる場合には、溶媒の揮発による電解液中のイオン濃度が変化し易くなり、安定したイオン伝導度が得られ難いからである。より好ましくは1.5質量%以上、さらに好ましくは20質量%以上、より一層好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは85質量%以下、さらに好ましくは75質量%以下、より一層好ましくは65質量%以下である。   In various power storage devices, a polymer electrolyte (including the polymer, organic solvent, and electrolyte) is usually used in a state of being sandwiched between electrodes in the form of a film. Therefore, when the polymer can maintain sufficient film strength, it may contain a solvent (polymer gel electrolyte). In this case, the content of the solvent is preferably 1% by mass to 99% by mass in 100% by mass of the electrolyte material. If the amount of the solvent is too small, it may be difficult to obtain sufficient ionic conductivity. On the other hand, if the amount of the solvent is too large, the ionic concentration in the electrolyte easily changes due to volatilization of the solvent, and stable ionic conductivity is obtained. Because it is difficult to be done. More preferably, it is 1.5 mass% or more, More preferably, it is 20 mass% or more, More preferably, it is 50 mass% or more, More preferably, it is 85 mass% or less, More preferably, it is 75 mass% or less, More preferably, 65 It is below mass%.

なお、ポリマーゲル電解液は、従来公知の方法で成膜したポリマーに、電解液を滴下して、電解質ならびに有機溶媒を含浸、担持させる方法;ポリマーの融点以上の温度でポリマーと電解質とを溶融、混合した後、成膜し、ここに有機溶媒を含浸させる方法などにより製造することができる。一方、真性ポリマー電解質は、予め有機溶媒に溶解させた電解質溶液とポリマーとを混合した後、これをキャスト法やコーティング法により成膜し、有機溶媒を揮発させる方法;ポリマーの融点以上の温度でポリマーと電解質とを溶融し、混合して成形する方法などにより製造することができる。   The polymer gel electrolyte is a method in which an electrolyte is dropped onto a polymer film formed by a conventionally known method to impregnate and carry an electrolyte and an organic solvent; the polymer and the electrolyte are melted at a temperature equal to or higher than the melting point of the polymer. After mixing, a film can be formed, and this can be produced by a method of impregnating with an organic solvent. On the other hand, an intrinsic polymer electrolyte is a method in which an electrolyte solution previously dissolved in an organic solvent and a polymer are mixed, and then this is formed into a film by a casting method or a coating method, and the organic solvent is volatilized; It can be produced by a method in which a polymer and an electrolyte are melted, mixed and molded.

上記一般式(1)で表されるイオン性化合物や上述した他の電解質が、非プロトン性有機溶媒に溶解し難い場合には、イオン性化合物や他の電解質の溶解度を向上させるため、電解液に溶解助剤を加えてもよい。溶解助剤としては特に限定されないが、例えば、アミン系化合物が好ましい添加剤として挙げられる。具体的には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルブチルアミン、ジエチルブチルアミン、ヘキサメチレンテトラミン、DABCO(ジアザビシクロオクタン)、DBU(ジアザビシクロウンデセン)、TMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)およびN−メチルイミダゾール等が挙げられ、好ましくは、DBU、TMEDAおよびN−メチルイミダゾールである。   When the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte described above are difficult to dissolve in the aprotic organic solvent, the electrolyte solution is used to improve the solubility of the ionic compound or the other electrolyte. A solubilizing agent may be added. Although it does not specifically limit as a solubilizing agent, For example, an amine compound is mentioned as a preferable additive. Specifically, trimethylamine, triethylamine, tributylamine, dimethylethylamine, dimethylbutylamine, diethylbutylamine, hexamethylenetetramine, DABCO (diazabicyclooctane), DBU (diazabicycloundecene), TMEDA (tetramethylethylenediamine) and N -Methylimidazole etc. are mentioned, DBU, TMEDA and N-methylimidazole are preferable.

助剤の配合量は、一般式(1)で表されるイオン性化合物と他の電解質の合計100質量部に対して、0.01質量部以上、50質量部未満とするのが好ましい。より好ましくは0.05質量部以上、20質量部以下であり、さらに好ましくは0.1質量部以上、10質量部以下である。   The compounding amount of the auxiliary agent is preferably 0.01 parts by mass or more and less than 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte. More preferably, they are 0.05 mass part or more and 20 mass parts or less, More preferably, they are 0.1 mass part or more and 10 mass parts or less.

上記一般式(1)で表されるイオン性化合物は、上述のように電解質の主成分として用いてもよいが、電解液の添加剤として用いてもよい。   The ionic compound represented by the general formula (1) may be used as a main component of the electrolyte as described above, but may be used as an additive of the electrolytic solution.

一般式(1)のイオン性化合物を添加剤として用いる場合、添加剤の使用量は、後述する主たる電解質と添加剤との合計100質量%中0.01質量%以上、50質量%未満とするのが好ましい。添加剤量が多すぎる場合は、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でイオン性化合物が析出してしまい、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量の使用はコストの上昇を招く。一方、少なすぎる場合には、電解液の分解抑制や、電極の劣化抑制および耐電特性の向上など、添加剤を用いることによる効果が得られ難い。好ましくは0.1質量%以上、40質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以上、25質量%以下であり、さらに好ましくは1質量%以上、10質量%以下である。   When using the ionic compound of General formula (1) as an additive, the usage-amount of an additive shall be 0.01 mass% or more and less than 50 mass% in the total 100 mass% of the main electrolyte and additive mentioned later. Is preferred. If the amount of the additive is too large, the charge transfer efficiency may be reduced, or an ionic compound may be deposited in the electrolyte solution, which may adversely affect the electrode. Further, a large amount of use leads to an increase in cost. On the other hand, when the amount is too small, it is difficult to obtain the effects of using additives such as suppression of decomposition of the electrolytic solution, suppression of deterioration of the electrode, and improvement of electric resistance characteristics. Preferably they are 0.1 mass% or more and 40 mass% or less, More preferably, they are 0.5 mass% or more and 25 mass% or less, More preferably, they are 1 mass% or more and 10 mass% or less.

本発明の添加剤と共に用いられる主たる電解質は、電解液中でイオンに解離して、電荷のキャリアとして機能するものである。主たる化合物としては、上記他の電解質として例示した化合物が使用可能である。   The main electrolyte used together with the additive of the present invention is one that dissociates into ions in the electrolyte and functions as a charge carrier. As a main compound, the compound illustrated as said other electrolyte can be used.

電解液中における電解質濃度(一般式(1)で表される添加剤と、主たる電解質の総量)は、0.01質量%以上が好ましく、また、飽和濃度以下が好ましい。0.01質量%未満であると、イオン伝導度が低くなるため好ましくない。より好ましくは0.5質量%以上であり、さらに好ましくは1質量%以上、さらに一層好ましくは5質量%以上である。また、電解液中における電解質濃度は、50質量%以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは40質量%以下である。
溶媒としては、上述の非プロトン性溶媒を用いればよい。また、電解質の溶解度を向上させるため、上記溶解助剤を用いてもよい。
The electrolyte concentration in the electrolytic solution (the total amount of the additive represented by the general formula (1) and the main electrolyte) is preferably 0.01% by mass or more, and preferably less than the saturation concentration. If it is less than 0.01% by mass, the ionic conductivity is lowered, which is not preferable. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more. The electrolyte concentration in the electrolytic solution is more preferably 50% by mass or less, and further preferably 40% by mass or less.
As the solvent, the above-mentioned aprotic solvent may be used. Moreover, in order to improve the solubility of electrolyte, you may use the said dissolution aid.

<蓄電デバイス>
本発明の蓄電デバイスは、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はオニウムカチオンおよび/または無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物、及び、非プロトン性有機溶媒を含み、所定の条件下でLSV測定を行ったときに6.9V〜13.8V(vs.Li/Li)で耐電圧性を示す本発明の電解液を含むところに特徴を有するものである。
<Power storage device>
The electricity storage device of the present invention is an ionic compound represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (wherein Kt + represents an onium cation and / or an inorganic cation). And an electrolytic solution of the present invention that includes an aprotic organic solvent and exhibits voltage resistance at 6.9 V to 13.8 V (vs. Li / Li + ) when LSV measurement is performed under predetermined conditions. It has characteristics in the place of inclusion.

上記構成を有する本発明の蓄電デバイスは、満充電時の正極電位が4V(vs.Li/Li+)以上であるのが好ましく、より好ましくは4.3V以上であり、さらに好ましくは4.6V以上であり、さらに一層好ましくは5.0V以上である。したがって、本発明の蓄電デバイスは、高い電位まで充電することができる。また、本発明の蓄電デバイスは、このような高電位で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、エネルギー密度の高いものである。In the electricity storage device of the present invention having the above configuration, the positive electrode potential at full charge is preferably 4 V (vs. Li / Li + ) or more, more preferably 4.3 V or more, and still more preferably 4.6 V. Or more, more preferably 5.0 V or more. Therefore, the electricity storage device of the present invention can be charged to a high potential. In addition, the electricity storage device of the present invention has a high energy density because the electrolyte and the electrode hardly deteriorate even when operated at such a high potential.

なお、これらのデバイスでは、耐電圧特性の高い電解液を使用することが蓄電容量の増加につながる。例えば、水を溶媒として用いる従来の他の蓄電デバイスでは、水の電気分解を防ぐために使用電圧が低く設定されており、高耐電圧な電解質を用いるメリットは少ない。しかしながら、リチウムイオンバッテリー、リチウムイオンキャパシタ、および、電気二重層キャパシタでは非水電解液を用いており、また、高耐電圧な電解液を用いることで高容量化を図ることができる。このことから、これらのデバイスに対しては更なる高容量化が求められている。したがって、本発明の電解液をこれらの蓄電デバイスに用いれば高耐電圧化が達成でき、デバイスの高容量化を実現できると考えられる。よって、本発明では、特に、リチウムイオンバッテリー、リチウムイオンキャパシタ、および、電気二重層キャパシタに本発明の電解液を用いることとしている。   In these devices, the use of an electrolytic solution having a high withstand voltage characteristic leads to an increase in the storage capacity. For example, in other conventional electricity storage devices using water as a solvent, the working voltage is set low to prevent electrolysis of water, and there are few merits of using a high withstand voltage electrolyte. However, a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor use a non-aqueous electrolyte, and a high capacity can be achieved by using a high withstand voltage electrolyte. For this reason, further increase in capacity is required for these devices. Therefore, it is considered that when the electrolytic solution of the present invention is used for these power storage devices, a high withstand voltage can be achieved and a high capacity of the device can be realized. Therefore, in the present invention, the electrolytic solution of the present invention is used particularly for lithium ion batteries, lithium ion capacitors, and electric double layer capacitors.

満充電時の正極電位は、Li金属を基準電極(参照電極)とし、任意の材料からなる正極を作用電極とし、一般的なポテンショスタットを用いて、二極間の電位を測定することにより求められる。なお、基準電極としてLi金属以外の材料を用いる場合には、標準電極電位の値を基に、実測値をリチウム基準で測定した正極電位に換算することができる。例えば、Ag電極を基準電極に用いた場合(Ag/Ag、標準電極電位:0.799V)、Li金属を基準電極とする場合(Li/Li、標準電極電位:−3.045V)とは、電位が約3.8V異なるので、実測値に3.8Vを加えれば、リチウム基準で測定した正極電位に換算することができる。The positive electrode potential at full charge is obtained by measuring the potential between two electrodes using a general potentiostat using Li metal as a reference electrode (reference electrode) and a positive electrode made of any material as a working electrode. It is done. When a material other than Li metal is used as the reference electrode, the actual measurement value can be converted to a positive electrode potential measured on the basis of the standard electrode potential value. For example, when an Ag electrode is used as a reference electrode (Ag / Ag + , standard electrode potential: 0.799 V), when Li metal is used as a reference electrode (Li / Li + , standard electrode potential: −3.045 V) Since the potential differs by about 3.8 V, it can be converted to the positive electrode potential measured on the basis of lithium by adding 3.8 V to the actual measurement value.

また、本発明の蓄電デバイスの耐電圧は6V(リチウム基準、銀基準で2.2V)以上であるのが好ましい。より好ましくは7V以上であり、さらに好ましくは8V以上であり、より一層好ましくは10V以上である。本発明の蓄電デバイスは6V以上でも安定に稼動させることができ、また、高エネルギー密度を有する。なお、ここで耐電圧とは、後述する実施例に記載の方法により測定される値である。なお、本明細書では、以下に説明するリニアスィープボルタンメトリーにより測定される分解電位の値を本発明の蓄電デバイス(リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタ)の耐電圧とする。   Moreover, it is preferable that the withstand voltage of the electrical storage device of this invention is 6V (lithium standard, silver standard 2.2V) or more. More preferably, it is 7V or more, More preferably, it is 8V or more, More preferably, it is 10V or more. The electricity storage device of the present invention can be stably operated even at 6 V or more, and has a high energy density. In addition, withstand voltage is a value measured by the method as described in the Example mentioned later here. Note that in this specification, the value of the decomposition potential measured by linear sweep voltammetry described below is used as the withstand voltage of the electricity storage device (lithium ion secondary battery, electric double layer capacitor, and lithium ion capacitor) of the present invention.

リニアスィープボルタンメトリーは、所定の電解質(一般式(1)で表されるイオン性化合物と上述した他の電解質との総量)のプロピレンカーボネート溶液、あるいは、γ−ブチロラクトン溶液を電解液とし、グラッシーカーボン電極(電極表面積:1mmφ(0.785mm2))を作用極、Ag電極を参照極、白金電極を対極とし、塩橋を備えた3極式の電気化学セルと、スタンダードボルタンメトリツール(「HSV−100」、北斗電工社製)を使用し、温度30℃のグローブボックス中で、掃引速度:100mV/s、掃引範囲:−5V〜10V(vs.Ag/Ag)で行い、0.03mAの電流が流れたときの分解電位(耐電圧)を測定する。なお、自然電位より高電位側に走査させた場合には酸化分解電位が測定でき、自然電位より低電位側に走査させた場合には還元分解電位が測定できる。電解液の濃度は、カチオンKt+がオニウムカチオンである場合は1mol/L、カチオンKt+が無機カチオン(金属等)である場合は0.7mol/Lとする。Linear sweep voltammetry uses a propylene carbonate solution or a γ-butyrolactone solution of a predetermined electrolyte (the total amount of the ionic compound represented by the general formula (1) and the above-mentioned other electrolyte) as an electrolyte solution. (Electrode surface area: 1 mmφ (0.785 mm 2 )) as a working electrode, Ag electrode as a reference electrode, platinum electrode as a counter electrode, and a three-pole electrochemical cell equipped with a salt bridge and a standard voltammetry tool (“HSV -100 ", manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) in a glove box at a temperature of 30 ° C, sweep rate: 100 mV / s, sweep range: -5 V to 10 V (vs. Ag / Ag + ), 0.03 mA Measure the decomposition potential (withstand voltage) when the current flows. Note that the oxidation decomposition potential can be measured when scanning to a higher potential side than the natural potential, and the reduction decomposition potential can be measured when scanning to a lower potential side than the natural potential. The concentration of the electrolytic solution is 1 mol / L when the cation Kt + is an onium cation, and 0.7 mol / L when the cation Kt + is an inorganic cation (metal or the like).

本発明の蓄電デバイスは、携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、瞬停用電源装置、動力回生用電源装置、太陽電池、バックアップ電源装置等の各種用途に好適に用いることができるものである。   The power storage device of the present invention includes a portable information terminal, a portable electronic device, a small electric power storage device for home use, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a power supply device for momentary power interruption, a power regeneration power device, a solar cell, and a backup power supply device It can use suitably for various uses, such as these.

本発明の電解液を用いてなる蓄電デバイスとしては、リチウムイオン二次電池、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、及び、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられるが、これらの内、(1)リチウムイオン二次電池、(2)電気二重層キャパシタ、及び、(3)リチウムイオンキャパシタについてより詳しく説明する。   Examples of the electricity storage device using the electrolytic solution of the present invention include lithium ion secondary batteries, electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, and lithium ion capacitors. Among these, (1) lithium ion secondary The battery, (2) the electric double layer capacitor, and (3) the lithium ion capacitor will be described in more detail.

(1)リチウムイオン二次電池
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、正極と負極との間に介在するセパレータ及び本発明の電解液を基本構成要素として構成されるものである。本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解液とを備え、上記電解液が、リチウムイオンと、テトラシアノボレート;[B(CN)4と、非プロトン性有機溶媒とを含むところに特徴を有する。上記構成を有するリチウムイオン二次電池は、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。
(1) Lithium ion secondary battery A lithium ion secondary battery is comprised as a basic component by the positive electrode, a negative electrode, the separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and the electrolyte solution of this invention. The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and the electrolytic solution includes lithium ions, tetracyanoborate; [B (CN) 4 ] , and an aprotic organic solvent. And has a feature. The lithium ion secondary battery having the above configuration can operate stably even when charging and discharging are repeated under a high voltage.

このようなリチウムイオン二次電池としては、水電解質以外のリチウムイオン二次電池である非水電解質リチウムイオン二次電池であることが好ましい。このリチウムイオン二次電池は、後述する負極活物質としてグラファイトなどの炭素材料を用い、正極活物質としてLiCoO2などの金属酸化物を含有する化合物を用いたものであるが、このようなリチウムイオン二次電池では、充電時には、負極において、例えばC6Li→6C+Li+eの反応が起こり、負極表面で発生した電子(e)は、電解液中をイオン伝導して正極表面に移動し、一方、正極表面では、例えばCoO2+Li+e→LiCoO2の反応が起こり、負極から正極へ電流が流れることになる。一方、放電時には、充電時の逆反応が起こり、正極から負極へと電流が流れることになる。このように、リチウムイオン二次電池では、イオンによる化学反応により電気を蓄えたり、供給したりすることとなる。Such a lithium ion secondary battery is preferably a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery that is a lithium ion secondary battery other than the water electrolyte. This lithium ion secondary battery uses a carbon material such as graphite as a negative electrode active material, which will be described later, and a compound containing a metal oxide such as LiCoO 2 as a positive electrode active material. In the secondary battery, at the time of charging, for example, a reaction of C 6 Li → 6C + Li + e occurs in the negative electrode, and electrons (e) generated on the negative electrode surface are ion-conducted in the electrolytic solution and move to the positive electrode surface. On the surface, for example, a reaction of CoO 2 + Li + e → LiCoO 2 occurs, and a current flows from the negative electrode to the positive electrode. On the other hand, at the time of discharging, a reverse reaction at the time of charging occurs, and a current flows from the positive electrode to the negative electrode. Thus, in a lithium ion secondary battery, electricity is stored or supplied by a chemical reaction caused by ions.

本発明のリチウムイオン二次電池に備えられる電解液は、リチウムイオンと、テトラシアノボレートと、非プロトン性有機溶媒とを含む。リチウムイオンと、テトラシアノボレートとは、電解液中でそれぞれ電荷のキャリアとして機能する。特に、テトラシアノボレートは、耐電特性に優れ(正極側の耐電圧性の向上効果)、高電圧下の使用においても分解され難い。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池は、高電圧下でも安定に稼動させることができ、高いエネルギー密度を有するものとなる。   The electrolytic solution provided in the lithium ion secondary battery of the present invention contains lithium ions, tetracyanoborate, and an aprotic organic solvent. Lithium ions and tetracyanoborate each function as a charge carrier in the electrolyte. In particular, tetracyanoborate is excellent in electric withstand characteristics (an effect of improving the withstand voltage on the positive electrode side) and hardly decomposes even when used under a high voltage. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention can be stably operated even under a high voltage and has a high energy density.

本発明のリチウムイオン二次電池の電解液としては、本発明の電解液を用いるのが好ましい。本発明に係る電解液中に含まれるリチウムイオンとテトラシアノボレートは、これらのアニオンおよび/またはカチオンを含む化合物に由来するものである。これらのイオンを生成する化合物は、一般式(1)で表されるイオン性化合物に由来するものであってもよく、他の電解質に由来するものであってもよい。なお、一般式(1)のイオン性化合物にリチウムイオンが含まれていない場合、本発明に係る電解液に含まれるリチウムイオンは、他の電解質に由来するものとなる。   As the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery of the present invention, the electrolytic solution of the present invention is preferably used. The lithium ions and tetracyanoborate contained in the electrolytic solution according to the present invention are derived from compounds containing these anions and / or cations. The compound that generates these ions may be derived from the ionic compound represented by the general formula (1), or may be derived from another electrolyte. In addition, when lithium ion is not contained in the ionic compound of General formula (1), the lithium ion contained in the electrolyte solution which concerns on this invention comes from another electrolyte.

電解液中におけるリチウムイオンの濃度は、5.0×10-4質量%以上、5質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは2.5×10-3質量%以上であり、さらに好ましくは1.0×10-3質量%以上であり、より好ましくは3質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。一方、テトラシアノボレートの濃度は、0.1質量%以上、50質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは1質量%以上であり、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。リチウムイオン、テトラシアノボレートのいずれも、電解液中における存在量が少なすぎる場合には、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約−20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でリチウムテトラシアノボレートが析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量の使用はコストの上昇を招く。The concentration of lithium ions in the electrolytic solution is preferably 5.0 × 10 −4 mass% or more and 5 mass% or less. More preferably, it is 2.5 × 10 −3 mass% or more, further preferably 1.0 × 10 −3 mass% or more, more preferably 3 mass% or less, and further preferably 2 mass% or less. is there. On the other hand, the concentration of tetracyanoborate is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more, More preferably, it is 40 mass% or less, More preferably, it is 30 mass% or less. When both the lithium ion and tetracyanoborate are present in the electrolyte solution in an excessively small amount, the desired electrical conductivity may be difficult to obtain. Although it becomes remarkable at (about −20 ° C.), the viscosity of the electrolytic solution increases, and the charge transfer efficiency may be lowered, or lithium tetracyanoborate may be precipitated in the electrolytic solution, which may adversely affect the electrode and the like. . Further, a large amount of use leads to an increase in cost.

なお、電解液中における上記一般式(1)で表されるイオン性化合物および他の電解質の濃度は、リチウムイオン量およびテトラシアノボレート量が上記範囲となる限り特に限定されないが、例えば、Kt+がオニウムカチオンである一般式(1)のイオン性化合物濃度は、0.01質量%以上であり、50質量%未満であるのが好ましい。電解質の濃度が上記範囲である場合には、良好な電気伝導度を示すので好ましい。なお、イオン性化合物の濃度は、0.05質量%以上であるのがより好ましく、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。濃度が低すぎると、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約−20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でイオン性化合物が分離、析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量のイオン性化合物の使用はコストの上昇を招く。The concentration of the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited as long as the lithium ion amount and the tetracyanoborate amount fall within the above ranges. For example, Kt + The ionic compound concentration of the general formula (1) in which is an onium cation is 0.01% by mass or more and preferably less than 50% by mass. When the concentration of the electrolyte is within the above range, it is preferable because it shows good electric conductivity. The concentration of the ionic compound is more preferably 0.05% by mass or more, further preferably 0.1% by mass or more, more preferably 20% by mass or less, and further preferably 10% by mass. It is as follows. If the concentration is too low, it may be difficult to obtain the desired electrical conductivity. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity of the electrolytic solution is particularly remarkable in a low temperature range (about −20 ° C.). The charge transfer efficiency may be increased, and the ionic compound may be separated and deposited in the electrolytic solution, which may adversely affect the electrode. In addition, the use of a large amount of an ionic compound causes an increase in cost.

また、本発明のリチウムイオン二次電池では、電解質として上述のポリマー電解質またはポリマーゲル電解液を用いてもよい。ポリマー電解質とは、基材となるポリマーに電解質を担持させたものであり、例えば、本発明の電解液をポリマーに含浸させたポリマー電解質(ポリマーゲル電解液)や、一般式(1)のイオン性化合物や上記他の電解質を基材ポリマーに固溶させたもの(真性ポリマー電解質)が挙げられる。本発明においては、リチウムイオンとテトラシアノボレートとを含むポリマー電解質を用いるのが好ましい。上記ポリマー電解質の基材となるポリマーとしては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル系の共重合体などが挙げられ、中でも、ポリエチレンオキシドが好ましく用いられる。   Moreover, in the lithium ion secondary battery of this invention, you may use the above-mentioned polymer electrolyte or polymer gel electrolyte solution as electrolyte. The polymer electrolyte is obtained by supporting an electrolyte on a polymer as a base material. For example, a polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer with the electrolytic solution of the present invention (polymer gel electrolytic solution) or an ion of the general formula (1) And those obtained by dissolving a soluble compound or the other electrolyte in a base polymer (intrinsic polymer electrolyte). In the present invention, it is preferable to use a polymer electrolyte containing lithium ions and tetracyanoborate. Examples of the polymer serving as a base material for the polymer electrolyte include polyether copolymers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, and among them, polyethylene oxide is preferably used.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と電解液とを有している。正極と負極との間には両者の接触による短絡を防止するため、セパレータが設けられている。   The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution. A separator is provided between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit due to contact between the two.

正極、負極は、それぞれ、集電体と、正極活物質または負極活物質、導電剤、および、結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、正極集電体上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。   Each of the positive electrode and the negative electrode is composed of a current collector, a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive agent, a binder (binder material), and the like. It is formed by forming a thin coating film, sheet or plate on the top.

正極は、特に制限されず、公知の正極が使用でき、例えば、正極集電体、正極活物質、導電剤および結着剤などで構成されたものが用いられる。正極集電体としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などを例示することができる。正極活物質としては、例えば、LiNiVO4,LiCoPO4,LiCoVO4,LiCrMnO4,LiCrxMn2-x4(0<x<0.5),LiCr0.2Ni0.4Mn1.44,LiPtO3,LixFe2(SO43,LiFeO2,LiMnO2,LiMn24,LiCoO2,LiMn1.6Ni0.44,LiFePO4,LiNi1/3Mn1/3Co1/32,LiNi1/2Mn1/22,LiNi0.8Co0.22,LiNiO2,Li1+x(Fe0.4Mn0.4Co0.21-x2などを用いることができる。これらの中でも、LiMn24,LiCoO2,LiFePO4,LiCoPO4,LiNiPO4,LiNi1/3Mn1/3Co1/32およびLiNi0.8Co0.22,NMC(=LiNiMnCo)1/302,NCA(=Ni0.8Co0.15Al0.05)O2が好ましい。なお、高出力化のためには、4V以上の高電位を有する材料を正極材料として用いるのが好ましい。高電位を有する材料としては、例えば、LiCoO2(4.2V)、LiCrxMn2-x4(0<x<0.5)(4.2V)、LiCr0.2Ni0.4Mn1.44(4.7V)、LiNi0.5Mn1.54(4.7V)、LiCoPO4(4.8V)、LiNiPO4(5.1V)、NMC(=LiNiMnCo)1/302(4.2V)、NCA(=Ni0.8Co0.15Al0.05)O2(4.2V)などが挙げられる。The positive electrode is not particularly limited, and a known positive electrode can be used. For example, a positive electrode current collector, a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like are used. Examples of the positive electrode current collector include aluminum and stainless steel. Examples of the positive electrode active material include LiNiVO 4 , LiCoPO 4 , LiCoVO 4 , LiCrMnO 4 , LiCr x Mn 2−x O 4 (0 <x <0.5), LiCr 0.2 Ni 0.4 Mn 1.4 O 4 , LiPtO 3 , Li x Fe 2 (SO 4 ) 3 , LiFeO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 , LiFePO 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2, LiNiO 2, Li 1 + x (Fe 0.4 Mn 0.4 Co 0.2) 1-x O 2 or the like can be used. Among these, LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , NMC (= LiNiMnCo) 1 / 302 , NCA (= Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2 is preferred. In order to increase the output, it is preferable to use a material having a high potential of 4 V or more as the positive electrode material. Examples of the material having a high potential include LiCoO 2 (4.2 V), LiCr x Mn 2−x O 4 (0 <x <0.5) (4.2 V), LiCr 0.2 Ni 0.4 Mn 1.4 O 4 ( 4.7 V), LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 (4.7 V), LiCoPO 4 (4.8 V), LiNiPO 4 (5.1 V), NMC (= LiNiMnCo) 1/302 (4.2 V), NCA (= Ni 0.8 Co 0.15 Al 0.05 ) O 2 (4.2 V) and the like.

正極活物質は粉末状(粒状)であるのが好ましく、10nm以上、500μm以下の粒子径を有するものであるのが好ましい。粒子径は20nm以上、100μm以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは50nm以上、50μm以下であり、特に好ましくは100nm以上、30μm以下であり、一層好ましくは10μm以下である。ここで平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された体積平均粒子径の値である。また、販売者の公称値を参考にしてもよい。   The positive electrode active material is preferably in the form of powder (granular), and preferably has a particle diameter of 10 nm or more and 500 μm or less. The particle diameter is more preferably 20 nm or more and 100 μm or less, further preferably 50 nm or more and 50 μm or less, particularly preferably 100 nm or more and 30 μm or less, and further preferably 10 μm or less. Here, the average particle diameter is a value of a volume average particle diameter measured by a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. The nominal value of the seller may be referred to.

負極も特に制限されず、リチウムイオン二次電池に用いられている公知の負極はいずれも使用可能であるが、具体的には、負極集電体、負極活物質、導電剤および結着剤などから構成されるものが好ましく用いられる。これらの材料は、正極も同様であるが、負極集電体上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。   The negative electrode is not particularly limited, and any known negative electrode used in a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, a negative electrode current collector, a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like Those composed of are preferably used. These materials are the same for the positive electrode, but are formed by forming a thin coating film, sheet or plate on the negative electrode current collector.

負極集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼等が挙げられる。負極活物質としては、リチウムイオン二次電池で使用される従来公知の負極活物質を用いることができる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファスカーボン、コークスおよびメソフェーズピッチ系炭素繊維、グラファイト、非晶質炭素であるハードカーボン、C−Si複合材料などの炭素材料や、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、リチウム−タリウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−ビスマス合金等のリチウム合金や、チタン、錫、鉄、モリブデン、ニオブ、バナジウム及び亜鉛等の1種若しくは2種以上を含む金属酸化物並びに金属硫化物が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属イオンを吸蔵、放出できる金属リチウムや炭素材料がより好ましい。   Examples of the negative electrode current collector include copper, nickel, and stainless steel. As a negative electrode active material, the conventionally well-known negative electrode active material used with a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke and mesophase pitch carbon fiber, graphite, amorphous carbon hard carbon, C-Si composite material, lithium-aluminum alloy, lithium -One or more of lithium alloys such as magnesium alloy, lithium-indium alloy, lithium-thallium alloy, lithium-lead alloy, lithium-bismuth alloy, titanium, tin, iron, molybdenum, niobium, vanadium and zinc And metal oxides containing metal sulfides. Among these, metallic lithium and carbon materials that can occlude and release alkali metal ions are more preferable.

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウム、ニッケル等の金属ファイバー等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、少量で効果的に導電性が向上させられる点で、アセチレンブラック及びケッチェンブラックがより好ましい。導電剤の配合量は、使用する活物質の種類によっても異なるが、正極又は負極活物質100質量部に対して、1質量部〜10質量部とするのが好ましく、3質量部〜5質量部であるのがより好ましい。   As the conductive agent, carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, metal fiber such as ruthenium oxide, titanium oxide, aluminum, and nickel are preferable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. Among these, acetylene black and ketjen black are more preferable in that the conductivity can be effectively improved with a small amount. Although the compounding quantity of a electrically conductive agent changes also with the kind of active material to be used, it is preferable to set it as 1 mass part-10 mass parts with respect to 100 mass parts of a positive electrode or a negative electrode active material, and 3 mass parts-5 mass parts. It is more preferable that

バインダー物質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。バインダー物質の配合量としては、使用する活物質の種類によっても異なるが、正極又は負極活物質100質量部に対して、0.5質量部〜10質量部とするのが好ましく、3質量部〜5質量部であるのがより好ましい。   As the binder substance, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, and the like are suitable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. The blending amount of the binder material varies depending on the type of the active material to be used, but is preferably 0.5 parts by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode or the negative electrode active material. More preferably, it is 5 parts by mass.

上記正極及び負極の成形方法としては、例えば、(1)正極または負極の電極活物質と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質を添加混合した後、それぞれの集電体上に塗布し、プレス成形する方法、(2)電極活物質とバインダー物質を混合、成型し、集電体と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。   As a method for forming the positive electrode and the negative electrode, for example, (1) a binder material is added and mixed in a mixture of an electrode active material of a positive electrode or a negative electrode and acetylene black as a conductive agent, and then applied onto each current collector. And (2) a method in which an electrode active material and a binder material are mixed and molded, integrated with a current collector, and then heat-treated in an inert atmosphere to form an electrode as a sintered body. It is. In addition, when using the activated carbon fiber cloth obtained by activating a carbon fiber cloth, you may use as an electrode as it is, without using a binder substance.

本発明のリチウムイオン二次電池では、正極と負極との間にセパレータを挟み込む方法、または、保持手段を用いて、各電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、正極と負極との接触や短絡を防ぐことが好ましい。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the contact between the positive electrode and the negative electrode is achieved by a method in which a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, or a method in which each electrode is opposed to each other with a gap using a holding means. It is preferable to prevent short circuit.

セパレータとしては、使用温度域において上記一般式(1)のイオン性化合物やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、紙;ポリオレフィン(ポリプロピレン、ポリエチレンなど)、アラミド等の有機系材料;アラミド繊維等の有機多孔質系材料;ガラス繊維等の無機系材料;等が好適である。特に蓄電デバイスを高電圧下で作動させる場合は、高い絶縁性が求められるため、無機系材料やポリオレフィン系材料、あるいは、これらの混合物からなるセパレータが好適である。絶縁性の観点からは、ポリプロピレン(PP)膜、ポリエチレン(PE)膜、または、これらの膜を積層した積層膜(例えば、PP/PE/PP3層膜等);ポリオレフィン系材料と無機系材料との混合物の成形体;セルロースを含有する多孔質シートに、上記有機系材料を塗布あるいは含浸させてなるもの;等がセパレータとして好適である。   As the separator, it is preferable to use a porous thin film that does not cause a chemical reaction with the ionic compound of the above general formula (1) and other electrolytes in the operating temperature range. As the material of the separator, paper; organic materials such as polyolefin (polypropylene, polyethylene, etc.) and aramid; organic porous materials such as aramid fiber; inorganic materials such as glass fiber; In particular, when an electricity storage device is operated under a high voltage, a high insulating property is required, and therefore a separator made of an inorganic material, a polyolefin material, or a mixture thereof is suitable. From an insulating viewpoint, a polypropylene (PP) film, a polyethylene (PE) film, or a laminated film in which these films are laminated (for example, a PP / PE / PP three-layer film); a polyolefin-based material and an inorganic-based material A molded body of the above mixture; a product obtained by applying or impregnating the organic material to a porous sheet containing cellulose; and the like are suitable as a separator.

尚、従来の電解液に用いられていたLiPFなどの電解質は、電解液中に含まれる微量の水分でも分解してフッ化水素(HF)を生じる。このフッ化水素は、電極活物質を溶解させるのみならず、ガラス繊維等のセパレータ用無機系材料と反応し、溶解させるため、蓄電デバイスの内部抵抗を増大してしまうといった問題があった。しかしながら、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物のアニオン(TCB)には、フッ素(F)が含まれていないため、セラミック等の金属酸化物やガラス繊維等の絶縁性無機系材料もセパレータ材料として用いることができる。絶縁性無機系材料は単独で用いてもよく、また、フィラーとして有機物に混合した形態でも用いることができる。Note that an electrolyte such as LiPF 6 that has been used in a conventional electrolytic solution is decomposed even with a small amount of water contained in the electrolytic solution to generate hydrogen fluoride (HF). This hydrogen fluoride not only dissolves the electrode active material, but also reacts with and dissolves an inorganic material for a separator such as glass fiber, thereby increasing the internal resistance of the electricity storage device. However, since the anion (TCB) of the ionic compound represented by the general formula (1) does not contain fluorine (F), an insulating inorganic material such as a metal oxide such as ceramic or glass fiber Can also be used as a separator material. The insulating inorganic material may be used alone or in a form mixed with an organic material as a filler.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と電解液とを有していればよく、また、正極と負極と電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明のリチウムイオン二次電池の形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。また、上記外装ケースも特に限定されず、アルミ製、スチール製のものなど従来公知のものを採用すればよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention only needs to have a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and may include a plurality of cells each having the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte as one unit. Good. If it has the said structure, the shape of the lithium ion secondary battery of this invention will not be limited, Conventionally well-known shapes, such as a coin type | mold, a winding cylinder type | mold, a lamination | stacking square type | mold, an aluminum lamination type | mold, can be employ | adopted. Moreover, the said exterior case is not specifically limited, What is necessary is just to employ | adopt conventionally well-known things, such as those made from aluminum and steel.

本発明のリチウムイオン二次電池は、セパレータを介して対向する正極と負極と、これらの電極間を満たす電解液を基本構成要素として構成されている。本発明のリチウムイオン二次電池においては、各電極におけるリチウムイオンの吸蔵、放出により、正極と負極との間をリチウムイオンが行き来することによって、電気エネルギーが蓄積され、また、取り出される。   The lithium ion secondary battery of the present invention is configured with a positive electrode and a negative electrode facing each other with a separator interposed therebetween, and an electrolytic solution that fills between these electrodes as basic components. In the lithium ion secondary battery of the present invention, electric energy is accumulated and taken out when lithium ions move between the positive electrode and the negative electrode by occlusion and release of lithium ions at each electrode.

(2)電気二重層キャパシタ
電気二重層キャパシタは、分極性電極(負極、正極)及び電解液を基本構成要素として構成されているものである。
(2) Electric Double Layer Capacitor The electric double layer capacitor is composed of a polarizable electrode (negative electrode, positive electrode) and an electrolytic solution as basic components.

本発明の電気二重層キャパシタは、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と非プロトン性溶媒とを含む本発明の電解液を有するところに特徴を有する。なお、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物は、カチオンKtがオニウムカチオンであるのが望ましい。また、本発明の電気二重層キャパシタでは、電解質として上述のポリマー電解質またはポリマーゲル電解質を用いてもよい。
上記構成を有する電気二重層キャパシタは、従来に比べて満充電時の正極電位が高く、且つ、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。
The electric double layer capacitor of the present invention has the electrolytic solution of the present invention comprising a pair of polarizable electrodes facing each other with a separator, the ionic compound represented by the general formula (1) and an aprotic solvent. However, it has characteristics. In the ionic compound represented by the general formula (1), the cation Kt + is preferably an onium cation. In the electric double layer capacitor of the present invention, the above-described polymer electrolyte or polymer gel electrolyte may be used as the electrolyte.
The electric double layer capacitor having the above configuration has a higher positive electrode potential when fully charged than conventional ones, and can operate stably even when charging and discharging are repeated under a high voltage.

本発明の電気二重層キャパシタにおいて、対向する一対の分極性電極は、一方が正極、他方が負極としてそれぞれ機能する。分極性電極は、集電電極上に設けられるものであり、正極あるいは負極の電極活物質、導電剤、および結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、集電電極上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。   In the electric double layer capacitor of the present invention, one of the opposing polarizable electrodes functions as a positive electrode and the other functions as a negative electrode. A polarizable electrode is provided on a current collecting electrode, and is composed of a positive or negative electrode active material, a conductive agent, a binder (binder material), and the like. It is formed by forming a thin coating film, sheet or plate on the extreme.

電極活物質としては、活性炭繊維、活性炭粒子の成形体、活性炭粒子等の活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体等が挙げられる。なお、負極としては、活性炭が好適であり、正極としては活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体が好適である。これらの中でも活性炭が好ましく、活性炭としては、平均細孔径が2.5nm以下であるものが好ましい。ここで平均細孔径とは、窒素吸着によるBET法によって測定される値である。活性炭の比表面積としては、炭素質種による単位面積あたりの静電容量(F/m2)、高比表面積化に伴う嵩密度の低下等により異なるが、例えば、窒素吸着によるBET法により求めた比表面積が500m2/g〜2500m2/gであるのが好ましく、1000m2/g〜2000m2/gがより好ましい。Examples of the electrode active material include activated carbon fibers, activated carbon particles, activated carbon such as activated carbon particles, porous metal oxides, porous metals, and conductive polymers. In addition, activated carbon is suitable for the negative electrode, and activated carbon, porous metal oxide, porous metal, and conductive polymer are suitable for the positive electrode. Among these, activated carbon is preferable, and activated carbon having an average pore diameter of 2.5 nm or less is preferable. Here, the average pore diameter is a value measured by the BET method by nitrogen adsorption. The specific surface area of the activated carbon varies depending on the capacitance per unit area (F / m 2 ) depending on the carbonaceous species, the decrease in the bulk density accompanying the increase in the specific surface area, etc. is preferably a specific surface area of 500m 2 / g~2500m 2 / g, more preferably 1000m 2 / g~2000m 2 / g.

上記活性炭の製造方法としては、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、又は、それらを熱分解した石炭及び石油系ピッチ、石油コークス、カーボンアエロゲル、メソフェーズカーボン、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、イオン交換樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等の原料を炭化した後、賦活して製造する賦活法を用いることが好ましい。   As the method for producing the activated carbon, plant-based wood, sawdust, coconut husk, pulp waste liquid, fossil fuel-based coal, heavy petroleum oil, or pyrolyzed coal and petroleum-based pitch, petroleum coke, Carbon aerogel, mesophase carbon, tar pitched fiber, synthetic polymer, phenol resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyimide resin, polyamide resin, ion exchange resin, liquid crystal polymer, plastic disposal It is preferable to use an activation method in which a raw material such as a product or a waste tire is carbonized and then activated.

賦活法としては、(1)炭化された原料を高温で水蒸気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化ガス等と接触反応させるガス賦活法、(2)炭化された原料に、塩化亜鉛、リン酸、リン酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム、ホウ酸、硝酸等を均等に含浸させて、不活性ガス雰囲気中で加熱し、薬品の脱水及び酸化反応により活性炭を得る薬品賦活法が挙げられ、いずれを用いてもよい。   The activation method includes (1) a gas activation method in which a carbonized raw material is brought into contact with water vapor, carbon dioxide gas, oxygen, and other oxidizing gas at a high temperature, and (2) the carbonized raw material is mixed with zinc chloride, phosphoric acid, Evenly impregnated with sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, calcium carbonate, boric acid, nitric acid, etc. in an inert gas atmosphere And a chemical activation method in which activated carbon is obtained by dehydration and oxidation reaction of the chemical, and any of them may be used.

上記賦活法により得られた活性炭に加熱処理を行って、不要な表面官能基を除去したり、炭素の結晶性を発達させて電気伝導性を増加させてもよい。加熱処理は、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性ガス雰囲気下、好ましくは500℃〜2500℃、より好ましくは700℃〜1500℃の温度で行うことが好ましい。活性炭の形状としては、破砕、造粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等が挙げられる。これらの中でも、活性炭の形状は粒状であるのが好ましく、この場合、電極の嵩密度の向上、内部抵抗の低減という点から、活性炭の平均粒子径は30μm以下であるのが好ましい。ここで、平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された体積平均粒子径の値である。また、販売者の公称値を参考にしてもよい。   The activated carbon obtained by the above activation method may be subjected to a heat treatment to remove unnecessary surface functional groups or to develop the crystallinity of carbon to increase electrical conductivity. The heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, or xenon, preferably at a temperature of 500 ° C. to 2500 ° C., more preferably 700 ° C. to 1500 ° C. Examples of the shape of the activated carbon include crushing, granulation, granule, fiber, felt, woven fabric, and sheet shape. Among these, the shape of the activated carbon is preferably granular. In this case, the average particle diameter of the activated carbon is preferably 30 μm or less from the viewpoint of improving the bulk density of the electrode and reducing the internal resistance. Here, the average particle diameter is a value of a volume average particle diameter measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device. The nominal value of the seller may be referred to.

電極活物質としては、活性炭以外の上記比表面積を有する炭素材料を用いてもよく、例えば、カーボンナノチューブやプラズマCVDにより作製したダイヤモンド等を用いてもよい。   As the electrode active material, a carbon material having the above specific surface area other than activated carbon may be used. For example, carbon nanotubes, diamond produced by plasma CVD, or the like may be used.

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウム、ニッケル等の金属ファイバー等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、少量で効果的に導電性が向上させられる点で、アセチレンブラック及びケッチェンブラックがより好ましい。導電剤の配合量としては、活性炭の嵩密度等によっても異なるが、活性炭100質量部に対して、5質量部〜50質量部とするのが好ましく、10質量部〜30質量部であるのがより好ましい。   As the conductive agent, carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, metal fiber such as ruthenium oxide, titanium oxide, aluminum, and nickel are preferable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. Among these, acetylene black and ketjen black are more preferable in that the conductivity can be effectively improved with a small amount. The blending amount of the conductive agent varies depending on the bulk density of the activated carbon, but is preferably 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the activated carbon, and preferably 10 to 30 parts by mass. More preferred.

バインダー物質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。バインダー物質の配合量としては、活性炭の種類や形状等によっても異なるが、活性炭100質量部に対して、0.5質量部〜30質量部とするのが好ましく、2質量部〜30質量部であるのがより好ましい。   As the binder substance, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, and the like are suitable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. As a compounding quantity of a binder substance, although it changes with kinds, shapes, etc. of activated carbon, it is preferable to set it as 0.5 mass part-30 mass parts with respect to 100 mass parts of activated carbon, and 2 mass parts-30 mass parts. More preferably.

集電電極は、分極性電極に蓄えられた電気容量を、外部に取り出すために用いられる。集電電極としては、アルミニウム箔や銅箔、アルミニウムやニッケルなどの金属繊維などが挙げられる。   The current collecting electrode is used for taking out the electric capacity stored in the polarizable electrode to the outside. Examples of the collecting electrode include aluminum foil, copper foil, and metal fibers such as aluminum and nickel.

上記分極性電極(正極及び負極)の成形方法としては、例えば、(1)電極活物質である活性炭と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質であるポリテトラフルオロエチレンを添加混合した後、集電電極上に塗布し、プレス成形する方法、(2)活性炭とピッチ、タール、フェノール樹脂等のバインダー物質を混合、成型し、集電電極と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法、(3)活性炭とバインダー物質又は活性炭のみを焼結して電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。   As a method for forming the polarizable electrode (positive electrode and negative electrode), for example, (1) polytetrafluoroethylene as a binder material is added and mixed into a mixture of activated carbon as an electrode active material and acetylene black as a conductive agent. Then, it is applied on the collector electrode and press-molded. (2) Activated carbon and binder materials such as pitch, tar, phenol resin, etc. are mixed, molded, integrated with the collector electrode, and then heat-treated in an inert atmosphere. Thus, a method of forming an electrode as a sintered body and (3) a method of sintering only activated carbon and a binder material or activated carbon to form an electrode are suitable. In addition, when using the activated carbon fiber cloth obtained by activating a carbon fiber cloth, you may use as an electrode as it is, without using a binder substance.

本発明の電気二重層キャパシタでは、セパレータを分極性電極に挟み込む方法や、保持手段を用いて、各分極性電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、分極性電極同士の接触や短絡を防ぐことが好ましい。   In the electric double layer capacitor of the present invention, contact or short circuit between the polarizable electrodes can be achieved by a method in which the separator is sandwiched between the polarizable electrodes or a method in which the polarizable electrodes are opposed to each other with a spacing using a holding means. It is preferable to prevent.

セパレータとしては、使用温度域において上記一般式(1)のイオン性化合物やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、クラフト紙やマニラ麻紙などのセルロース繊維からなる不織布、セラミック繊維などの無機繊維からなる繊維材料、脂肪族ポリケトン繊維を含有する多孔質シート、セルロースを含有する多孔質シートにラテックス等のポリマーを含浸させたもの等が挙げられる。   As the separator, it is preferable to use a porous thin film that does not cause a chemical reaction with the ionic compound of the above general formula (1) and other electrolytes in the operating temperature range. As the material of the separator, nonwoven fabric made of cellulose fibers such as kraft paper and Manila hemp paper, fiber material made of inorganic fibers such as ceramic fibers, porous sheet containing aliphatic polyketone fibers, porous sheet containing cellulose, latex And the like impregnated with a polymer such as

本発明の電気二重層キャパシタは、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と、非水電解液とを有していればよく、また、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と非水電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明の電気二重層キャパシタの形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。   The electric double layer capacitor of the present invention only needs to have a pair of polarizable electrodes and a non-aqueous electrolyte that are opposed to each other via a separator, and a pair of polarizable electrodes that are opposed to each other via a separator. A plurality of cells each having a water electrolyte as a unit may be provided. As long as it has the above configuration, the shape of the electric double layer capacitor of the present invention is not limited, and any conventionally known shape such as a coin shape, a wound cylindrical shape, a laminated square shape, and an aluminum laminated shape can be adopted.

本発明の電気二重層キャパシタは、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と、分極性電極間を満たす電解液を基本構成要素として構成されている。本発明の電気二重層キャパシタにおいては、イオンの物理的な吸・脱着により分極性電極と電解液との界面に生成する電気二重層に電荷が蓄えられることとなる。そして、蓄えられた電荷が集電電極を介して、電気エネルギーとして取り出される。   The electric double layer capacitor of the present invention includes a pair of polarizable electrodes opposed via a separator and an electrolytic solution that fills the gap between the polarizable electrodes as basic components. In the electric double layer capacitor of the present invention, electric charges are stored in the electric double layer generated at the interface between the polarizable electrode and the electrolytic solution by the physical adsorption / desorption of ions. And the stored electric charge is taken out as electrical energy through the current collecting electrode.

(3)リチウムイオンキャパシタ
リチウムイオンキャパシタとは、一般的な電気二重層キャパシタの原理を使いながら負極材料としてリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料を使い、そこにリチウムイオンを添加することでエネルギー密度を向上させたキャパシタであり、正極と負極とで充放電の原理が異なり、リチウムイオン二次電池の負極と電気二重層キャパシタの正極を組み合わせた構造を有している。
(3) Lithium Ion Capacitor A lithium ion capacitor uses a carbon-based material that can store lithium ions as a negative electrode material while using the principle of a general electric double layer capacitor. It is an improved capacitor, and the principle of charging and discharging is different between the positive electrode and the negative electrode, and has a structure in which the negative electrode of the lithium ion secondary battery and the positive electrode of the electric double layer capacitor are combined.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極と、負極と、電解液とを備え、上記正極が分極性電極であり、上記負極が、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る負極活物質を含み、上記電解液が、リチウムイオンと、テトラシアノボレート;[B(CN)4と、非プロトン性有機溶媒とを含むところに特徴を有する。The lithium ion capacitor of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, the positive electrode is a polarizable electrode, the negative electrode includes a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and the electrolytic solution Is characterized in that it contains lithium ions, tetracyanoborate; [B (CN) 4 ] - , and an aprotic organic solvent.

上記構成を有するリチウムイオンキャパシタは、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。   The lithium ion capacitor having the above configuration can operate stably even when charging and discharging are repeated under a high voltage.

本発明のリチウムイオンキャパシタに備えられる電解液は、リチウムイオンと、テトラシアノボレートと、非プロトン性有機溶媒とを含む。リチウムイオンと、テトラシアノボレートとは、電解液中でそれぞれ電荷のキャリアとして機能する。特に、テトラシアノボレートは、耐電特性に優れ(正極側の耐電圧性の向上効果)、高電圧下の使用においても分解され難い。したがって、本発明のリチウムイオンキャパシタは、高電圧下でも安定に稼動させることができ、高いエネルギー密度を有するものとなる。   The electrolytic solution provided in the lithium ion capacitor of the present invention contains lithium ions, tetracyanoborate, and an aprotic organic solvent. Lithium ions and tetracyanoborate each function as a charge carrier in the electrolyte. In particular, tetracyanoborate is excellent in electric withstand characteristics (an effect of improving the withstand voltage on the positive electrode side) and hardly decomposes even when used under a high voltage. Therefore, the lithium ion capacitor of the present invention can be stably operated even under a high voltage and has a high energy density.

本発明のリチウムイオンキャパシタの電解液としては、本発明の電解液を用いるのが好ましい。本発明に係る電解液中に含まれるリチウムイオンとテトラシアノボレートは、これらのアニオンおよび/またはカチオンを含む化合物に由来するものである。これらのイオンを生成する化合物は、一般式(1):Kt+[B(CN)4(式(1)中、Kt+はリチウムイオンおよび/またはオニウムカチオンを表す)で表されるイオン性化合物に由来するものであってもよく、他の電解質に由来するものであってもよい。なお、一般式(1)のイオン性化合物にリチウムイオンが含まれていない場合、本発明に係る電解液に含まれるリチウムイオンは、他の電解質に由来するものとなる。The electrolyte solution of the present invention is preferably used as the electrolyte solution of the lithium ion capacitor of the present invention. The lithium ions and tetracyanoborate contained in the electrolytic solution according to the present invention are derived from compounds containing these anions and / or cations. The compound that generates these ions is an ion represented by the general formula (1): Kt + [B (CN) 4 ] (in the formula (1), Kt + represents a lithium ion and / or an onium cation). It may be derived from a functional compound or may be derived from another electrolyte. In addition, when lithium ion is not contained in the ionic compound of General formula (1), the lithium ion contained in the electrolyte solution which concerns on this invention comes from another electrolyte.

電解液中におけるリチウムイオンの濃度は、5.0×10-4質量%以上、5質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは2.5×10-3質量%以上であり、さらに好ましくは1.0×10-3質量%以上であり、より好ましくは3質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。一方、テトラシアノボレートの濃度は、0.1質量%以上、50質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは1質量%以上であり、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。リチウムイオン、テトラシアノボレートのいずれも、電解液中における存在量が少なすぎる場合には、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約−20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でリチウムテトラシアノボレートが析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量の使用はコストの上昇を招く。The concentration of lithium ions in the electrolytic solution is preferably 5.0 × 10 −4 mass% or more and 5 mass% or less. More preferably, it is 2.5 × 10 −3 mass% or more, further preferably 1.0 × 10 −3 mass% or more, more preferably 3 mass% or less, and further preferably 2 mass% or less. is there. On the other hand, the concentration of tetracyanoborate is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more, More preferably, it is 40 mass% or less, More preferably, it is 30 mass% or less. When both the lithium ion and tetracyanoborate are present in the electrolyte solution in an excessively small amount, the desired electrical conductivity may be difficult to obtain. Although it becomes remarkable at (about −20 ° C.), the viscosity of the electrolytic solution increases, and the charge transfer efficiency may be lowered, or lithium tetracyanoborate may be precipitated in the electrolytic solution, which may adversely affect the electrode and the like. . Further, a large amount of use leads to an increase in cost.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極(分極性電極)と負極と電解液とを有している。正極と負極との間には両者の接触による短絡を防止するため、セパレータが設けられている。   The lithium ion capacitor of the present invention has a positive electrode (polarizable electrode), a negative electrode, and an electrolytic solution. A separator is provided between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit due to contact between the two.

正極、負極は、それぞれ、集電電極と、正極活物質または負極活物質、導電剤、および、結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、集電電極上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。   Each of the positive electrode and the negative electrode includes a current collecting electrode, a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive agent, a binder (binder material), and the like, and each electrode has these materials on the current collecting electrode. It is formed by forming a thin coating film, a sheet shape or a plate shape.

正極活物質としては、活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体が好適である。活性炭としては、平均細孔径が2.5nm以下であるものが好ましい。ここで平均細孔径とは、窒素吸着によるBET法によって測定される値である。活性炭の比表面積としては、炭素質種による単位面積あたりの静電容量(F/m2)、高比表面積化に伴う嵩密度の低下等により異なるが、例えば、窒素吸着によるBET法により求めた比表面積が500m2/g〜2500m2/gであるのが好ましく、1000m2/g〜2000m2/gがより好ましい。As the positive electrode active material, activated carbon, a porous metal oxide, a porous metal, and a conductive polymer are suitable. As the activated carbon, those having an average pore diameter of 2.5 nm or less are preferable. Here, the average pore diameter is a value measured by the BET method by nitrogen adsorption. The specific surface area of the activated carbon varies depending on the capacitance per unit area (F / m 2 ) depending on the carbonaceous species, the decrease in the bulk density accompanying the increase in the specific surface area, etc. is preferably a specific surface area of 500m 2 / g~2500m 2 / g, more preferably 1000m 2 / g~2000m 2 / g.

上記活性炭の製造方法としては、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、又は、それらを熱分解した石炭及び石油系ピッチ、石油コークス、カーボンアエロゲル、メソフェーズカーボン、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、イオン交換樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等の原料を炭化した後、賦活して製造する賦活法を用いることが好ましい。   As the method for producing the activated carbon, plant-based wood, sawdust, coconut husk, pulp waste liquid, fossil fuel-based coal, heavy petroleum oil, or pyrolyzed coal and petroleum-based pitch, petroleum coke, Carbon aerogel, mesophase carbon, tar pitched fiber, synthetic polymer, phenol resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyimide resin, polyamide resin, ion exchange resin, liquid crystal polymer, plastic disposal It is preferable to use an activation method in which a raw material such as a product or a waste tire is carbonized and then activated.

賦活法としては、(1)炭化された原料を高温で水蒸気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化ガス等と接触反応させるガス賦活法、(2)炭化された原料に、塩化亜鉛、リン酸、リン酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム、ホウ酸、硝酸等を均等に含浸させて、不活性ガス雰囲気中で加熱し、薬品の脱水及び酸化反応により活性炭を得る薬品賦活法が挙げられ、いずれを用いてもよい。   The activation method includes (1) a gas activation method in which a carbonized raw material is brought into contact with water vapor, carbon dioxide gas, oxygen, and other oxidizing gas at a high temperature, and (2) the carbonized raw material is mixed with zinc chloride, phosphoric acid, Evenly impregnated with sodium phosphate, calcium chloride, potassium sulfide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium sulfate, potassium sulfate, calcium carbonate, boric acid, nitric acid, etc. in an inert gas atmosphere And a chemical activation method in which activated carbon is obtained by dehydration and oxidation reaction of the chemical, and any of them may be used.

上記賦活法により得られた活性炭に加熱処理を行って、不要な表面官能基を除去したり、炭素の結晶性を発達させて電気伝導性を増加させてもよい。加熱処理は、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性ガス雰囲気下、好ましくは500℃〜2500℃、より好ましくは700℃〜1500℃の温度で行うことが好ましい。活性炭の形状としては、破砕、造粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等が挙げられる。これらの中でも、活性炭の形状は粒状であるのが好ましく、この場合、電極の嵩密度の向上、内部抵抗の低減という点から、活性炭の平均粒子径は30μm以下であるのが好ましい。ここで、平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された体積平均粒子径の値である。また、販売者の公称値を参考にしてもよい。   The activated carbon obtained by the above activation method may be subjected to a heat treatment to remove unnecessary surface functional groups or to develop the crystallinity of carbon to increase electrical conductivity. The heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, or xenon, preferably at a temperature of 500 ° C. to 2500 ° C., more preferably 700 ° C. to 1500 ° C. Examples of the shape of the activated carbon include crushing, granulation, granule, fiber, felt, woven fabric, and sheet shape. Among these, the shape of the activated carbon is preferably granular. In this case, the average particle diameter of the activated carbon is preferably 30 μm or less from the viewpoint of improving the bulk density of the electrode and reducing the internal resistance. Here, the average particle diameter is a value of a volume average particle diameter measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device. The nominal value of the seller may be referred to.

正極活物質としては、活性炭以外の上記比表面積を有する炭素材料を用いてもよく、例えば、カーボンナノチューブやプラズマCVDにより作製したダイヤモンド等を用いてもよい。   As the positive electrode active material, a carbon material having the above specific surface area other than activated carbon may be used. For example, carbon nanotubes or diamond produced by plasma CVD may be used.

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料を用いる。かかる材料としては、熱分解炭素;ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス;グラファイト;ガラス状炭素;フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したものである有機高分子化合物焼成体;炭素繊維;活性炭素等の炭素材料;ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアセン等のポリマー;Li4/3Ti5/3O4、TiS2等のリチウム含有遷移金属酸化物又は遷移金属硫化物;アルカリ金属と合金化するAl、Pb、Sn、Bi、Si等の金属;アルカリ金属を格子間に挿入することのできる、AlSb、Mg2Si、NiSi2等の立方晶系の金属間化合物や、Li3-ffN(G:遷移金属、f:0超0.8未満の実数)等のリチウム窒素化合物等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、炭素材料がより好ましい。As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used. Examples of such materials include pyrolytic carbon; coke such as pitch coke, needle coke, and petroleum coke; graphite; glassy carbon; an organic polymer compound obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. Sintered body; carbon fiber; carbon material such as activated carbon; polymer such as polyacetylene, polypyrrole, polyacene; lithium-containing transition metal oxide or transition metal sulfide such as Li 4 / 3Ti 5 / 3O 4 , TiS 2 ; and alkali metal Al alloying, Pb, Sn, Bi, metals such as Si, the alkali metal can be inserted interstitially, AlSb, Mg 2 Si, intermetallic compounds cubic such NiSi 2 or, Li 3- Lithium nitrogen compounds such as f G f N (G: transition metal, f: real number greater than 0 and less than 0.8) are suitable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. Among these, a carbon material is more preferable.

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウム、ニッケル等の金属ファイバー等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、少量で効果的に導電性が向上させられる点で、アセチレンブラック及びケッチェンブラックがより好ましい。導電剤の配合量としては、活性炭の嵩密度等によっても異なるが、活性炭100質量部に対して、5質量部〜50質量部とするのが好ましく、10質量部〜30質量部であるのがより好ましい。   As the conductive agent, carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, metal fiber such as ruthenium oxide, titanium oxide, aluminum, and nickel are preferable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. Among these, acetylene black and ketjen black are more preferable in that the conductivity can be effectively improved with a small amount. The blending amount of the conductive agent varies depending on the bulk density of the activated carbon, but is preferably 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the activated carbon, and preferably 10 to 30 parts by mass. More preferred.

バインダー物質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。バインダー物質の配合量としては、活性炭の種類や形状等によっても異なるが、活性炭100質量部に対して、0.5質量部〜30質量部とするのが好ましく、2質量部〜30質量部であるのがより好ましい。   As the binder substance, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxymethyl cellulose, fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, and the like are suitable. These can use 1 type (s) or 2 or more types. As a compounding quantity of a binder substance, although it changes with kinds, shapes, etc. of activated carbon, it is preferable to set it as 0.5 mass part-30 mass parts with respect to 100 mass parts of activated carbon, and 2 mass parts-30 mass parts. More preferably.

集電電極は、正極(分極性電極)および負極に蓄えられた電気容量を、外部に取り出すために用いられる。正極集電電極としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などが用いられ、負極集電電極としては、アルミニウム、銅、ニッケル等が用いられる。   The current collecting electrode is used for taking out the electric capacity stored in the positive electrode (polarizable electrode) and the negative electrode to the outside. For example, aluminum or stainless steel is used as the positive electrode current collecting electrode, and aluminum, copper, nickel, or the like is used as the negative electrode current collecting electrode.

上記正極及び負極の成形方法としては、例えば、(1)正極または負極の電極活物質と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質を添加混合した後、それぞれの集電電極上に塗布し、プレス成形する方法、(2)電極活物質とバインダー物質を混合、成型し、集電電極と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法、(3)活性炭とバインダー物質又は活性炭のみを焼結して電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。   As a method for forming the positive electrode and the negative electrode, for example, (1) a binder material is added and mixed into a mixture of an electrode active material of a positive electrode or a negative electrode and acetylene black, which is a conductive agent, and then applied onto each collector electrode. (2) A method of press molding, (2) A method in which an electrode active material and a binder material are mixed and molded, integrated with a collector electrode, and then heat-treated in an inert atmosphere to form a sintered body as an electrode, (3) A method of sintering only activated carbon and a binder substance or activated carbon to form an electrode is suitable. In addition, when using the activated carbon fiber cloth obtained by activating a carbon fiber cloth, you may use as an electrode as it is, without using a binder substance.

なお、上述のようにして作製した負極には、化学的方法あるいは電気化学的方法により、リチウムイオンを吸蔵させるのが好ましい。これにより負極の電位が下がるため、より広い電圧域を使用できるようになり、その結果、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度が向上する。なお、リチウムイオンを吸蔵させる方法としては、従来公知の方法がいずれも採用できるが、例えば、電解液中で、負極とリチウム金属とをセパレータを介して対向させ、定電流充電する方法、電解液中で、負極とリチウム金属とを接触させ、加熱する方法などが挙げられる。   In addition, it is preferable that the negative electrode produced as described above occlude lithium ions by a chemical method or an electrochemical method. This lowers the potential of the negative electrode, so that a wider voltage range can be used. As a result, the energy density of the lithium ion capacitor is improved. As a method for occluding lithium ions, any conventionally known method can be adopted. For example, a method in which a negative electrode and a lithium metal are opposed to each other through a separator in an electrolytic solution, and constant current charging is performed. Among them, a method in which the negative electrode and lithium metal are brought into contact with each other and heated may be mentioned.

本発明のリチウムイオンキャパシタでは、正極と負極との間にセパレータを挟み込む方法、または、保持手段を用いて、各電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、正極と負極との接触や短絡を防ぐことが好ましい。   In the lithium ion capacitor of the present invention, contact between the positive electrode and the negative electrode or a short circuit by a method in which a separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode or a method in which each electrode is opposed to each other with a gap using a holding means. It is preferable to prevent this.

セパレータとしては、使用温度域において上記一般式(1)のイオン性化合物やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタのセパレータとして例示したものが好適である。   As the separator, it is preferable to use a porous thin film that does not cause a chemical reaction with the ionic compound of the above general formula (1) and other electrolytes in the operating temperature range. As the material of the separator, those exemplified as the separator of a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor are suitable.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極と負極と電解液とを有していればよく、また、正極と負極と電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明のリチウムイオンキャパシタの形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。   The lithium ion capacitor of the present invention only needs to have a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and may include a plurality of cells each having the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution as one unit. If it is provided with the said structure, the shape of the lithium ion capacitor of this invention will not be limited, All conventionally well-known shapes, such as a coin type | mold, a winding cylindrical type | mold, a lamination | stacking square type | mold, an aluminum lamination type | mold, are employable.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、セパレータを介して対向する正極と負極と、これらの電極間を満たす電解液を基本構成要素として構成されている。本発明のリチウムイオンキャパシタにおいては、イオンの物理的な吸・脱着により正極と電解液との界面に生成する電気二重層に電荷が蓄えられ、一方、負極では、負極活物質にリチウムイオンが吸蔵されることにより電荷が蓄えられる。そして、蓄えられた電荷が集電電極を介して、電気エネルギーとして取り出されると、正極に付着したイオンは電極から離れ、負極活物質に吸蔵されたリチウムイオンも放出される。   The lithium ion capacitor of the present invention is composed of a positive electrode and a negative electrode that face each other with a separator interposed therebetween, and an electrolyte solution that fills between these electrodes as a basic component. In the lithium ion capacitor of the present invention, charges are stored in the electric double layer generated at the interface between the positive electrode and the electrolyte by physical adsorption / desorption of ions, while in the negative electrode, lithium ions are occluded in the negative electrode active material. As a result, electric charge is stored. And when the stored electric charge is taken out as electric energy through the current collecting electrode, ions attached to the positive electrode are separated from the electrode, and lithium ions occluded in the negative electrode active material are also released.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. It is also possible to carry out and they are all included in the technical scope of the present invention.

[NMR測定]
Varian社製「Unity Plus」(400MHz)を用いて、1H−NMRおよび13C−NMRスペクトルを測定し、プロトンおよびカーボンのピーク強度に基づいて試料の構造を分析した。11B−NMRスペクトルの測定には、Bruker社製「Advance 400M」(400MHz)を使用した。
[NMR measurement]
Using a “Unity Plus” (400 MHz) manufactured by Varian, 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra were measured, and the structure of the sample was analyzed based on the peak intensity of protons and carbon. For the measurement of 11 B-NMR spectrum, “Advance 400M” (400 MHz) manufactured by Bruker was used.

[イオン伝導度の測定]
下記製造例で得られたイオン性化合物をγ−ブチロラクトン(GBL)又はプロピレンカーボネート(PC)に溶解させ、濃度35質量%のイオン性化合物溶液を調製した。
[Measurement of ion conductivity]
The ionic compound obtained in the following production example was dissolved in γ-butyrolactone (GBL) or propylene carbonate (PC) to prepare an ionic compound solution having a concentration of 35% by mass.

インピーダンスアナライザー(ソーラトロン社製「SI1260」)を用い、SUS電極を使用して、25℃の温度条件下、複素インピーダンス法により、イオン性化合物溶液のイオン電導度の測定を行った。   Using an impedance analyzer ("SI1260" manufactured by Solartron Co., Ltd.) and using a SUS electrode, the ionic conductivity of the ionic compound solution was measured by a complex impedance method under a temperature condition of 25 ° C.

[熱分解開始温度の測定]
下記製造例で得られたイオン性化合物10mgをアルミパンに入れ、5℃/minで昇温し、初期質量から2%減少したときの温度を示差熱熱重量同時測定装置(セイコーインスツルメンツ社製「EXSTAR6000 TG/DTA」)を用いて測定した。
[Measurement of thermal decomposition start temperature]
10 mg of the ionic compound obtained in the following production example was put in an aluminum pan, heated at 5 ° C./min, and the temperature when it was reduced by 2% from the initial mass was measured by a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (manufactured by Seiko Instruments Inc. “ EXSTAR6000 TG / DTA ”).

製造例1 イオン性化合物1の合成
攪拌装置、還流管および抜き出し装置、滴下ロートを備えた容量1Lのナスフラスコに、予め加熱乾燥しておいたトリエチルメチルアンモニウムクロリド(Et3MeNCl)30.3g(200mmol)を加えた。容器内を窒素置換した後、トリメチルシリルシアニド(TMSCN)109.0g(1100mmol)を室温で加え、攪拌し、混合した。次いで、滴下ロートから三塩化ホウ素の1mol/L p−キシレン溶液200mL(200mmol)をゆっくり滴下した。滴下終了後、反応容器を150℃まで加熱し、副生するトリメチルシリルクロリド(TMSCl、沸点:約57℃)を還流抜き出し部から抜き出しながら反応を行った。
Production Example 1 Synthesis of Ionic Compound 1 30.3 g of triethylmethylammonium chloride (Et 3 MeNCl) previously heated and dried in a 1 L eggplant flask equipped with a stirrer, a reflux tube and a drawing device, and a dropping funnel 200 mmol) was added. After replacing the inside of the container with nitrogen, 109.0 g (1100 mmol) of trimethylsilylcyanide (TMSCN) was added at room temperature, and the mixture was stirred and mixed. Next, 200 mL (200 mmol) of a 1 mol / L p-xylene solution of boron trichloride was slowly dropped from the dropping funnel. After completion of the dropping, the reaction vessel was heated to 150 ° C., and the reaction was performed while extracting trimethylsilyl chloride (TMSCl, boiling point: about 57 ° C.) as a by-product from the reflux extraction portion.

30時間加熱攪拌した後、ダイアフラムポンプで反応容器内を減圧し、還流抜き出し部からTMSCNのp−キシレン溶液を留去した。その後、攪拌装置を備えた500mLのビーカーに、粗生成物45gと酢酸エチル225gを入れ、5分間攪拌して溶解させた後、ここに、活性炭135g(日本エンバイロケミカル社製のカルボラフィン(登録商標))を加え、10分間攪拌した。得られた活性炭懸濁液をメンブレンフィルター(0.2μm、PTFE製)でろ過し、溶媒を留去し、得られた白黄色固体を、80℃で3日間減圧乾燥して、目的物であるトリエチルメチルアンモニウムテトラシアノボレート(TEMATCB、淡黄色固体)を得た(収量:37.9g(164mmol)、収率:82%、融点:115℃)。   After stirring with heating for 30 hours, the inside of the reaction vessel was depressurized with a diaphragm pump, and the p-xylene solution of TMSCN was distilled off from the reflux outlet. Thereafter, 45 g of the crude product and 225 g of ethyl acetate were placed in a 500 mL beaker equipped with a stirrer, and dissolved by stirring for 5 minutes, and then 135 g of activated carbon (Carlabafine (registered trademark) manufactured by Nippon Enviro Chemical Co., Ltd.). )) Was added and stirred for 10 minutes. The obtained activated carbon suspension is filtered through a membrane filter (0.2 μm, made of PTFE), the solvent is distilled off, and the resulting white yellow solid is dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 days to be the target product. Triethylmethylammonium tetracyanoborate (TEMATCB, pale yellow solid) was obtained (yield: 37.9 g (164 mmol), yield: 82%, melting point: 115 ° C.).

上記測定方法によって得られたトリエチルメチルアンモニウムテトラシアノボレートの各種物性を測定した。結果は以下の通りである。
イオン伝導度(25℃):0.018S/cm
熱分解開始温度:280℃
1H-NMR(d6−DMSO)δ 3.23(q,J=6.8Hz,6H),2.86(s,3H),1.18(t,J=6.8Hz,9H)
13C-NMR(d6−DMSO)δ 112.5(m),55.2(s),46.2(s),7.7(s)
11B-NMR(d6−DMSO)δ -39.6(s)
Various physical properties of triethylmethylammonium tetracyanoborate obtained by the above measuring method were measured. The results are as follows.
Ionic conductivity (25 ° C.): 0.018 S / cm
Thermal decomposition start temperature: 280 ° C
1 H-NMR (d6-DMSO) δ 3.23 (q, J = 6.8 Hz, 6H), 2.86 (s, 3H), 1.18 (t, J = 6.8 Hz, 9H)
13 C-NMR (d6-DMSO) δ 112.5 (m), 55.2 (s), 46.2 (s), 7.7 (s)
11 B-NMR (d6-DMSO) δ-39.6 (s)

製造例2 イオン性化合物2(1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート)の合成
攪拌装置、滴下漏斗、および、還流管を備えた容量50mlのフラスコ内を窒素置換し、窒素雰囲気下室温で、ここに、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.0g(15.8mmol)、シアン化亜鉛(II)9.26g(78.9mmol)、トルエン10ml、三臭化ホウ素2.8g(11.2mmol)を加えた後、130℃のオイルバスで内容物を加熱しながら2日間攪拌した。2日後、フラスコ内のトルエンを減圧留去し、黒色固体を得た。得られた固体を乳鉢で粉砕した後、攪拌装置を備えたビーカーに入れ、ここにクロロホルム200mlを2回加えて、生成物をクロロホルム層に抽出した。次いで、得られたクロロホルム溶液を分液ロートに移し、200mlの水で洗浄した後、有機層を分離し、エバポレーターで濃縮し、油状の粗生成物を得た。これを、中性アルミナを充填剤とするカラムクロマトグラフィー(展開溶媒、ジエチルエーテルとクロロホルムの混合溶液)で精製し、生成物の含まれる留分を分取し、溶媒を留去し、乾固させて、生成物である1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EMIMTCB)を得た(黄色油状物、収量:1.0g(4.4mmol)、収率:38%、融点:15℃)。
1H-NMR(d6−DMSO)δ 8.41(s,1H),7.34(d,J=21.6Hz,2H),3.81(s,3H),1.45(t,J=7.2Hz,3H)
13C-NMR(d6−DMSO)δ 136.5(s),132.2(m),122.9(s),45.8(s),36.8(s),15.4(s)
11B-NMR(d6−DMSO)δ -39.6(s)
Production Example 2 Synthesis of Ionic Compound 2 (1-Ethyl-3-methylimidazolium Tetracyanoborate) The inside of a 50-ml flask equipped with a stirrer, a dropping funnel and a reflux tube was purged with nitrogen, and the room temperature was maintained under a nitrogen atmosphere. Here, 3.0 g (15.8 mmol) of 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 9.26 g (78.9 mmol) of zinc (II) cyanide, 10 ml of toluene, 2.8 g of boron tribromide ( 11.2 mmol), and the contents were stirred for 2 days while heating the contents in a 130 ° C. oil bath. Two days later, toluene in the flask was distilled off under reduced pressure to obtain a black solid. The obtained solid was pulverized in a mortar and then placed in a beaker equipped with a stirrer, and 200 ml of chloroform was added thereto twice to extract the product into a chloroform layer. Subsequently, the obtained chloroform solution was transferred to a separatory funnel and washed with 200 ml of water, and then the organic layer was separated and concentrated by an evaporator to obtain an oily crude product. This was purified by column chromatography (developing solvent, mixed solution of diethyl ether and chloroform) using neutral alumina as a filler, fractions containing the product were separated, the solvent was distilled off, To give 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate (EMIMTCB) as a product (yellow oil, yield: 1.0 g (4.4 mmol), yield: 38%, melting point: 15 ° C).
1 H-NMR (d6-DMSO) δ 8.41 (s, 1H), 7.34 (d, J = 21.6Hz, 2H), 3.81 (s, 3H), 1.45 (t, J = 7.2Hz, 3H)
13 C-NMR (d6-DMSO) δ 136.5 (s), 132.2 (m), 122.9 (s), 45.8 (s), 36.8 (s), 15.4 (s)
11 B-NMR (d6-DMSO) δ-39.6 (s)

製造例3 イオン性化合物3(リチウムテトラシアノボレート)の合成
攪拌装置、還流管および抜き出し装置、滴下ロートを備えた容量1Lのナスフラスコに、予め加熱乾燥しておいたトリブチルアンモニウムクロリド44.4g(200mmol)を加えた。容器内を窒素置換した後、トリメチルシリルシアニド(TMSCN)109.0g(1100mmol)を室温で加え、攪拌し、混合した。次いで、滴下ロートから三塩化ホウ素の1mol/L p−キシレン溶液200mL(200mmol)をゆっくり滴下した。滴下終了後、反応容器を150℃まで加熱し、副生するトリメチルシリルクロリド(TMSCl、沸点:約57℃)を還流抜き出し部から抜き出しながら反応を行った。
Production Example 3 Synthesis of Ionic Compound 3 (Lithium Tetracyanoborate) 44.4 g of tributylammonium chloride previously heated and dried in a 1 L eggplant flask equipped with a stirrer, a reflux tube and a withdrawal device, and a dropping funnel ( 200 mmol) was added. After replacing the inside of the container with nitrogen, 109.0 g (1100 mmol) of trimethylsilylcyanide (TMSCN) was added at room temperature, and the mixture was stirred and mixed. Next, 200 mL (200 mmol) of a 1 mol / L p-xylene solution of boron trichloride was slowly dropped from the dropping funnel. After completion of the dropping, the reaction vessel was heated to 150 ° C., and the reaction was performed while extracting trimethylsilyl chloride (TMSCl, boiling point: about 57 ° C.) as a by-product from the reflux extraction portion.

30時間加熱攪拌した後、ダイアフラムポンプで反応容器内を減圧し、還流抜き出し部からTMSCNのp−キシレン溶液を留去した。その後、攪拌装置を備えた500mLのビーカーに、粗生成物45gと酢酸エチル225gを入れ、5分間攪拌して溶解させた後、ここに、活性炭135g(日本エンバイロケミカル社製のカルボラフィン(登録商標))を加え、10分間攪拌した。得られた活性炭懸濁液をメンブレンフィルター(0.2μm、PTFE製)でろ過し、溶媒を留去し、乾燥して、目的物であるトリブチルアンモニウムテトラシアノボレート(黄色固体)を得た(収量:48.2g(160mmol)、収率:80%)。   After stirring with heating for 30 hours, the inside of the reaction vessel was depressurized with a diaphragm pump, and the p-xylene solution of TMSCN was distilled off from the reflux outlet. Thereafter, 45 g of the crude product and 225 g of ethyl acetate were placed in a 500 mL beaker equipped with a stirrer, and dissolved by stirring for 5 minutes, and then 135 g of activated carbon (Carlabafine (registered trademark) manufactured by Nippon Enviro Chemical Co., Ltd.). )) Was added and stirred for 10 minutes. The obtained activated carbon suspension was filtered through a membrane filter (0.2 μm, PTFE), the solvent was distilled off, and the residue was dried to obtain the target product, tributylammonium tetracyanoborate (yellow solid) (yield) : 48.2 g (160 mmol), yield: 80%).

上記測定方法によって、得られたトリブチルアンモニウムテトラシアノボレートの各種物性を測定した。結果は以下の通りである。
1H-NMR(d6−DMSO)δ 2.98(m,6H),1.4〜1.8(m,6H),1.2〜1.3(m,6H),0.94(m,9H)
13C-NMR(d6−DMSO)δ 121.9(m),52.7(s),26.2(s),20.3(s),14.4(s)
11B-NMR(d6−DMSO)δ -39.6(s)
Various physical properties of the obtained tributylammonium tetracyanoborate were measured by the above measuring method. The results are as follows.
1 H-NMR (d6-DMSO) δ 2.98 (m, 6H), 1.4 to 1.8 (m, 6H), 1.2 to 1.3 (m, 6H), 0.94 (m, 9H)
13 C-NMR (d6-DMSO) δ 121.9 (m), 52.7 (s), 26.2 (s), 20.3 (s), 14.4 (s)
11 B-NMR (d6-DMSO) δ-39.6 (s)

次いで、攪拌装置を備えた容量500mlのビーカーに、得られたトリブチルアンモニウムテトラシアノボレート48.2g(160mmol)、酢酸ブチル200g、水酸化リチウム1水和物4.6g(192mmol)および超純水200gを加え、1時間攪拌した。その後、混合液を分液ロートに移し、静置すると、混合液は2層に分離した。この内、下層(水層)を分離、濃縮して得られた淡黄色固体をアセトニトリル200gと混合し、攪拌した。その後、得られた溶液をメンブレンフィルター(0.2μm、PTFE製)でろ過し、溶媒を留去することで、目的物であるリチウムテトラシアノボレート(LiTCB、白色固体)を得た(収量:13.6g(112mmol)、収率:70%)。なお、得られた白色固体は、150℃で3日間減圧乾燥した。
7Li-NMR(d6−DMSO)δ 0.02(s)
13C-NMR(d6−DMSO)δ 121.9(m)
11B-NMR(d6−DMSO)δ -39.6(s)
Subsequently, 48.2 g (160 mmol) of the obtained tributylammonium tetracyanoborate, 200 g of butyl acetate, 4.6 g (192 mmol) of lithium hydroxide monohydrate, and 200 g of ultrapure water were added to a 500 ml beaker equipped with a stirrer. Was added and stirred for 1 hour. Thereafter, the mixed solution was transferred to a separatory funnel and allowed to stand to separate into two layers. Among these, the pale yellow solid obtained by separating and concentrating the lower layer (aqueous layer) was mixed with 200 g of acetonitrile and stirred. Thereafter, the obtained solution was filtered through a membrane filter (0.2 μm, made of PTFE), and the solvent was distilled off to obtain lithium tetracyanoborate (LiTCB, white solid) as a target product (yield: 13). .6 g (112 mmol), yield: 70%). The obtained white solid was dried under reduced pressure at 150 ° C. for 3 days.
7 Li-NMR (d6-DMSO) δ 0.02 (s)
13 C-NMR (d6-DMSO) δ 121.9 (m)
11 B-NMR (d6-DMSO) δ-39.6 (s)

実験例1 イオン伝導度の測定
実験例1−1
製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)をプロピレンカーボネート(PC)に溶解させて、表1に示す濃度の電解液を調製し、−20℃、0℃、25℃におけるイオン伝導度の測定を行った。
Experimental Example 1 Measurement of Ionic Conductivity Experimental Example 1-1
The ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1 is dissolved in propylene carbonate (PC) to prepare an electrolytic solution having the concentration shown in Table 1, and the ionic conductivity at −20 ° C., 0 ° C., and 25 ° C. Was measured.

イオン伝導度の測定は、濃度の異なる6種類の測定用試料溶液を用いたこと以外は上述の方法に従って行った。結果を表1並びに図1に示す。
Ion conductivity was measured according to the method described above except that six types of measurement sample solutions having different concentrations were used. The results are shown in Table 1 and FIG.

図1より、いずれの温度においても、イオン性化合物濃度の上昇と共にイオン伝導度も高まるが、約50質量%の濃度で最大のイオン伝導度を示した後は、濃度の増加にしたがって徐々にイオン伝導度は低下する傾向にあることがわかる。このように高濃度側でイオン伝導度が低下するのは、イオン性化合物濃度の増加による電解液粘度の上昇、電解液中に解離状態で存在するイオン性化合物量の減少、あるいは、イオン性化合物の析出により、電解液中でキャリアとなり得るイオン数が減少したためと考えられる。   As can be seen from FIG. 1, the ionic conductivity increases as the concentration of the ionic compound increases at any temperature, but after showing the maximum ionic conductivity at a concentration of about 50% by mass, the ions gradually increase as the concentration increases. It can be seen that the conductivity tends to decrease. As described above, the ionic conductivity decreases on the high concentration side because the increase in the ionic compound concentration increases the electrolyte viscosity, the decrease in the amount of the ionic compound present in the dissociated state in the electrolyte, or the ionic compound This is thought to be because the number of ions that can be carriers in the electrolyte decreased due to the deposition of.

実験例1−2
製造例2で得られたイオン性化合物2(EMIMTCB)をプロピレンカーボネート(PC)に溶解させて、表2に示す濃度の電解液を調製し、実験例1−1と同様にして、25℃におけるイオン伝導度の測定を行った。なお、濃度100質量%とは、イオン性化合物2のみで電解液を調整し(溶媒なし)、イオン伝導度の測定を行ったことを意味する。結果を表2、図2に示す。
Experimental Example 1-2
The ionic compound 2 (EMIMTCB) obtained in Production Example 2 was dissolved in propylene carbonate (PC) to prepare an electrolytic solution having a concentration shown in Table 2, and the temperature was measured at 25 ° C. in the same manner as in Experimental Example 1-1. Ionic conductivity was measured. The concentration of 100% by mass means that the electrolyte was adjusted with only the ionic compound 2 (no solvent) and the ionic conductivity was measured. The results are shown in Table 2 and FIG.

表2より、実験例1−1と同様、イオン伝導度は、イオン性化合物濃度の増加にしたがって低下する傾向があり、50質量%以下の濃度で、良好なイオン伝導性能を示すことがわかる。   From Table 2, it can be seen that, as in Experimental Example 1-1, the ionic conductivity tends to decrease as the concentration of the ionic compound increases, and good ionic conductivity is exhibited at a concentration of 50% by mass or less.

実験例2 耐電圧範囲 LSV測定(リニアースィープボルタンメトリー)
実験例2−1
製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を用いて耐電圧範囲の測定を行った。
Experimental example 2 Withstand voltage range LSV measurement (linear sweep voltammetry)
Experimental Example 2-1
Using the ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1, the withstand voltage range was measured.

耐電圧範囲の測定は、グローブボックス中30℃雰囲気下、3極式電気化学セルと、スタンダードボルタンメトリツール(「HSV−100」、北斗電工社製)を使用してLSV測定を行い、電流値が0.03mAとなったときの電位を酸化分解電位とした。結果を図3に示す。なお、測定条件は下記の通りである。   The withstand voltage range is measured in a glove box at 30 ° C using a tripolar electrochemical cell and a standard voltammetry tool (“HSV-100”, manufactured by Hokuto Denko). The potential when the value reached 0.03 mA was defined as the oxidative decomposition potential. The results are shown in FIG. The measurement conditions are as follows.

(測定条件)
作用極:グラッシーカーボン電極(BAS社製、品番:11−2411、電極表面積1mmφ(0.785mm2))
参照極:Ag電極(参照液:硝酸銀および過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液(硝酸銀濃度0.01M、過塩素酸テトラブチルアンモニウム濃度0.1M))
対極:白金電極
塩橋:0.1M過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液
イオン性化合物濃度:1mol/L(24質量%)
溶媒:プロピレンカーボネート
掃引速度:100mV/s
掃引範囲:自然電位〜±5V(vs.Ag/Ag+)
(Measurement condition)
Working electrode: Glassy carbon electrode (manufactured by BAS, product number: 11-2411, electrode surface area 1 mmφ (0.785 mm 2 ))
Reference electrode: Ag electrode (Reference solution: acetonitrile solution of silver nitrate and tetrabutylammonium perchlorate (silver nitrate concentration 0.01M, tetrabutylammonium perchlorate concentration 0.1M))
Counter electrode: platinum electrode Salt bridge: 0.1 M acetonitrile solution of tetrabutylammonium perchlorate Ionic compound concentration: 1 mol / L (24% by mass)
Solvent: Propylene carbonate Sweep speed: 100 mV / s
Sweep range: natural potential to ± 5 V (vs. Ag / Ag +)

実験例2−2
製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を、酢酸ブチルを溶媒とする再結晶法で精製したものを試料としたこと、スタンダードボルタンメトリツール(「HZ−3000」、北斗電工社製)を使用したこと、電圧を−5Vから10V(Ag/Ag+基準)まで掃印したこと以外は、実験例2−1と同様の条件でLSV測定を行った。このとき得られた結果を実験例2−1のLSV測定結果と合わせて図4に示す。
Experimental Example 2-2
A sample obtained by purifying the ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1 by a recrystallization method using butyl acetate as a solvent, a standard voltammetric tool (“HZ-3000”, Hokuto Denko Co., Ltd.) LSV measurement was performed under the same conditions as in Experimental Example 2-1, except that the voltage was swept from -5V to 10V (Ag / Ag + reference). The results obtained at this time are shown in FIG. 4 together with the LSV measurement results of Experimental Example 2-1.

(再結晶方法)
TEMATCB10gに対して、酢酸ブチルを10g加え、この溶液を80℃、1時間攪拌した。得られた溶液を−15℃で2時間静置し、析出した白色固体をろ別することでTEMATCBを精製した(再結晶精製品、収量:4.0g、収率40%)。
図4より、実験例2−2(再結晶精製品)では、実験例2−1と比較して、電圧掃引時のピーク電流値が小さいことがわかる(実験例2−1:0.011mA、実験例2−2:0.005mA)。これは、再結晶精製により不純物が低減したためであると考えられる。この結果から、再結晶を行うことでより高性能な電解液が得られることが分かった。
(Recrystallization method)
10 g of butyl acetate was added to 10 g of TEMATCB, and this solution was stirred at 80 ° C. for 1 hour. The resulting solution was allowed to stand at −15 ° C. for 2 hours, and the precipitated white solid was filtered off to purify TEMATCB (recrystallized purified product, yield: 4.0 g, yield 40%).
FIG. 4 shows that the peak current value during the voltage sweep is smaller in Experimental Example 2-2 (recrystallized purified product) than in Experimental Example 2-1 (Experimental Example 2-1: 0.011 mA, Experimental Example 2-2: 0.005 mA). This is considered to be because impurities were reduced by recrystallization purification. From this result, it was found that a higher performance electrolyte can be obtained by performing recrystallization.

実験例2−3、2−4
製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を用いて、下記手順に従って電気分解法による精製を行い、電気分解法による精製の前後の試料についてLSV測定を行った。結果を図5に併せて示す(電気分解法による精製後の試料:実験例2−3、電気分解法による精製前の試料:実験例2−4)。
Experimental Example 2-3, 2-4
Using the ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1, purification by electrolysis was performed according to the following procedure, and LSV measurement was performed on samples before and after purification by electrolysis. The results are also shown in FIG. 5 (sample after purification by electrolysis method: Experimental Example 2-3, sample before purification by electrolysis method: Experimental Example 2-4).

(電気分解法)
TEMATCBの25質量%プロピレンカーボネート溶液を使用し、スタンダードボルタンメトリツール(「HZ−3000」、北斗電工製)を用い、作用極:グラッシーカーボン(BAS社製、品番:11−2411、電極表面積:1mmφ(0.785mm2)、参照極:Ag電極(参照液:硝酸銀および過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液(硝酸銀濃度0.01M、過塩素酸テトラブチルアンモニウム濃度0.1M))、対極:白金電極、塩橋:0.1M過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液を用い、100mV/secで0Vから5Vまで(vs.Ag/Ag+)掃引した。
(Electrolysis method)
Using a 25 mass% propylene carbonate solution of TEMATCB, using a standard voltammetric tool (“HZ-3000”, manufactured by Hokuto Denko), working electrode: glassy carbon (manufactured by BAS, product number: 11-2411, electrode surface area: 1 mmφ (0.785 mm 2 ), reference electrode: Ag electrode (reference solution: silver nitrate and acetonitrile solution of tetrabutylammonium perchlorate (silver nitrate concentration 0.01 M, tetrabutylammonium perchlorate concentration 0.1 M)), counter electrode: Platinum electrode, salt bridge: A 0.1 M tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution was used and swept from 0 V to 5 V (vs. Ag / Ag +) at 100 mV / sec.

図5より、電気分解精製を行うことで、電気分解精製前の試料(実験例2−4)において1〜2.5V(vs.Ag/Ag+)付近に見られていたピーク電流が大きく低減し、0.004mAを下回ることがわかった(実験例2−3)。この結果から、本発明の電解液を、電気分解精製工程に供することで、より高性能な電解液が得られることが分かった。   As shown in FIG. 5, by performing the electrolysis purification, the peak current seen in the vicinity of 1 to 2.5 V (vs. Ag / Ag +) in the sample before the electrolysis purification (Experimental Example 2-4) is greatly reduced. It was found to be less than 0.004 mA (Experimental Example 2-3). From this result, it was found that a higher performance electrolyte can be obtained by subjecting the electrolyte of the present invention to an electrolysis purification process.

実験例2−5
スタンダードボルタンメトリツール(「HZ−3000」、北斗電工社製)を使用したこと、電圧を−5Vから10V(Ag/Ag+基準)まで掃印したこと以外は、実験例2−1と同様の条件でLSV測定を行った。結果を図6に示す。
Experimental Example 2-5
Except for using a standard voltammetry tool (“HZ-3000”, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) and sweeping the voltage from −5 V to 10 V (Ag / Ag + reference), the same as in Experimental Example 2-1. LSV measurement was performed under conditions. The results are shown in FIG.

図6より、実験例2−5では10Vまで電圧を上げて測定を行ったが、0.03mAを超える電流は観測されなかった。これをリチウム電極基準に換算すると約13.8V(vsLi/Li+)となり、当該電解液を備える本発明の電気二重層キャパシタは、約14V程度の高い電圧範囲で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、従来の電気二重層キャパシタに比べて、高いエネルギー密度を有するものと考えられる。From FIG. 6, in Experiment 2-5, the voltage was increased to 10 V and the measurement was performed, but no current exceeding 0.03 mA was observed. When this is converted to a lithium electrode standard, it becomes about 13.8 V (vsLi / Li + ), and even if the electric double layer capacitor of the present invention provided with the electrolytic solution is operated in a high voltage range of about 14 V, the electrolytic solution and the electrode Therefore, it is considered that the energy density is higher than that of the conventional electric double layer capacitor.

実験例2−6
イオン性化合物として、市販のトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMABF4、キシダ化学製)を用いたこと以外は、実験例2−1と同様にしてLSV測定を行った(電解液:1.0MのTEMABF4 プロピレンカーボネート溶液、TEMABF4濃度:25質量%)。結果を図7に示す。
Experimental Example 2-6
LSV measurement was performed in the same manner as in Experimental Example 2-1 except that commercially available triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 , manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as the ionic compound (electrolytic solution: 1.0 M TEMABF 4 propylene carbonate solution, TEMABF 4 concentration: 25% by mass). The results are shown in FIG.

図3より、実験例2−1(TEMATCB)では、5V付近でも電流は観測されておらず、さらに、5Vを超える電圧範囲でも電流は観測されなかった。これをリチウム電極基準に換算すると約8.8V(vs.Li/Li)となり、当該電解液を備える本発明の電気二重層キャパシタは、約9V程度(vs.Li/Li)の高い電圧範囲で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、従来の電気二重層キャパシタに比べて、高いエネルギー密度を有するものと考えられる。From FIG. 3, in Experimental Example 2-1 (TEMATCB), no current was observed even in the vicinity of 5 V, and no current was observed even in a voltage range exceeding 5 V. This is about 8.8 V (vs. Li / Li + ) when converted to a lithium electrode standard, and the electric double layer capacitor of the present invention provided with the electrolytic solution has a high voltage of about 9 V (vs. Li / Li + ). Even when operated in the range, the electrolyte and the electrode are unlikely to deteriorate, so it is considered to have a higher energy density than the conventional electric double layer capacitor.

これに対して、実験例2−6では(図7、TEMABF4)、2.41V(vs.Ag/Ag)において0.03mAの電流値が観測されており、この時点で酸化分解電位に到達したことが確認できる。これをリチウム電極基準で換算すると約6.2Vとなる。したがって、実験例2−6の電解液を備える電気二重層キャパシタでは、6.2V以上の電圧範囲では電解液の分解が生じるため、高電圧範囲では稼動させ難いものであることがわかる。これらの結果より、TEMABF4を電解質として含む従来の電気二重層キャパシタに比べて、本発明の電気二重層キャパシタは高い電圧域で安定に作動し得ることがわかる。On the other hand, in Experimental Example 2-6 (FIG. 7, TEMABF 4 ), a current value of 0.03 mA was observed at 2.41 V (vs. Ag / Ag + ). It can be confirmed that it has been reached. When this is converted on the basis of a lithium electrode, it is about 6.2V. Therefore, it can be seen that the electric double layer capacitor including the electrolytic solution of Experimental Example 2-6 is difficult to operate in the high voltage range because the electrolytic solution is decomposed in the voltage range of 6.2 V or higher. From these results, it can be seen that the electric double layer capacitor of the present invention can operate stably in a high voltage range as compared with the conventional electric double layer capacitor containing TEMABF 4 as an electrolyte.

なお、実用的には、実験例2−6の電解液を備えた電気二重層キャパシタは、長期間の安定性や安全性を考慮して、満充電時の正極電位が4.2V程度(リチウム基準)となる範囲で使用することが推奨されている。実験例2−6における分解開始電位が6.2V(リチウム基準)であるという実験結果を考慮すると、上記測定値から2.0V程度低い電位が、安全性を考慮した実用的な満充電時の正極電位となる。   Practically, the electric double layer capacitor provided with the electrolyte solution of Experimental Example 2-6 has a positive electrode potential of about 4.2 V at full charge in consideration of long-term stability and safety (lithium It is recommended that it be used within the range of the standard). Considering the experimental result that the decomposition start potential in Experimental Example 2-6 is 6.2 V (lithium reference), a potential lower by about 2.0 V from the above measured value is a practical full charge in consideration of safety. It becomes the positive electrode potential.

これに対して、実験例2−1の結果より、リチウム電極換算で8.8Vまでは分解が生じておらず安定であることから、実験例2−1の場合には、満充電時の正極電位は6.8V程度(リチウム基準)でも安全に使用できると考えられる。   On the other hand, from the result of Experimental Example 2-1, since it is stable without decomposition up to 8.8 V in terms of lithium electrode, in the case of Experimental Example 2-1, the positive electrode at full charge Even if the potential is about 6.8 V (lithium standard), it can be safely used.

実験例3 サイクリックボルタンメトリー
電気二重層キャパシタのフルセル評価及びリチウムイオンキャパシタのハーフセル評価としてサイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。
Experimental Example 3 Cyclic Voltammetry Cyclic voltammetry (CV) measurement was performed as a full cell evaluation of an electric double layer capacitor and a half cell evaluation of a lithium ion capacitor.

なお、本実験例では、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタでの基礎性能を評価するため、これらのデバイスで用いられる電極と同等の電極、セパレータを用いて実験を行った。したがって、本実験結果からは、電気二重層キャパシタにおける充放電特性、および、リチウムイオンキャパシタのハーフセル条件における充放電特性を評価することができる。   In this experimental example, in order to evaluate the basic performance of an electric double layer capacitor and a lithium ion capacitor, an experiment was performed using an electrode and a separator equivalent to those used in these devices. Therefore, from this experimental result, the charge / discharge characteristics in the electric double layer capacitor and the charge / discharge characteristics in the half cell condition of the lithium ion capacitor can be evaluated.

実験例3−1
上記製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を用いて、サイクリックボルタンメトリーを行った。
Experimental example 3-1
Cyclic voltammetry was performed using the ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1.

サイクリックボルタンメトリーは、25℃雰囲気下、3極セルを電極として電気化学計測装置(「HZ−3000」、北斗電工社製)を用いて行った。なお、3極セルにおける作用極および対極には活性炭素繊維布(比表面積2000m2/g、クラレケミカル株式会社製)を用いたACF電極を使用し、参照極にはAg電極を使用した。また、セパレータには、東洋濾紙株式会社製の濾紙「A−2」を100℃1時間乾燥させたものを使用した。Cyclic voltammetry was performed using an electrochemical measurement device (“HZ-3000”, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) using a triode cell as an electrode in an atmosphere at 25 ° C. Note that an ACF electrode using activated carbon fiber cloth (specific surface area 2000 m 2 / g, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) was used for the working electrode and the counter electrode in the triode cell, and an Ag electrode was used for the reference electrode. The separator used was a filter paper “A-2” manufactured by Toyo Filter Paper Co., Ltd., which was dried at 100 ° C. for 1 hour.

測定は、電解液として、1.0MのTEMATCBプロピレンカーボネート溶液(TEMATCB濃度:25質量%)を用い、掃引速度5mV/sとし、−1.0V〜2.5V(vs. Ag/Ag)間で行った。結果を図8に示す。なお、CV測定の結果から算出される比容量(Specific capacitance)は81.6[Fg-1]であった。したがって、上記電極および電解液を備えた電気二重層キャパシタは81.6[Fg-1]の比容量を有するものになると考えられる。The measurement uses 1.0 M TEMATCB propylene carbonate solution (TEMATCB concentration: 25% by mass) as the electrolytic solution, the sweep rate is 5 mV / s, and between -1.0 V and 2.5 V (vs. Ag / Ag + ). I went there. The results are shown in FIG. The specific capacitance calculated from the result of CV measurement was 81.6 [Fg −1 ]. Therefore, it is considered that the electric double layer capacitor including the electrode and the electrolytic solution has a specific capacity of 81.6 [Fg −1 ].

実験例3−2
イオン性化合物として、市販のトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMABF4、キシダ化学製)を用いたこと以外は、実験例3−1と同様にして、サイクリックボルタンメトリーを行った(1.0MのTEMABF4 プロピレンカーボネート溶液、TEMABF4濃度:25質量%)。結果を図9に示す。
Experimental Example 3-2
Cyclic voltammetry was performed in the same manner as in Experimental Example 3-1, except that commercially available triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 , manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as the ionic compound (1.0 M TEMABF 4 propylene carbonate solution, TEMABF 4 concentration: 25% by mass). The results are shown in FIG.

図8より、本発明に係るイオン性化合物を含む実験例3−1では、10サイクル目でも5サイクル目と同様のヒステリシスを示している。このことから、本発明の電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタは、2.5V(リチウム基準では約6.3V)という高電圧域においても、電解液の分解や電極の劣化を生じることなく、安定に充放電を繰返せることが分かる。   From FIG. 8, in Experimental Example 3-1, which includes the ionic compound according to the present invention, the 10th cycle shows the same hysteresis as the 5th cycle. Therefore, the electric double layer capacitor and the lithium ion capacitor of the present invention are stable without causing decomposition of the electrolyte or deterioration of the electrode even in a high voltage range of 2.5 V (about 6.3 V on the lithium standard). It can be seen that charging and discharging can be repeated.

これに対して、図9(実験例3−2)では、1サイクル目のヒステリシスと2サイクル目以降のヒステリシスは全く異なっている。これは、電解液、特に電解質として用いたTEMABF4が高電圧域において酸化分解したためと考えられる。このように、図9のサイクリクックボルタモグラムには分解生成物に由来すると考えられるノイズが見られたため、実験例3−2では、比容量を算出することはできなかった。On the other hand, in FIG. 9 (Experimental example 3-2), the hysteresis in the first cycle and the hysteresis after the second cycle are completely different. This is probably because the electrolyte solution, particularly TEMABF 4 used as the electrolyte, was oxidatively decomposed in a high voltage range. As described above, since the noise considered to be derived from the decomposition product was seen in the cyclic voltammogram of FIG. 9, the specific capacity could not be calculated in Experimental Example 3-2.

上記実験例1〜3から明らかなように、本発明の電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタは、高電圧域においても電解液の分解や電極の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものである。したがって、本発明の電気二重層キャパシタは、携帯電話、パーソナルコンピューター、自動車用などの電源に好適である。   As is clear from Experimental Examples 1 to 3, the electric double layer capacitor and the lithium ion capacitor of the present invention are resistant to decomposition of the electrolytic solution and electrode deterioration even in a high voltage range, and can operate stably. . Therefore, the electric double layer capacitor of the present invention is suitable for a power source for mobile phones, personal computers, automobiles, and the like.

実験例4 耐電圧範囲 LSV測定(リニアースィープボルタンメトリー)
実験例4−1
電解質として、製造例3で得られたイオン性化合物3(LiTCB)を用いて、耐電圧範囲の測定を行った。なお、測定は、測定装置としてスタンダードボルタンメトリツール(「HZ−3000」、北斗電工社製)を使用したこと、測定条件を下記のように変更したこと以外は、実験例2−1と同様にして行った(電解液:0.7MのLiTCB γ−ブチロラクトン溶液、LiTCB濃度:7質量%)。結果を図10に示す。
Experimental example 4 Withstand voltage range LSV measurement (linear sweep voltammetry)
Experimental example 4-1
Using the ionic compound 3 (LiTCB) obtained in Production Example 3 as the electrolyte, the withstand voltage range was measured. The measurement was the same as in Experimental Example 2-1, except that a standard voltammetric tool (“HZ-3000”, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) was used as the measurement device, and the measurement conditions were changed as follows. (Electrolytic solution: 0.7 M LiTCB γ-butyrolactone solution, LiTCB concentration: 7% by mass). The results are shown in FIG.

(測定条件)
作用極:グラッシーカーボン電極(BAS社製、品番:11−2411、電極表面積1mmφ(0.785mm2))
参照極:Ag電極(参照液:硝酸銀および過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液(硝酸銀濃度0.01M、過塩素酸テトラブチルアンモニウム濃度0.1M)
対極:白金電極
塩橋:0.1M過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液
イオン性化合物濃度:0.7mol/L(7質量%)
溶媒:γ−ブチロラクトン
掃引速度:100mV/s
掃引範囲:自然電位〜±10V(vs.Ag/Ag+)
(Measurement condition)
Working electrode: Glassy carbon electrode (manufactured by BAS, product number: 11-2411, electrode surface area 1 mmφ (0.785 mm 2 ))
Reference electrode: Ag electrode (Reference solution: Acetonitrile solution of silver nitrate and tetrabutylammonium perchlorate (silver nitrate concentration 0.01M, tetrabutylammonium perchlorate concentration 0.1M)
Counter electrode: platinum electrode Salt bridge: 0.1 M acetonitrile solution of tetrabutylammonium perchlorate Ionic compound concentration: 0.7 mol / L (7% by mass)
Solvent: γ-butyrolactone Sweep speed: 100 mV / s
Sweeping range: natural potential to ± 10 V (vs. Ag / Ag +)

実験例4−2、4−3
電解液として濃度7質量%のLiTCBのγ−ブチロラクトン溶液を用いたこと以外は、実験例2−3と同様の方法で電気分解精製を行い、電気分解精製前後の試料を用いてLSV測定を行った。結果を併せて図11に示す。
Experimental example 4-2, 4-3
Except for using 7% by mass LiTCB γ-butyrolactone solution as the electrolytic solution, electrolysis purification was performed in the same manner as in Experimental Example 2-3, and LSV measurement was performed using samples before and after electrolysis purification. It was. The results are also shown in FIG.

図11より、LiTCB(実験例4−2)においても、TEMATCB(実験例2−3)の場合と同様、電気分解精製を行うことで、実験例4−3(電気分解精製前)において1〜2.5V付近に見られていたピーク電流が大きく低減し、0.015mAを下回ることがわかった(実験例4−2)。この結果から、本発明の電解液を電気分解精製に供することで、より高性能な電解液が得られることが分かった。   From FIG. 11, in LiTCB (Experimental Example 4-2), as in the case of TEMATCB (Experimental Example 2-3), electrolysis purification was performed, and in Experimental Example 4-3 (before electrolytic purification), 1 to It was found that the peak current seen in the vicinity of 2.5 V was greatly reduced and was less than 0.015 mA (Experimental Example 4-2). From this result, it was found that a higher performance electrolyte can be obtained by subjecting the electrolyte of the present invention to electrolysis purification.

実験例4−4
電解質として、市販のリチウムテトラフルオロボレート(LiBF4、LBGグレード、キシダ化学株式会社製)を用いたこと以外は、実験例4−1と同様にしてLSV測定を行った(電解液:0.8MのLiBF4 γ−ブチロラクトン溶液、LiBF4濃度:7質量%)。
結果を図12に示す。
Experimental Example 4-4
LSV measurement was performed in the same manner as in Experimental Example 4-1 except that commercially available lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as the electrolyte (electrolytic solution: 0.8M LiBF 4 γ-butyrolactone solution, LiBF 4 concentration: 7% by mass).
The results are shown in FIG.

実験例4−5
電圧を−5Vから10V(Ag/Ag+基準)まで掃印したこと以外は実験例4−3と同様の条件で、LiTCB溶液(0.7MのLiTCB γ−ブチロラクトン溶液)のLSV測定を行った。結果を図13に示す。
Experimental Example 4-5
The LSV measurement of the LiTCB solution (0.7 M LiTCB γ-butyrolactone solution) was performed under the same conditions as in Experimental Example 4-3 except that the voltage was swept from −5 V to 10 V (Ag / Ag + reference). . The results are shown in FIG.

図13より、掃引電圧範囲を10V(Ag/Ag+)にしても、実験例4−3(LiTCB)では0.03mA以上の電流が流れないことが確認された。なお、Ag基準での10VはLi基準での約13.8Vに相当する(電池初期特性評価)。From FIG. 13, it was confirmed that even if the sweep voltage range is 10 V (Ag / Ag + ), 0.03 mA or more does not flow in Experimental Example 4-3 (LiTCB). In addition, 10V on the basis of Ag corresponds to about 13.8V on the basis of Li (battery initial characteristic evaluation).

実験例4−6
電解質として、市販のリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6、LBGグレード、キシダ化学株式会社製)を用いたこと以外は、実験例4−1と同様にしてLSV測定を行った(電解液:0.5MのLiPF6γ−ブチロラクトン溶液、LiPF6濃度:7質量%)。結果を図14に示す。
Experimental Example 4-6
LSV measurement was performed in the same manner as in Experimental Example 4-1 except that a commercially available lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used as the electrolyte (electrolyte: 0. 0). 5M LiPF 6 γ-butyrolactone solution, LiPF 6 concentration: 7% by mass). The results are shown in FIG.

図10より、実験例4−1(LiTCB)では、5V付近(Ag/Ag+基準)でも電流は観側されておらず、さらに、5V(銀電極基準)を超える電圧範囲、特に、10V(銀電極基準)を超える電圧範囲でも電流は観測されなかった。なお、銀電極基準での5Vは、リチウム電極基準に換算すると約8.8V(vs.Li/Li+)となる。したがって、テトラシアノボレートを含む電解液を備える本発明のリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン二次電池は、約9V〜14V(リチウム電極基準)程度の高い電圧範囲で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、従来のリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン二次電池に比べて、高いエネルギー密度を有するものと考えられる。From FIG. 10, in Experimental Example 4-1 (LiTCB), no current is observed even in the vicinity of 5 V (Ag / Ag + reference), and a voltage range exceeding 5 V (silver electrode reference), particularly 10 V ( No current was observed even in a voltage range exceeding the silver electrode standard). In addition, 5V on the basis of the silver electrode is about 8.8V (vs. Li / Li + ) in terms of the lithium electrode. Therefore, even if the lithium ion capacitor or lithium ion secondary battery of the present invention having an electrolytic solution containing tetracyanoborate is operated in a high voltage range of about 9 V to 14 V (lithium electrode standard), the electrolytic solution and the electrode deteriorate. Therefore, it is considered to have a higher energy density than conventional lithium ion capacitors and lithium ion secondary batteries.

これに対して、実験例2−6(TEMABF4)では2.41V(銀電極基準、図7)、実験例4−4(LiBF4)では4.62V(銀電極基準、図12)、実験例4−6(LiPF6)では4.09V(銀電極基準、図14)において、それぞれ0.03mAの電流値が観測されている。したがって、これらの電解質を単独で用いる場合には、約2V〜4Vで酸化分解電位に到達することが分かる。これをリチウム電極基準で換算すると6.2V〜8.4Vとなる。したがって、TEMABF4、LiBF4またはLiPF6を電解質として用い、テトラシアノボレートを含まない電解液を採用するリチウムイオンキャパシタやリチウムイオン二次電池ではおよそ8Vまでの電圧範囲で電解液の分解が生じ、これ以上の高電圧範囲では稼動させ難いものであることが分かる。この結果より、リチウムイオンと、テトラシアノボレートと非プロトン性有機溶媒とを含む電解液を備える本発明のリチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池は、高い電圧域でも安定に作動し得ることが分かる。On the other hand, in Experimental Example 2-6 (TEMABF 4 ), 2.41 V (silver electrode reference, FIG. 7), and in Experimental Example 4-4 (LiBF 4 ), 4.62 V (silver electrode reference, FIG. 12), the experiment In Example 4-6 (LiPF 6 ), a current value of 0.03 mA was observed at 4.09 V (silver electrode reference, FIG. 14). Therefore, it can be seen that when these electrolytes are used alone, the oxidative decomposition potential is reached at about 2V to 4V. When this is converted on the basis of a lithium electrode, it becomes 6.2V to 8.4V. Therefore, in a lithium ion capacitor or lithium ion secondary battery that uses TEMABF 4 , LiBF 4 or LiPF 6 as an electrolyte and employs an electrolytic solution that does not contain tetracyanoborate, the electrolytic solution is decomposed in a voltage range up to about 8V. It can be seen that it is difficult to operate in a higher voltage range than this. From this result, it can be seen that the lithium ion capacitor and the lithium ion secondary battery of the present invention provided with an electrolytic solution containing lithium ions, tetracyanoborate and an aprotic organic solvent can operate stably even in a high voltage range. .

したがって、上記実験例4から明らかなように、本発明のリチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池は、高電圧域においても電解液の分解や電極の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものである。したがって、本発明のリチウムイオンキャパシタおよびリチウムイオン二次電池は、携帯電話、パーソナルコンピューター、自動車用などの電源に好適である。   Therefore, as is clear from Experimental Example 4 described above, the lithium ion capacitor and the lithium ion secondary battery of the present invention are resistant to decomposition of the electrolytic solution and electrode deterioration even in a high voltage range and can operate stably. is there. Therefore, the lithium ion capacitor and the lithium ion secondary battery of the present invention are suitable for power supplies for mobile phones, personal computers, automobiles, and the like.

実験例5 充放電基礎試験
実験例5−1〜5−3
製造例3で得られたLiTCB溶液(0.6MのLiTCB γ−ブチロラクトン溶液、実験例5−1)、市販のLiPF6(LBGグレード、キシダ化学株式会社製)溶液(0.6MのLiPF6 γ−ブチロラクトン溶液、実験例5−2)、および、これら2つの電解液を混合したLiTCB+LiPF6溶液(各電解質の濃度:0.1M(LiTCB)、0.9M(LiPF6)、実験例5−3)について、スタンダードボルタンメトリツール(「HSV−100」、北斗電工社製)を使用し充放電基礎試験を行った。結果を図15に示す。
Experimental Example 5 Basic Charge / Discharge Test Experimental Examples 5-1 to 5-3
LiTCB solution obtained in Production Example 3 (0.6 M LiTCB γ-butyrolactone solution, Experimental Example 5-1), commercially available LiPF 6 (LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) solution (0.6 M LiPF 6 γ -Butyrolactone solution, Experimental Example 5-2), and LiTCB + LiPF 6 solution obtained by mixing these two electrolytic solutions (concentration of each electrolyte: 0.1 M (LiTCB), 0.9 M (LiPF 6 ), Experimental Example 5-3 ) Was subjected to a basic charge / discharge test using a standard voltammetric tool (“HSV-100”, manufactured by Hokuto Denko). The results are shown in FIG.

(測定条件)
作用極:LiCoO2(「ピオクセル(登録商標)C100」、パイオニクス社製)
参照極:Li金属
対極:Li金属
掃引電位範囲:3〜4.5V(Li基準)
掃引速度:0.1mV/s
(Measurement condition)
Working electrode: LiCoO 2 (“Pioxel (registered trademark) C100”, manufactured by Pionics)
Reference electrode: Li metal Counter electrode: Li metal Sweep potential range: 3 to 4.5 V (Li standard)
Sweep speed: 0.1 mV / s

なお、LiCoO2は、リチウム二次電池に標準的に用いられる正極であり、また同様に、リチウム金属は、リチウム二次電池に標準的に用いられる負極である。本実験例ではリチウム二次電池としての初期特性を測定するため、通常使用されている電極を作用極、参照極および対極に選択した。LiCoO 2 is a positive electrode that is used as a standard for lithium secondary batteries, and similarly, lithium metal is a negative electrode that is used as a standard for lithium secondary batteries. In this experimental example, in order to measure initial characteristics as a lithium secondary battery, normally used electrodes were selected as a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode.

図15より、掃引電圧範囲を3V〜4.5V(Li基準)にした場合、実験例5−1(LiTCB)では、10サイクル目でも90%の電流量保持率を示していた。これに対し、実験例5−2(LiPF6)の10サイクル目における電流量保持率は40%程度であった。このことから、LiTCB(実験例5−1)はLiPF6(実験例5−2)等を用いた従来の電解液と比較して、高電圧条件下でも優れたサイクル特性を示すことがわかる。さらに、LiPF6に対しLiTCBを約9:1のモル比で添加した実験例5−3の電解液では、LiPF6単独での電解液(実験例5−2)と比較して、サイクル特性が向上するという結果が得られた(10サイクル目、電流保持率50%)。このことから、LiTCBは、これを単独で電解質として用いた場合にサイクル特性の高い電解液となるだけでなく、他の電解質への添加剤としてLiTCBを用いた場合でも、電解液のサイクル特性を向上させる効果を有することがわかった。From FIG. 15, when the sweep voltage range was 3 V to 4.5 V (Li reference), Experimental Example 5-1 (LiTCB) showed 90% current amount retention even at the 10th cycle. On the other hand, the current holding ratio in the 10th cycle of Experimental Example 5-2 (LiPF 6 ) was about 40%. From this, it can be seen that LiTCB (Experimental Example 5-1) exhibits excellent cycle characteristics even under high voltage conditions as compared with a conventional electrolyte using LiPF 6 (Experimental Example 5-2). Furthermore, in the electrolytic solution of Experimental Example 5-3 in which LiTCB was added to LiPF 6 at a molar ratio of about 9: 1, the cycle characteristics were higher than that of the electrolytic solution containing LiPF 6 alone (Experimental Example 5-2). A result of improvement was obtained (10th cycle, current holding ratio 50%). From this, LiTCB not only becomes an electrolyte solution with high cycle characteristics when used alone as an electrolyte, but also exhibits cycle characteristics of the electrolyte solution when LiTCB is used as an additive to other electrolytes. It was found to have an improving effect.

実験例6 充放電試験
上記製造例3で得られたイオン性化合物3(LiTCB;実験例6−1)、市販のリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6、LBGグレード、キシダ化学株式会社製;実験例6−2)を用いてCR2032型のコインセルを作製し、充放電試験を行った。
Experimental Example 6 Charge / Discharge Test Ionic Compound 3 (LiTCB; Experimental Example 6-1) Obtained in Production Example 3 above, Commercial Lithium Hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG Grade, Kishida Chemical Co., Ltd .; Experimental Example A CR2032 type coin cell was prepared using 6-2), and a charge / discharge test was performed.

コインセルは、正極にLiCoO2(「セルシード(登録商標) C−8G」、日本化学工業株式会社製)、負極にリチウム箔(厚み:0.5mm、本城金属株式会社製)を用い、この正極と負極とをセパレータ(「ハイポア(登録商標) NSN9615B」、旭化成イーマテリアルズ株式会社製)を挟んで対向させ、濃度7質量%(0.7M)のLiTCBのγ−ブチロラクトン溶液(電解液)で満たして作製した。The coin cell uses LiCoO 2 (“Cell Seed (registered trademark) C-8G”, manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) for the positive electrode, and lithium foil (thickness: 0.5 mm, manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) for the negative electrode. And a negative electrode with a separator (“Hypore (registered trademark) NSN9615B”, manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) facing each other, and a 7% by mass (0.7 M) LiTCB γ-butyrolactone solution (electrolyte) Satisfied and produced.

まず、作製したコインセルを、室温(25℃)で4時間安定化させ、充放電試験装置(「ACD−01」、アスカ電子株式会社製)により、初回および10サイクル後の放電容量を測定し、10サイクル後の容量の維持率を算出した。なお、各充放電時には30分間の充放電休止時間を設けた。   First, the produced coin cell was stabilized at room temperature (25 ° C.) for 4 hours, and the discharge capacity after the first and 10 cycles was measured with a charge / discharge test apparatus (“ACD-01”, manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.) The capacity retention rate after 10 cycles was calculated. In addition, the charging / discharging rest time of 30 minutes was provided at the time of each charging / discharging.

また、電解液を濃度14質量%(1.0M)のLiPF6のエチレンカーボネート(EC)/エチルメチルカーボネート(EMC)溶液(EC/EMC=50/50(体積比))に変更したこと以外は同様にしてコインセルを作製し、充放電試験を行った。以下に、測定条件を示す。また、結果を表3および図16に示す。In addition, the electrolyte solution was changed to an ethylene carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) solution (EC / EMC = 50/50 (volume ratio)) of LiPF 6 having a concentration of 14% by mass (1.0 M). Similarly, a coin cell was produced and a charge / discharge test was performed. The measurement conditions are shown below. The results are shown in Table 3 and FIG.

(測定条件)
充放電速度:0.2C
充放電モード:定電流モード
充放電範囲:2.5V−4.0V(Li基準)
(Measurement condition)
Charge / discharge rate: 0.2C
Charging / discharging mode: Constant current mode Charging / discharging range: 2.5V-4.0V (Li standard)

表3より、アニオンとしてTCBを含む電解液を用いた実験例6−1のリチウムイオン二次電池は、PF6 -を含み、TCBを含まない実験例6−2の例に比べて、初回放電容量および10サイクル後の容量維持率が共に高い値を示すことがわかる。また、図16からは、実験例6−2に比べて、実験例6−1はサイクル特性に優れることが分かる。この結果より、アニオンとしてTCBを含む電解液は、高い耐電圧を有し、充電時に電解液の酸化分解が生じ難いことが分かる。From Table 3, the lithium ion secondary battery of Experimental Example 6-1 using an electrolytic solution containing TCB as an anion was first discharged compared to the example of Experimental Example 6-2 containing PF 6 and not containing TCB. It can be seen that both the capacity and the capacity retention after 10 cycles show high values. Further, FIG. 16 shows that Experimental Example 6-1 is superior in cycle characteristics as compared to Experimental Example 6-2. From this result, it can be seen that an electrolytic solution containing TCB as an anion has a high withstand voltage, and oxidative decomposition of the electrolytic solution hardly occurs during charging.

したがって、リチウムイオンと、テトラシアノボレートと、非プロトン性有機溶媒とを含む電解液を備えた本発明のリチウムイオン二次電池は、電解液の分解やこれに由来する電極の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものであると考えられる。   Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention including an electrolytic solution containing lithium ions, tetracyanoborate, and an aprotic organic solvent is unlikely to cause decomposition of the electrolytic solution or deterioration of the electrode derived therefrom. It is thought that it can operate stably.

上記実験例4〜6から明らかなように、本発明のリチウムイオン二次電池は、高電圧域においても電解液の分解や電極の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものである。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池は、携帯電話、パーソナルコンピューター、自動車用などの電源に好適である。   As is clear from the above experimental examples 4 to 6, the lithium ion secondary battery of the present invention can be stably operated even in a high voltage range without causing the decomposition of the electrolytic solution and the deterioration of the electrode. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention is suitable for power sources for mobile phones, personal computers, automobiles, and the like.

実験例7 LSV測定(リニアースィープボルタンメトリー)
実験例7−1
主たる電解質として市販のリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6、LBGグレード、キシダ化学株式会社製)をプロピレンカーボネートに溶解させて測定用溶液(7質量%)を調製し、電気化学特性の測定を行った。なお、実験例7−1では、添加剤用イオン化合物は使用しなかった。グローブボックス中30℃雰囲気下、3極式電気化学セルと、スタンダードボルタンメトリツール(「HZ−3000」、北斗電工社製)を使用してLSV測定を行い、電流値が0.03mAとなったときの電位を酸化分解電位(耐電圧範囲)を測定した。結果を表4に示す。測定条件は下記の通りである。なお、掃引範囲については、使用する電解質の種類や測定状況に応じて、自然電位から±10V以内(vs.Ag/Ag+)の範囲で適宜調整し、当該範囲内でリミット電流に到達した場合はその時点で測定を終了した。
Experimental Example 7 LSV measurement (linear sweep voltammetry)
Experimental Example 7-1
Commercially available lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as a main electrolyte was dissolved in propylene carbonate to prepare a measurement solution (7% by mass), and electrochemical characteristics were measured. . In Experimental Example 7-1, the ionic compound for additive was not used. LSV measurement was performed using a tripolar electrochemical cell and a standard voltammetric tool (“HZ-3000”, manufactured by Hokuto Denko) in a glove box at 30 ° C., and the current value was 0.03 mA. The oxidative decomposition potential (withstand voltage range) was measured. The results are shown in Table 4. The measurement conditions are as follows. The sweep range is appropriately adjusted within ± 10 V (vs. Ag / Ag + ) from the natural potential according to the type of electrolyte used and the measurement conditions, and when the limit current is reached within the range. Finished the measurement at that time.

(測定条件)
作用極:グラッシーカーボン電極(BAS社製、品番:11−2411、電極表面積1mmφ(0.785mm2))
参照極:Ag電極(参照液:硝酸銀および過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液(硝酸銀濃度0.01M、過塩素酸テトラブチルアンモニウム濃度0.1M)
対極:白金電極
塩橋:0.1M過塩素酸テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液
溶媒:プロピレンカーボネート
掃引速度:100mV/s
掃引範囲:自然電位〜±10V以内(vs.Ag/Ag+
リミット電流:1mA
(Measurement condition)
Working electrode: Glassy carbon electrode (manufactured by BAS, product number: 11-2411, electrode surface area 1 mmφ (0.785 mm 2 ))
Reference electrode: Ag electrode (Reference solution: Acetonitrile solution of silver nitrate and tetrabutylammonium perchlorate (silver nitrate concentration 0.01M, tetrabutylammonium perchlorate concentration 0.1M)
Counter electrode: platinum electrode Salt bridge: 0.1 M acetonitrile solution of tetrabutylammonium perchlorate Solvent: propylene carbonate Sweep speed: 100 mV / s
Sweeping range: Natural potential to within ± 10 V (vs. Ag / Ag + )
Limit current: 1mA

実験例7−2
主たる電解質として市販のリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6、LBGグレード、キシダ化学株式会社製)、添加剤用イオン性化合物として製造例3で得られたイオン性化合物3(LiTCB)を用い、これらを表4に示す濃度となるようにプロピレンカーボネートに溶解させて測定用溶液を調製し、実験例7−1と同様にして電気化学特性の測定を行った。結果を表4に示す。なお、表4での分解電位は銀電極基準での電圧測定値である。
Experimental Example 7-2
Using the commercially available lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as the main electrolyte and the ionic compound 3 (LiTCB) obtained in Production Example 3 as the ionic compound for the additive, A measurement solution was prepared by dissolving in propylene carbonate so that the concentrations shown in Table 4 were obtained, and electrochemical characteristics were measured in the same manner as in Experimental Example 7-1. The results are shown in Table 4. In addition, the decomposition potential in Table 4 is a voltage measurement value based on a silver electrode.

実験例7−3
主たる電解質として市販のリチウムヘキサフルオロフォスフェート(LiPF6、LBGグレード、キシダ化学株式会社製)、添加剤用イオン性化合物として製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を用い、これらを表4に示す濃度となるようにプロピレンカーボネートに溶解させて測定用溶液を調製し、実験例7−1と同様にして電気化学特性の測定を行った。結果を表4に示す。
Experimental Example 7-3
Using commercially available lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , LBG grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as the main electrolyte and ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1 as the ionic compound for additives, these were used. A measurement solution was prepared by dissolving in propylene carbonate so that the concentrations shown in Table 4 were obtained, and electrochemical characteristics were measured in the same manner as in Experimental Example 7-1. The results are shown in Table 4.

実験例7−4
主たる電解質および添加剤の濃度を、それぞれ表4に示す濃度に変更したこと以外は、実験例7−4と同様にして測定用溶液を調製し、実験例7−1と同様の手順で電気化学特性の測定を行った。結果を表4に示す。
Experimental Example 7-4
A measurement solution was prepared in the same manner as in Experimental Example 7-4, except that the concentrations of the main electrolyte and additive were changed to the concentrations shown in Table 4, respectively, and the chemistry was performed in the same procedure as in Experimental Example 7-1. The characteristics were measured. The results are shown in Table 4.

実験例7−5
添加剤用イオン化合物を用いなかったこと、測定用溶液としてトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレートのプロピレンカーボネート溶液(18質量%)を使用したこと以外は、実験例7−1と同様にして電気化学特性の測定を行った。結果を表4に示す。
Experimental Example 7-5
Except that the ionic compound for additive was not used and a propylene carbonate solution (18% by mass) of triethylmethylammonium tetrafluoroborate was used as the measurement solution, the electrochemical characteristics were the same as in Experimental Example 7-1. Measurements were made. The results are shown in Table 4.

実験例7−6〜7−8
主たる電解質として市販のトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TEMABF4)、添加剤用イオン性化合物として製造例1で得られたイオン性化合物1(TEMATCB)を用い、夫々の濃度が表4に示す濃度となるようにプロピレンカーボネートに溶解させて測定用溶液を調製したこと以外は、実験例7−1と同様にして電気化学特性の測定を行った。結果を表4に示す。
Experimental Examples 7-6 to 7-8
Commercially available triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ) was used as the main electrolyte, and ionic compound 1 (TEMATCB) obtained in Production Example 1 was used as the ionic compound for the additive. The electrochemical characteristics were measured in the same manner as in Experimental Example 7-1 except that the measurement solution was prepared by dissolving in propylene carbonate. The results are shown in Table 4.

表4中、濃度1は、電解液中の濃度、濃度2は、主たる電解質と添加剤の合計量に対するそれぞれの割合を意味する。   In Table 4, the concentration 1 means the concentration in the electrolytic solution, and the concentration 2 means the ratio of the main electrolyte and the additive to the total amount.

表4より、添加剤を使用しなかった実験例7−1では、3.07V(耐電圧:約6.9V(vs.Li/Li+))において0.03mAの電流値が観測されているのに対して、LiTCBを添加剤として使用した実験例7−2で0.03mAの電流値が観測されたのは3.74V(耐電圧:約7.5V(vs.Li/Li+))であり、本発明に係る添加剤を使用することで分解電位を高められることが分かる。また、実験例7−1と実験例7−3、7−4、実験例7−5と実験例7−6〜7−8の結果から、分解電位の向上効果はカチオンの種類によらずに得られるものであることが分かる。なお、分解電位の向上効果は、添加剤の使用量が1質量%未満の場合にも得られることを確認している。From Table 4, in Experimental Example 7-1 in which no additive was used, a current value of 0.03 mA was observed at 3.07 V (withstand voltage: about 6.9 V (vs. Li / Li + )). On the other hand, the current value of 0.03 mA was observed in Experimental Example 7-2 using LiTCB as an additive was 3.74 V (withstand voltage: about 7.5 V (vs. Li / Li + )). It can be seen that the decomposition potential can be increased by using the additive according to the present invention. Further, from the results of Experimental Example 7-1, Experimental Examples 7-3 and 7-4, Experimental Example 7-5, and Experimental Examples 7-6 to 7-8, the improvement effect of the decomposition potential is not dependent on the type of cation. It turns out that it is what is obtained. It has been confirmed that the effect of improving the decomposition potential can be obtained even when the amount of the additive used is less than 1% by mass.

上記効果が得られた理由として、テトラシアノボレートをアニオンとするイオン性化合物を添加剤として使用した場合には、何らかの反応により電極表面に擬似的な保護膜が形成され、これにより、更なる電解液または電極の劣化が抑制されたものと推測される。これに対して、上記添加剤を使用しなかった実験例7−5では、電圧の上昇と共に電流値も上昇し、電解液ならびに電極の分解は抑制されることなく進行したものと考えられる。これらの結果から、本発明に係る添加剤の中でも、TCBのオニウムカチオン塩を用いた場合には、高電圧下で稼動させても、特に電解液の分解や電極の劣化が生じ難く、安定に作動し、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスが得られるものと考えられる。
実験例7の結果より、主たる電解質に加えて本発明に係る添加剤を含む電解液を備えた各種蓄電デバイスは、より高い電圧域でも安定に作動し得ることが分かる。
The reason why the above effect was obtained is that when an ionic compound having tetracyanoborate as an anion is used as an additive, a pseudo protective film is formed on the electrode surface by some reaction. It is presumed that the deterioration of the liquid or electrode was suppressed. On the other hand, in Experimental Example 7-5 in which the additive was not used, it is considered that the current value increased with the increase in voltage, and the decomposition of the electrolyte and the electrode proceeded without being suppressed. From these results, among the additives according to the present invention, when the onium cation salt of TCB is used, even when operated under a high voltage, it is difficult to cause decomposition of the electrolytic solution and deterioration of the electrode, and stably. It is considered that an electricity storage device that operates and has a high energy density is obtained.
From the results of Experimental Example 7, it can be seen that various power storage devices including an electrolytic solution containing the additive according to the present invention in addition to the main electrolyte can operate stably even in a higher voltage range.

以上の通り、本発明に係るイオン性化合物を添加剤として用いることで、高電圧域における電解液の分解を抑制することができる。したがって、本発明の添加剤を含む電解液を備えた各種蓄電デバイスは、高電圧域でも電解液の分解や電極の劣化などが生じ難く、安定に作動し得るものと考えられる。よって、本発明の電解液を備えた各種蓄電デバイスは、携帯電話、パーソナルコンピューター、自動車用などの電源に好適である。   As described above, by using the ionic compound according to the present invention as an additive, decomposition of the electrolytic solution in a high voltage region can be suppressed. Therefore, it is considered that various power storage devices provided with the electrolytic solution containing the additive of the present invention can be stably operated even in a high voltage range without causing decomposition of the electrolytic solution or electrode deterioration. Therefore, various power storage devices provided with the electrolytic solution of the present invention are suitable for power supplies for mobile phones, personal computers, automobiles, and the like.

Claims (10)

一般式(1):Kt+[B(CN)4-(式(1)中、Kt+ は無機カチオンを表す)で表されるイオン性化合物、及び、
非プロトン性有機溶媒を含み、
LSV測定を行ったときに6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li+)で耐電圧を有することを特徴とする満充電時の正極電位が4V(vs.Li/Li + )以上である蓄電デバイス用の電解液。
Formula (1): Kt + [B (CN) 4] - ( in the formula (1), Kt + represents a non-machine cationic) ionic compound represented by, and,
An aprotic organic solvent,
When the LSV measurement is performed, the positive electrode potential at full charge is 4 V (vs. Li / Li + ) , characterized by having a withstand voltage of 6.9 V or more and 13.8 V or less (vs. Li / Li + ). The electrolytic solution for an electricity storage device as described above .
上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の濃度が0.01質量%以上、50質量%未満である請求項1に記載の電解液。   The electrolytic solution according to claim 1, wherein the concentration of the ionic compound represented by the general formula (1) is 0.01% by mass or more and less than 50% by mass. 上記非プロトン性有機溶媒が、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン又はγ−バレロラクトンから選択される少なくとも一種である請求項1又は2に記載の電解液。The electrolytic solution according to claim 1, wherein the aprotic organic solvent is at least one selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, and γ-valerolactone. 上記カチオンKt+が、Li,Na,MgおよびCaよりなる群から選ばれる少なくとも1種のカチオンである請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解液。 The electrolytic solution according to any one of claims 1 to 3, wherein the cation Kt + is at least one cation selected from the group consisting of Li, Na, Mg, and Ca. リチウムイオン二次電池用の電解液である請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解液。It is an electrolyte solution for lithium ion secondary batteries, The electrolyte solution as described in any one of Claims 1-4. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解液を含むことを特徴とする蓄電デバイス。 An electrical storage device comprising the electrolytic solution according to any one of claims 1 to 5. 満充電時の正極電位が4V(vs.Li/Li+)以上である請求項6に記載の蓄電デバイス。 The electricity storage device according to claim 6, wherein the positive electrode potential at full charge is 4 V (vs. Li / Li + ) or more. リチウムイオン二次電池である請求項6または7に記載の蓄電デバイス。   The electricity storage device according to claim 6, which is a lithium ion secondary battery. リチウムイオンキャパシタである請求項6または7に記載の蓄電デバイス。   The electricity storage device according to claim 6, wherein the electricity storage device is a lithium ion capacitor. 電気二重層キャパシタである請求項6または7に記載の蓄電デバイス。   The electricity storage device according to claim 6, which is an electric double layer capacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2702487T3 (en) 2011-06-17 2019-03-01 Nantenergy Inc Ionic liquid containing sulfonate ions
CN108456206A (en) * 2011-06-17 2018-08-28 流体公司 Heteroion compound is synthesized using dialkyl carbonate is quaternized
JP5813472B2 (en) * 2011-09-06 2015-11-17 株式会社日本触媒 Method for producing tetracyanoborate salt
CN103931040A (en) * 2011-11-10 2014-07-16 日本电气株式会社 Lithium ion secondary battery
JP6101575B2 (en) * 2012-07-20 2017-03-22 株式会社日本触媒 Non-aqueous electrolyte additive, non-aqueous electrolyte, and lithium secondary battery
JP6406795B2 (en) 2012-11-22 2018-10-17 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co., Ltd. Lithium ion secondary battery, positive electrode active material layer for lithium ion secondary battery, and separator layer for lithium ion secondary battery
US9660239B2 (en) 2012-11-22 2017-05-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material layer for rechargeable lithium battery, separator for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including at least one of same
JP2015026548A (en) * 2013-07-26 2015-02-05 株式会社日本触媒 Overcharge inhibitor, electrolytic solution including the same, and lithium ion secondary battery
JP2015138627A (en) * 2014-01-21 2015-07-30 株式会社日本触媒 Positive electrode elution inhibitor and lithium-ion secondary battery containing the same
US11424484B2 (en) 2019-01-24 2022-08-23 Octet Scientific, Inc. Zinc battery electrolyte additive

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006173014A (en) * 2004-12-17 2006-06-29 Nippon Shokubai Co Ltd Ionic material-contained composition, ion conductive material, and use thereof
JP2009527074A (en) * 2006-02-13 2009-07-23 エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ(エーペーエフエル) Ionic liquid electrolyte

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006173014A (en) * 2004-12-17 2006-06-29 Nippon Shokubai Co Ltd Ionic material-contained composition, ion conductive material, and use thereof
JP2009527074A (en) * 2006-02-13 2009-07-23 エコール ポリテクニーク フェデラル ドゥ ローザンヌ(エーペーエフエル) Ionic liquid electrolyte

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