JP7013653B2 - Electrolytes - Google Patents

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Description

本明細書で開示する発明である本開示は、電解質に関する。 The present disclosure, which is the invention disclosed herein, relates to an electrolyte.

従来、リチウム二次電池などに用いられる電解質としては、例えば、ホスホン酸系アルカリ金属塩、リン酸系アルカリ金属塩及びホスフィン酸系アルカリ金属塩のうちの1種以上であるP-O系アルカリ金属塩と、イミド構造を含むアニオンと、グライムとを備えた溶媒和イオン液体が提案されている(特許文献1参照)。この溶媒和イオン液体では、低温でのイオン伝導度の低下を抑制することができる。この理由は、グライムにP-O系アルカリ金属塩を添加すると、そのアルカリ金属カチオンに対して、イミド構造を含むアニオンが配位などの相互作用を生じて、対アニオンの負電荷が低下される。その結果、アルカリ金属イオンとグライムとが形成する錯カチオンがそのまま解離することが促進される結果となるためと推察される。 Conventionally, the electrolyte used for a lithium secondary battery or the like is, for example, a PO-based alkali metal which is one or more of a phosphonic acid-based alkali metal salt, a phosphoric acid-based alkali metal salt, and a phosphinic acid-based alkali metal salt. A solvated ion liquid comprising a salt, an anion containing an imide structure, and a glyme has been proposed (see Patent Document 1). With this solvated ionic liquid, it is possible to suppress a decrease in ionic conductivity at low temperatures. The reason for this is that when a PO-based alkali metal salt is added to the glyme, an anion containing an imide structure interacts with the alkali metal cation, such as coordination, and the negative charge of the counter anion is reduced. .. As a result, it is presumed that the dissociation of the complex cation formed by the alkali metal ion and grime is promoted as it is.

特開2015-2153号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-2153

しかしながら、上述した電解質では、例えば、低温でのイオン伝導度の低下を抑制することができるが、まだ十分でなく、更なる改良が望まれていた。また、溶媒和イオン液体は、中高温では揮発性を示す液体であるため、例えば、揮発性を低減するなど熱的安定性をより高めることが求められていた。熱的安定性を高めるために添加剤を添加させると、イオン伝導性が低下したり、イオン伝導性を高めようとすると熱的安定性が低下したりする問題があった。 However, although the above-mentioned electrolyte can suppress a decrease in ionic conductivity at a low temperature, for example, it is still insufficient, and further improvement has been desired. Further, since the solvated ionic liquid is a liquid that exhibits volatility at medium and high temperatures, it has been required to further improve the thermal stability, for example, by reducing the volatility. There is a problem that when an additive is added in order to increase the thermal stability, the ionic conductivity is lowered, and when the ionic conductivity is tried to be increased, the thermal stability is lowered.

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、熱的安定性の低下をより抑制するか又は熱的安定性をより向上すると共に、低温でのイオン伝導度の低下をより抑制することができる電解質を提供することを主目的とする。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and further suppresses the decrease in thermal stability or further improves the thermal stability, and at the same time, reduces the ionic conductivity at low temperature. The main purpose is to provide an electrolyte that can be further suppressed.

上述した目的を達成するために、本発明者らは、グライムとホスホン酸系のアルカリ金属塩などの有機酸塩とを含む溶媒和イオン液体に無機粒子や有機粒子を添加したところ、熱的安定性の低下をより抑制するか又は熱的安定性をより向上すると共に、低温でのイオン伝導度の低下をより抑制することができることを見いだし本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have added inorganic particles or organic particles to a solvated ionic liquid containing glyme and an organic acid salt such as a phosphonic acid-based alkali metal salt, and the present invention is thermally stable. The present invention has been completed by finding that it is possible to further suppress the decrease in property or further improve the thermal stability and further suppress the decrease in ionic conductivity at low temperatures.

即ち、本明細書で開示する電解質は、
グライムと、
イミド構造を含むアニオンと、
第1族カチオン及び第2族カチオンのうち1以上のカチオンと、
ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、カルボン酸、ボロン酸、ホウ酸、芳香族イミド及びフェノール類のうち1以上を含む有機酸塩と、
酸性、両性、塩基性及び中性のうち1以上である金属酸化物を含む無機粒子とヘテロ原子を含む有機粒子とのうち少なくとも一方を含む添加粒子と、
を含むものである。
That is, the electrolytes disclosed herein are:
With grime,
Anions containing imide structures and
One or more of the Group 1 and Group 2 cations,
Organic acid salts containing one or more of phosphonic acid, phosphinic acid, phosphoric acid, carboxylic acid, boric acid, boric acid, aromatic imide and phenols.
Additive particles containing at least one of an inorganic particle containing a metal oxide having one or more of acidic, amphoteric, basic and neutral and an organic particle containing a heteroatom.
Is included.

この電解質では、熱的安定性の低下をより抑制するか又は熱的安定性をより向上すると共に、低温でのイオン伝導度の低下をより抑制することができる。こうした効果が得られる理由は、例えば、以下のように推察される。すなわち、グライムとイミド塩とを含む溶媒和イオン液体に、ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、カルボン酸、ボロン酸、ホウ酸、芳香族イミド及びフェノール類のうち1以上を含む有機酸塩を添加すると、グライムの配位した錯カチオンを有するイミドアニオンが、有機酸塩のカチオン部位に配位した複合アニオン構造となるものと推察される。この複合アニオン構造では、イミド構造を含むアニオンが配位などの相互作用により負電荷が低下される結果、グライムにより形成される錯カチオンの解離が促進されるため、イオン伝導度が向上するものと推察される。また、複合アニオン構造のみでは、低温でのイオン伝導性の低下抑制が十分ではないものの、この電解質では、添加粒子の表面に複合アニオン構造のイオン結合部分が相互作用することにより、錯カチオンの解離性や移動性が向上するため、低温でのイオン伝導性の低下が更に抑制されるものと推察される。また、複合アニオン構造のイオン結合部分が添加粒子の表面に相互作用するため、熱的安定性の低下がより抑制される、又は熱的安定性がより向上するものと推察される。 In this electrolyte, the decrease in thermal stability can be further suppressed or the decrease in thermal stability can be further improved, and the decrease in ionic conductivity at low temperature can be further suppressed. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows, for example. That is, an organic acid salt containing one or more of phosphonic acid, phosphinic acid, phosphoric acid, carboxylic acid, boric acid, boric acid, aromatic imide and phenols is added to a solvated ion liquid containing glyme and an imide salt. Then, it is presumed that the imide anion having the complex cation coordinated by the glyme has a composite anion structure coordinated with the cation site of the organic acid salt. In this composite anion structure, the negative charge of the anion including the imide structure is reduced by the interaction such as coordination, and as a result, the dissociation of the complex cation formed by the glyme is promoted, so that the ionic conductivity is improved. Inferred. In addition, although the composite anion structure alone does not sufficiently suppress the decrease in ionic conductivity at low temperatures, in this electrolyte, the ionic bond portion of the composite anion structure interacts with the surface of the added particles to dissociate the complex cation. It is presumed that the decrease in ionic conductivity at low temperatures is further suppressed because the properties and mobility are improved. Further, since the ionic bond portion of the composite anion structure interacts with the surface of the added particles, it is presumed that the decrease in thermal stability is further suppressed or the thermal stability is further improved.

グライムとイミド塩との結合の様子を示す概念図。A conceptual diagram showing the state of binding between grime and an imide salt. 複合アニオン構造と無機粒子との相互作用の説明図。Explanatory drawing of the interaction between a composite anion structure and inorganic particles. フェニルホスホン酸及びそのMg塩のFT-IRスペクトル。FT-IR spectrum of phenylphosphonic acid and its Mg salt. 溶媒和イオン液体ILb、ILj、ILd、ILiのσ-T曲線。Σ-T curves of solvated ionic liquids ILb, ILj, ILd, ILi. 固化後の溶媒和イオン液体ILbのXRDパターン。XRD pattern of solvated ionic liquid ILb after solidification. 溶媒和イオン液体ILb、ILaの凍結前後のσ-T曲線。Σ-T curves before and after freezing of solvated ionic liquids ILb and ILa. 溶媒和イオン液体にαアルミナを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which α-alumina is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にγアルミナを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which γ-alumina is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にフュームドシリカを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which fumed silica is composited with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にFSM22を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which FSM22 is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にMgOを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which MgO is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にCuOを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which CuO is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にTiO2を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which TiO 2 is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体にh-BNを複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which h-BN is compounded with a solvated ionic liquid. 溶媒和イオン液体ILa,ILe,ILf,ILgのσ-T曲線。Σ-T curve of solvated ionic liquid ILa, ILe, ILf, ILg. 溶媒和イオン液体ILeに無機粒子を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which inorganic particles are composited with a solvated ionic liquid ILe. 溶媒和イオン液体ILfに無機粒子を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which inorganic particles are composited with a solvated ionic liquid ILf. 溶媒和イオン液体ILgに無機粒子を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which inorganic particles are composited with solvated ionic liquid ILg. 溶媒和イオン液体ILhに無機粒子を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which inorganic particles are composited with a solvated ionic liquid ILh. 溶媒和イオン液体に有機粒子を複合化した実験例のσ-T曲線。Σ-T curve of an experimental example in which organic particles are composited with a solvated ionic liquid.

本明細書で開示する電解質は、グライムと、イミド構造を含むアニオンと、有機酸塩と、第1族カチオン及び第2族カチオンのうち1以上のカチオンと、無機粒子と有機粒子とのうち少なくとも一方を含む添加粒子と、を含むものである。この有機酸塩は、ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、カルボン酸、ボロン酸、ホウ酸、芳香族イミド及びフェノール類のうち1以上を含む塩である。また、無機粒子は、酸性、両性、塩基性及び中性のうち1以上である金属酸化物を含むものである。また、有機粒子は、ヘテロ原子を含むポリマーである。 The electrolytes disclosed herein include glyme, anions containing an imide structure, organic acid salts, one or more cations of Group 1 and Group 2 cations, and at least one of inorganic and organic particles. It contains additive particles containing one of them. This organic acid salt is a salt containing one or more of phosphonic acid, phosphinic acid, phosphoric acid, carboxylic acid, boric acid, boric acid, aromatic imide and phenols. Inorganic particles include metal oxides that are one or more of acidic, amphoteric, basic and neutral. The organic particles are polymers containing heteroatoms.

グライムは、直鎖状の対称グリコールジエーテルの総称であり、例えば、R-O(CH2CH2O)n-Rで表されるものとしてもよい。式中、Rは、アルキル基又はアリール基であり、nは1以上の整数である。アルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチルなどが挙げられる。アリール基としては、フェニル、ナフチル、アントリルなどが挙げられる。nは、1以上の整数であればよいが、3又は4であることが好ましい。グライムは、トリグライムジメチルエーテル(G3)及びテトラグライムジメチルエーテル(G4)のうち1以上であるものとしてもよい。グライムは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 Grime is a general term for linear symmetric glycol diethers, and may be represented by, for example, RO (CH 2 CH 2 O) n —R. In the formula, R is an alkyl group or an aryl group, and n is an integer of 1 or more. Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl and the like. Examples of the aryl group include phenyl, naphthyl, anthryl and the like. n may be an integer of 1 or more, but is preferably 3 or 4. The grime may be one or more of triglime dimethyl ether (G3) and tetraglyme dimethyl ether (G4). One type of grime may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

イミド構造を含むアニオンとしては、例えば、窒素にカルボニル基が2つ結合したイミドアニオンのほか、窒素に2つのスルホニル基が結合したスルホニルイミドアニオンや、窒素に1つのスルホニル基と1つのカルボニル基が結合したスルホニルカルボニルイミドアニオンなどを含むものとしてもよい。イミド構造を含むアニオンとしては、スルホニルイミドアニオンやスルホニルカルボニルイミドアニオンが好ましく、スルホニルイミドアニオンがより好ましい。スルホニルイミドアニオンとしては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン(TFSI) やビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン(BETI)、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)、フルオロスルホニルトリフルオロメタンスルホニルイミドアニオン(FTA)、4,4,5,5,-テトラフルオロ-1,3,2-ジチアゾリン-1,1,3,3-テトラオキシドアニオン(CTFSI)等が挙げられる。スルホニルカルボニルイミドアニオンとしては、例えば、2,2,2-トリフルオロ-N-(トリフルオロメチルスルホニル)アセトアミドアニオン(TSAC)等が挙げられる。このうち、グライムに対する溶解性や、錯体形成しやすさなどの観点からは、TFSIやFSIが好ましい。イミド構造を含むアニオンは、有機アニオンであることが好ましい。このイミド構造を含むアニオンは、アルカリ金属イオンを対カチオンとしてもよい。アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが好ましく、リチウムがより好ましい。このアルカリ金属は、有機酸塩に含まれるカチオンと同種のものであっても異種のものであってもよいが、同種であることが好ましい。イミド構造を含むアニオンとカチオンとを含むイミド塩としては、例えば、LiFSIが好ましい。 Examples of the anion containing an imide structure include an imide anion in which two carbonyl groups are bonded to nitrogen, a sulfonylimide anion in which two sulfonyl groups are bonded to nitrogen, and one sulfonyl group and one carbonyl group to nitrogen. It may contain a bonded sulfonylcarbonylimide anion or the like. As the anion containing an imide structure, a sulfonylimide anion or a sulfonylcarbonylimide anion is preferable, and a sulfonylimide anion is more preferable. Examples of the sulfonylimide anion include bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion (TFSI), bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion (BETI), bis (fluorosulfonyl) imide anion (FSI), and fluorosulfonyl trifluoromethanesulfonylimide. Examples include anion (FTA), 4,4,5,5, -tetrafluoro-1,3,2-dithiazolin-1,1,3,3-tetraoxide anion (CTFSI) and the like. Examples of the sulfonylcarbonylimide anion include 2,2,2-trifluoro-N- (trifluoromethylsulfonyl) acetamide anion (TSAC). Of these, TFSI and FSI are preferable from the viewpoint of solubility in grime and ease of complex formation. The anion containing the imide structure is preferably an organic anion. The anion containing this imide structure may have an alkali metal ion as a counter cation. As the alkali metal, for example, lithium, sodium, potassium and the like are preferable, and lithium is more preferable. The alkali metal may be of the same type as or different from the cation contained in the organic acid salt, but is preferably of the same type. As the imide salt containing an anion containing an imide structure and a cation, for example, LiFSI is preferable.

有機酸塩は、ホスホン酸、ホスフィン酸、リン酸、カルボン酸、ボロン酸、ホウ酸、芳香族イミド及びフェノール類のうち1以上を含むものである。この有機酸塩は、例えば、ホスホン酸系金属塩、リン酸系金属塩、ボロン酸系金属塩及びホウ酸系金属塩のうちの1種以上であるものとしてもよい。ホスホン酸系金属塩としては、例えば、式(1)、(2)に示すものが好ましい。また、ボロン酸系金属塩としては、例えば、式(3)、(4)に示すものが好ましい。 The organic acid salt contains one or more of phosphonic acid, phosphinic acid, phosphoric acid, carboxylic acid, boric acid, boric acid, aromatic imide and phenols. This organic acid salt may be, for example, one or more of a phosphonic acid-based metal salt, a phosphoric acid-based metal salt, a boronic acid-based metal salt, and a boric acid-based metal salt. As the phosphonic acid-based metal salt, for example, those represented by the formulas (1) and (2) are preferable. Further, as the boronic acid-based metal salt, for example, those represented by the formulas (3) and (4) are preferable.

Figure 0007013653000001
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式(1)~(4)において、Rは、水素、ハロゲン、アルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アラルキル基及びオキシアルキレン基からなる群より選ばれる1種以上、又は、それを有する重合体である。アルキル基は、例えば、炭素数が1~20程度の直鎖又は分岐鎖を有するものとしてもよい。こうしたものとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、テトラデカン基などが挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基などが挙げられる。アルキルアリール基としては、トリル基、キシリル基などが挙げられる。アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基などが挙げられる。オキシアルキレン基は、例えば、オキシアルキレンユニットを1~20個程度有するものとしてもよい。オキシアルキレンユニットを2個以上有する場合、オキシアルキレンユニットは、1種でもよいし2種以上でもよい。オキシアルキレンユニットとしては、例えば、オキシメチレンユニットや、オキシエチレンユニット、オキシプロピレンユニットなどが挙げられる。重合体としては、上述したアルキル基、アリール基、オキシアルキレン基などの単量体の一部を重合性置換基とした重合性化合物(モノマー)を用い、必要に応じて、その他の重合性化合物(モノマー)を加え、重合して得られたものとしてもよい。こうした重合体は、2~100個程度のモノマーが重合したオリゴマーとしてもよいし、100個以上のモノマーが重合したポリマーとしてもよい。また、上述したRにおいて、アルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アラルキル基及びオキシアルキレン基や、それを有する重合体は、末端をハロゲン化したものとしてもよい。このとき、全ての末端をハロゲン化したものとしてもよいし、一部の末端をハロゲン化したものとしてもよい。ハロゲンとしては、フッ素が好ましい。末端をハロゲン化したものとしては、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、2-(トリデカフルオロヘキシル)エチル基のような、末端をフッ素化したアルキル基などが挙げられる。このようなホスホン酸としては、例えば、フェニルホスホン酸及びキシレンジホスホン酸のうち1以上であることが好ましい。また、ボロン酸系金属塩としては、例えば、フェニルボロン酸などが好ましい。 In the formulas (1) to (4), R is one or more selected from the group consisting of hydrogen, halogen, alkyl group, aryl group, alkylaryl group, aralkyl group and oxyalkylene group, or a polymer having the same. Is. The alkyl group may have, for example, a straight chain or a branched chain having about 1 to 20 carbon atoms. Examples of such a group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a tetradecane group and the like. Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group and the like. Examples of the alkylaryl group include a tolyl group and a xylyl group. Examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group. The oxyalkylene group may have, for example, about 1 to 20 oxyalkylene units. When having two or more oxyalkylene units, the oxyalkylene unit may be one kind or two or more kinds. Examples of the oxyalkylene unit include an oxymethylene unit, an oxyethylene unit, and an oxypropylene unit. As the polymer, a polymerizable compound (monomer) using a part of the above-mentioned monomers such as an alkyl group, an aryl group, and an oxyalkylene group as a polymerizable substituent is used, and if necessary, other polymerizable compounds. It may be obtained by adding (monomer) and polymerizing. Such a polymer may be an oligomer obtained by polymerizing about 2 to 100 monomers, or may be a polymer obtained by polymerizing 100 or more monomers. Further, in the above-mentioned R, the alkyl group, the aryl group, the alkylaryl group, the aralkyl group and the oxyalkylene group, and the polymer having the group may be halogenated at the terminal. At this time, all the ends may be halogenated, or some ends may be halogenated. Fluorine is preferable as the halogen. Examples of the halogenated terminal include an alkyl group having a fluorinated terminal, such as a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, and a 2- (tridecafluorohexyl) ethyl group. As such a phosphonic acid, for example, one or more of phenylphosphonic acid and xylenediphosphonic acid is preferable. Further, as the boronic acid-based metal salt, for example, phenylboronic acid or the like is preferable.

式(1)、(3)において、M1及びM2はアルカリ金属であり、同種のものとしてもよいし異種のものとしてもよいが、同種のものであることが好ましい。これらは、アルカリ金属であればよいが、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが好ましく、リチウムがより好ましい。式(2)、(4)において、M3は第2族元素のカチオンであることが好ましい。これは、マグネシウム、ストロンチウム、カルシウム、バリウムなどが好ましく、マグネシウムがより好ましい。 In the formulas (1) and (3), M 1 and M 2 are alkali metals and may be of the same type or different types, but are preferably of the same type. These may be alkali metals, but lithium, sodium, potassium and the like are preferable, and lithium is more preferable. In formulas (2) and (4), M 3 is preferably a cation of a Group 2 element. This is preferably magnesium, strontium, calcium, barium and the like, with magnesium being more preferred.

式(1)において、Rがアルキル基であるものとしては、式(5)に示すものなどを好適に用いることができる。式(5)では、n=0~19程度とすることができる。Rが末端をフッ素化したアルキル基であるものとしては、式(6)に示すものなどを好適に用いることができる。式(6)では、n+m=0~19程度とすることができる。このうち、n=0~3,m=3~10などが好ましい。Rがアリール基であるものとしては、式(7)に示すものなどを好適に用いることができる。なお、以下では、式(7)に示すもののうちM1及びM2がLiであるものをPhPOLiとも称する。Rがオキシアルキレン基のものとしては、式(8)に示すものなどを好適に用いることができる。式(8)では、例えば、n=1~20程度とすることができ、比較的粘度の低いものとしたい場合にはn=1~5程度が好ましく、比較的粘度の高いもの(半固体や固体を含む)としたい場合には、n=6~20程度が好ましい。なお、式(2)~(4)においても、式(5)~(8)を適用することができる。 In the formula (1), as the one in which R is an alkyl group, the one shown in the formula (5) or the like can be preferably used. In the formula (5), n = 0 to 19 can be set. As the alkyl group in which R is fluorinated at the terminal, the one represented by the formula (6) or the like can be preferably used. In the formula (6), n + m = 0 to 19 can be set. Of these, n = 0 to 3, m = 3 to 10, and the like are preferable. As the aryl group of R, those represented by the formula (7) can be preferably used. In the following, among those represented by the formula (7), those in which M 1 and M 2 are Li are also referred to as PhPOLi. As the R having an oxyalkylene group, those represented by the formula (8) can be preferably used. In the formula (8), for example, n = 1 to 20 can be set, and when it is desired to have a relatively low viscosity, n = 1 to 5 is preferable, and a relatively high viscosity (semi-solid or semi-solid) or (Including solid), n = 6 to 20 is preferable. The equations (5) to (8) can also be applied to the equations (2) to (4).

Figure 0007013653000002
Figure 0007013653000002

リン酸系アルカリ金属塩としては、例えば、式(9)、(10)に示すものが好ましい。また、ホウ酸系金属塩としては、例えば、式(11)、(12)に示すものが好ましい。式(9)~(12)において、R、M1、M2及びM3については、上述した式(1)~(8)のいずれか1以上を適用することができる。 As the phosphoric acid-based alkali metal salt, for example, those represented by the formulas (9) and (10) are preferable. Further, as the boric acid-based metal salt, for example, those represented by the formulas (11) and (12) are preferable. In the formulas (9) to (12), any one or more of the above-mentioned formulas (1) to (8) can be applied to R, M 1 , M 2 and M 3 .

Figure 0007013653000003
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ホスフィン酸系アルカリ金属塩としては、例えば、式(13)に示すものが好ましい。式(13)において、R1及びR2としては、ホスホン酸系アルカリ金属塩のRとして例示したものなどが挙げられる。R1及びR2は、同種でもよいし異種でもよい。また、式(13)において、Mはアルカリ金属であり、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが好ましく、リチウムがより好ましい。式(13)に示すものとして、より具体的には、例えば、ジエチルホスフィン酸のアルカリ金属塩や、ジメチルホスフィン酸のアルカリ金属塩、ジフェニルホスフィン酸のアルカリ金属塩、フェニルホスフィン酸のアルカリ金属塩などが挙げられる。 As the phosphinic acid-based alkali metal salt, for example, the one represented by the formula (13) is preferable. In the formula (13), examples of R 1 and R 2 include those exemplified as R of the phosphonic acid-based alkali metal salt. R 1 and R 2 may be of the same type or different types. Further, in the formula (13), M is an alkali metal, preferably lithium, sodium, potassium and the like, and more preferably lithium. More specifically, as shown in the formula (13), for example, an alkali metal salt of diethylphosphinic acid, an alkali metal salt of dimethylphosphinic acid, an alkali metal salt of diphenylphosphinic acid, an alkali metal salt of phenylphosphinic acid, etc. Can be mentioned.

Figure 0007013653000004
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カルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸及び安息香酸などが挙げられ、このうちテレフタル酸が好ましい。また、芳香族イミドとしては、ピロメリット酸ジイミド、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びフタルイミドなどが挙げられ、このうちピロメリット酸ジイミドが好ましい。また、フェノール類としては、クレゾール及びフェノールなどが挙げられ、このうちクレゾールが好ましい。 Examples of the carboxylic acid include terephthalic acid, isophthalic acid and benzoic acid, of which terephthalic acid is preferable. Examples of the aromatic imide include pyromellitic acid diimide, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianimide and phthalimide, of which pyromellitic acid diimide is preferable. Examples of phenols include cresol and phenol, of which cresol is preferable.

この電解質に含まれるカチオンは、第1族カチオン及び第2族カチオンのうち1以上である。このカチオンは、イミド構造を含むアニオンの対カチオンや、有機酸塩に含まれるカチオンである。第1族カチオンは、Li、Na、Kなどアルカリ金属のイオンであり、Liイオンが好ましい。第2族カチオンは、Be、Mg、Ca、Sr、Baなどの2価のカチオンであり、Mgが好ましい。 The cation contained in this electrolyte is one or more of the group 1 cations and the group 2 cations. This cation is a counter cation of an anion containing an imide structure or a cation contained in an organic acid salt. Group 1 cations are ions of alkali metals such as Li, Na, and K, and Li ions are preferable. The group 2 cation is a divalent cation such as Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Mg is preferable.

この電解質において、グライム、有機酸塩及びイミド塩の割合は、特に限定されるものではないが、グライムに対してイミド塩を0.2モル当量以上2モル当量以下含むものが好ましく、0.5モル当量以上1.5モル当量以下含むものがより好ましい。アルカリ金属イオンへの配位数は一般に4~6であり、グライム分子中の酸素原子がそれに配位するため、このような範囲が好ましい。また、イミド塩に対して有機酸塩を0.15モル当量以上1.7モル当量以下含むものが好ましく、0.3モル当量以上1.2モル当量以下含むものがより好ましい。有機酸塩はイミド塩と複合化して、グライムが配位した(イミド塩由来の)金属イオンの解離を促進するからである。 The ratio of the glyme, the organic acid salt and the imide salt in this electrolyte is not particularly limited, but those containing 0.2 mol equivalent or more and 2 mol equivalent or less of the imide salt with respect to the glyme are preferable, and 0.5. More preferably, it contains a molar equivalent or more and 1.5 molar equivalent or less. The coordination number to the alkali metal ion is generally 4 to 6, and since the oxygen atom in the glyme molecule coordinates to it, such a range is preferable. Further, those containing 0.15 mol equivalent or more and 1.7 mol equivalent or less of the organic acid salt with respect to the imide salt are preferable, and those containing 0.3 mol equivalent or more and 1.2 mol equivalent or less are more preferable. This is because the organic acid salt complexes with the imide salt and promotes the dissociation of the metal ion (derived from the imide salt) coordinated by the glyme.

この電解質において、添加粒子は、グライムと、イミド構造を含むアニオンの塩(イミド塩)と、有機酸塩と、添加粒子との全体に対して15質量%以上75質量%以下の範囲で電解質に含まれていることが好ましい。この範囲では、電解質の熱的安定性の低下をより抑制するか又は熱的安定性をより向上すると共に、低温でのイオン伝導度の低下をより抑制することができ、好ましい。この含有量は、含まれるグライムやイミド塩の種類、所望する湿潤状態に応じて適宜選択することができる。例えば、添加粒子の含有量を60質量%以下や50質量%以下、40質量%以下などとすれば、電解質を湿潤粉体に近い状態にすることができる。あるいは、添加粒子の含有量を20質量%以上や30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上などとすれば、電解質を濡れの少ない、粉体に近い状態にすることができる。 In this electrolyte, the added particles are added to the electrolyte in a range of 15% by mass or more and 75% by mass or less based on the total of the glyme, the anion salt containing the imide structure (imide salt), the organic acid salt, and the added particles. It is preferable that it is contained. In this range, the decrease in the thermal stability of the electrolyte can be further suppressed or the thermal stability can be further improved, and the decrease in the ionic conductivity at a low temperature can be further suppressed, which is preferable. This content can be appropriately selected depending on the type of grime or imide salt contained and the desired wet state. For example, if the content of the added particles is 60% by mass or less, 50% by mass or less, 40% by mass or less, the electrolyte can be brought into a state close to that of a wet powder. Alternatively, if the content of the added particles is 20% by mass or more, 30% by mass or more, 40% by mass or more, 50% by mass or more, the electrolyte can be brought into a state close to powder with less wetting.

この添加粒子は、無機粒子及び有機粒子を含む。無機粒子は、5nm以上300nm以下の平均粒径を有するものとしてもよい。この平均粒径は、無機粒子を電子顕微鏡(SEM)観察し、この観察画像に含まれる粒子の直径を測定して平均した値とする。この無機粒子の平均粒径は、所望する特性が得られる範囲で適宜選択することができる。この平均粒径は、例えば、100nm以下や50nm以下としてもよい。あるいは、この平均粒径は、50nm以上や100nm以上としてもよい。この無機粒子は、例えば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化銅、酸化チタン、酸化マグネシウム、ゼオライト及び窒化ホウ素のうち1以上を含むものとしてもよい。酸化アルミニウムとしては、例えば、αアルミナ、γアルミナなどが挙げられる。酸化珪素としては、例えば、フュームドシリカや球状シリカ、及びそれらのトリメチルシリル化物などが挙げられる。酸化チタンとしては、ルチル型、アナターゼ型などが挙げられ、アナターゼ型が好ましい。ゼオライトとしては、例えば、メソポーラスシリカFSM22や、FSM16、MCM41などが挙げられる。窒化ホウ素としては、例えば、ヘキサゴナル-窒化ホウ素(h-BN)などが挙げられる。無機粒子は、例えば、酸化アルミニウムや酸化珪素、酸化銅、酸化マグネシウムなどが好ましい。 The added particles include inorganic particles and organic particles. The inorganic particles may have an average particle size of 5 nm or more and 300 nm or less. The average particle size is an average value obtained by observing the inorganic particles with an electron microscope (SEM) and measuring the diameters of the particles included in the observed image. The average particle size of the inorganic particles can be appropriately selected as long as the desired characteristics can be obtained. The average particle size may be, for example, 100 nm or less or 50 nm or less. Alternatively, the average particle size may be 50 nm or more or 100 nm or more. The inorganic particles may contain, for example, one or more of aluminum oxide, silicon oxide, copper oxide, titanium oxide, magnesium oxide, zeolite and boron nitride. Examples of aluminum oxide include α-alumina and γ-alumina. Examples of silicon oxide include fumed silica, spherical silica, and trimethylsilylated products thereof. Examples of titanium oxide include rutile type and anatase type, and anatase type is preferable. Examples of the zeolite include mesoporous silica FSM22, FSM16, MCM41 and the like. Examples of the boron nitride include hexagonal-boron nitride (h-BN) and the like. As the inorganic particles, for example, aluminum oxide, silicon oxide, copper oxide, magnesium oxide and the like are preferable.

有機粒子は、フッ素を含む炭素鎖、ニトリル基及びポリエーテル構造のうち1以上を有するポリマーであるものとしてもよい。この有機粒子は、例えば、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVdF-HFP:式14)や、ポリアクリロニトリル(PAN:式15)、ポリエチレンオキシド(PEO:式16)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などが挙げられ、このうち、PVdF-HFP、PAN、PEOなどが好ましい。なお、式(14)~(16)中のx,y,nは任意の数である。また、有機粒子としては、各種の脂肪族ポリマーと芳香族ポリマーを挙げることができる。脂肪族ポリマーとしては、ポリエステル(PETなど)、ポリアミド(ナイロン66やナイロン6など)、ポリアミン(ポリアリルアミンなど)、またポリビニルポリマーであるポリアクリルアミド(PAAm)、ポリビニルピリジン(PVPy)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリメタクリレート(PMMAなど)及びポリウレタンなどを挙げることができる。芳香族ポリマーとしては、芳香族ポリアミド(アラミド)のポリ(m-フェニレンイソフタルアミド)やポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)、芳香族ポリエステル(アリレート)、芳香族ポリエーテルのポリ(p-フェニレンエーテル)(PPOなど)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリイミド(PI)、ポリベンゾアゾール類のポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリカーボネート(PC)、及びフェノール樹脂を挙げることができる。これらのポリマーは、ホモポリマーでも共重合体でもよく、またその形態は直線状でも高分岐状(ハイパーブランチ)でもよい。 The organic particles may be a polymer having one or more of a carbon chain containing fluorine, a nitrile group and a polyether structure. The organic particles include, for example, a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF-HFP: formula 14), polyacrylonitrile (PAN: formula 15), polyethylene oxide (PEO: formula 16), and polytetrafluoroethylene. (PTFE) and the like, of which PVdF-HFP, PAN, PEO and the like are preferable. Note that x, y, and n in the equations (14) to (16) are arbitrary numbers. In addition, examples of the organic particles include various aliphatic polymers and aromatic polymers. Examples of the aliphatic polymer include polyester (PET, etc.), polyamide (nylon 66, nylon 6, etc.), polyamine (polyallylamine, etc.), and polyvinyl polymers such as polyacrylamide (PAAm), polyvinylpyridine (PVPy), and polyacrylic acid (polyacrylic acid). PAA), polymethacrylate (PMMA, etc.), polyurethane and the like can be mentioned. Examples of the aromatic polymer include poly (m-phenylene isophthalamide) and poly (p-phenylene terephthalamide) of aromatic polyamide (aramid), aromatic polyester (allylate), and poly (p-phenylene ether) of aromatic polyether. (PPO, etc.), Polyethersulfonate (PES), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketone (PEK), Polyimide (PI), Polybenzoazoles Polybenzoimidazole (PBI), Polybenzoxazole (PBO) , Polybenzothiazole (PBT), polycarbonate (PC), and phenolic resins. These polymers may be homopolymers or copolymers, and their morphology may be linear or hyperbranched.

Figure 0007013653000005
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この電解質は、液体でもよいし、固体でもよいし、液体と固体との中間の性質を有する半固体(湿潤粉体)でもよいが、湿潤粉体や固体が好ましい。熱的安定性が高く、取扱いが容易だからである。この電解質は、自立膜として存在するものとしてもよい。上述した有機酸塩が重合体である場合(式(5)、(6)、(8))、及び有機粒子の高分子化合物を複合化させた場合には、自立膜となり得る。 The electrolyte may be a liquid, a solid, or a semi-solid (wet powder) having properties intermediate between the liquid and the solid, but a wet powder or a solid is preferable. This is because it has high thermal stability and is easy to handle. This electrolyte may exist as a self-supporting membrane. When the above-mentioned organic acid salt is a polymer (formula (5), (6), (8)), and when a polymer compound of organic particles is compounded, it can be a self-supporting film.

この電解質は、80℃でのイオン伝導度σ80に対する-30℃でのイオン伝導度σ-30の比である伝導度維持率(σ-30/σ80)が、2×10-4以上であることが好ましく、1×10-3以上であることがより好ましい。この範囲では、広い温度域においてイオン伝導度が安定しており、好ましい。また、電解質は、-30℃でのイオン伝導度σ-30が、3×10-3mS/cm以上であることが好ましく、1×10-2mS/cm以上であることがより好ましい。
特に、-30℃でのイオン伝導度σ-30が3×10-3mS/cm以上であれば、従来のグライム系の溶媒和イオン液体よりもイオン伝導度が高く、好ましい。
This electrolyte has a conductivity retention rate (σ -30 / σ 80 ), which is the ratio of the ionic conductivity σ 80 at 80 ° C to the ionic conductivity σ -30 at -30 ° C, when the conductivity is 2 × 10 -4 or more. It is preferably 1 × 10 -3 or more, and more preferably 1 × 10 -3 or more. In this range, the ionic conductivity is stable in a wide temperature range, which is preferable. Further, the electrolyte preferably has an ion conductivity of σ -30 at −30 ° C. of 3 × 10 -3 mS / cm or more, and more preferably 1 × 10 −2 mS / cm or more.
In particular, when the ionic conductivity σ -30 at −30 ° C. is 3 × 10 -3 mS / cm or more, the ionic conductivity is higher than that of the conventional glyme-based solvated ionic liquid, which is preferable.

この電解質の用途としては、例えば、リチウムイオン電池等のアルカリ金属イオン電池や、コンデンサー、燃料電池、太陽電池などの構成材料などが挙げられる。 Examples of applications of this electrolyte include alkali metal ion batteries such as lithium ion batteries, and constituent materials such as capacitors, fuel cells, and solar cells.

以上説明した電解質では、熱的安定性の低下をより抑制するか又は熱的安定性をより向上すると共に、低温でのイオン伝導度の低下をより抑制することができる。こうした効果が得られる理由は、以下のように推察される。ここでは、図面を用いて説明する。図1は、グライムとイミド塩と有機酸塩との結合の様子を示す概念図である。図1では、グライムはトリグライムであり、イミド塩はLiFSIであり、有機酸塩はホスホン酸系リチウム塩である場合を例として説明する。なお、その他の構成でも同様と考えられる。図1(a)は、トリグライムとLiFSIとホスホン酸系リチウム塩のモル比が1:1:0の場合、つまり、ホスホン酸系リチウム塩を添加していない場合である。図1(b)は、トリグライムとLiFSIとホスホン酸系リチウム塩のモル比が1:1:1の場合である。図1(c)は、トリグライムとLiFSIとホスホン酸系リチウム塩のモル比が2:1:1の場合である。図1(d)は、トリグライムとLiFSIとホスホン酸系リチウム塩のモル比が2:2:1の場合である。 In the electrolyte described above, the decrease in thermal stability can be further suppressed or the thermal stability can be further improved, and the decrease in ionic conductivity at low temperature can be further suppressed. The reason why such an effect is obtained is presumed as follows. Here, it will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the state of binding of grime, an imide salt, and an organic acid salt. In FIG. 1, a case where the glyme is triglime, the imide salt is LiFSI, and the organic acid salt is a phosphonic acid-based lithium salt will be described as an example. The same can be considered for other configurations. FIG. 1A shows a case where the molar ratio of triglime, LiFSI and the phosphonic acid-based lithium salt is 1: 1: 0, that is, the case where the phosphonic acid-based lithium salt is not added. FIG. 1 (b) shows a case where the molar ratio of triglyme, LiFSI, and a phosphonic acid-based lithium salt is 1: 1: 1. FIG. 1 (c) shows a case where the molar ratio of triglyme, LiFSI, and a phosphonic acid-based lithium salt is 2: 1: 1. FIG. 1 (d) shows a case where the molar ratio of triglyme, LiFSI, and a phosphonic acid-based lithium salt is 2: 2: 1.

図1(a)に示すように、トリグライムとLiFSIを混合したものでは、リチウムカチオンに対してトリグライムにおけるオキシエチレン基の酸素部位とLiFSIのFSIとが結合して溶媒和化合物を形成していると考えられる。ここに、ホスホン酸系リチウム塩などの有機酸塩を添加すると、図1(b)~(d)に示すように、ホスホン酸系リチウムの存在によって、グライムやLiFSIの電荷の状態が変化するなど、相互作用が働くと考えられる。図1(a)の(接触イオン対)溶媒和化合物の構成は、グライムの配位で酸性が弱められた錯カチオンである弱酸と、弱塩基であるFSIアニオンから成る塩である。そこへ、強酸であるLiイオンと強塩基である有機ホスホン酸アニオンから構成される、強固なイオン結合で形成された塩を加えると、そのままの形で{グライム+LiFSI}の塩と複合化した複合アニオン構造となると推察される。この複合物中では、FSIアニオンのもう1つのスルホニル基が、有機ホスホン酸LiのLiイオンと相互作用(配位結合)することで、この複合アニオン構造が安定化されると推察される。この相互作用により、FSIアニオンの負電荷密度が分散され低下する為に、グライム-Li+の錯カチオンの移動性(解離性)が向上するとのVehicle機構がより良好に作用すると考えられる。また安定な複合塩となることで会合体が大きくなり、グライムのトンネルの繋がりがよくなる為に、またFSIアニオンの相互作用が弱まる為にグライムのトンネル内のLiイオンの動きがよくなるというGrotthus機構もより良好に作用すると考えられる。これらの作用により、イオン伝導度の低下を抑制できると考えられる。 As shown in FIG. 1 (a), in the mixture of triglyme and LiFSI, the oxygen moiety of the oxyethylene group in triglyme and the FSI of LiFSI are combined with each other to form a solvate compound. Conceivable. When an organic acid salt such as a phosphonic acid-based lithium salt is added thereto, as shown in FIGS. 1 (b) to 1 (d), the state of charge of glyme and LiFSI changes due to the presence of phosphonic acid-based lithium. , It is thought that the interaction works. The composition of the (contact ion pair) solvate compound in FIG. 1 (a) is a salt composed of a weak acid, which is a complex cation whose acidity is weakened by the coordination of glyme, and an FSI anion, which is a weak base. When a salt formed by a strong ionic bond composed of Li ion, which is a strong acid, and an organic phosphonate anion, which is a strong base, is added, the complex is compounded with the salt of {Glyme + LiFSI} as it is. It is presumed to have an anionic structure. In this complex, it is presumed that the other sulfonyl group of the FSI anion interacts (coordinates) with the Li ion of the organic phosphonate Li to stabilize this complex anion structure. It is considered that the Vehicle mechanism, which improves the mobility (dissociation) of the grime-Li + complex cation, works better because the negative charge density of the FSI anion is dispersed and lowered by this interaction. In addition, the Grottus mechanism that the aggregate becomes large by becoming a stable complex salt, the connection of the grime tunnel is improved, and the interaction of FSI anions is weakened, so that the movement of Li ions in the grime tunnel is improved. It is believed to work better. It is considered that these actions can suppress the decrease in ionic conductivity.

また、この複合アニオン構造では、イオン伝導度の低下を抑制できるものの、低温領域においては、過冷却などによる凍結、固化が見られるなどまだ十分でない。図2は、複合アニオン構造と無機粒子との相互作用の説明図である。図2(b)は、フェニルホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体に無機粒子として酸性金属酸化物(シリカ、ジルコニアなど)を複合化した電解質の模式図である。この電解質では、複合アニオン構造のアニオン部が、例えば、無機粒子上の水酸基と水素結合を形成することで、グライム-Li錯カチオンの移動性(解離性)が向上することが推察される(Vehicle機構の促進)。また、それにより、酸性金属酸化物の表面に複合アニオンの均一な層が形成されるので、その近傍では、グライムのトンネルの繋がりが更によくなるために、そのトンネル内のLiカチオンの動きがよくなることが推察される(Grotthus機構の促進)。図2(c)は、フェニルホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体に無機粒子として両性又は塩基性金属酸化物(αアルミナ、γアルミナ、MgO、CuOなど)を複合化した電解質の模式図である。この電解質では、複合アニオン構造に存在するカチオン部が、例えば、無機粒子の酸素部位と相互作用することができる。したがって、この場合も、無機粒子の複合化によりVehicle機構やGrotthus機構の促進作用が生じて、低温におけるイオン伝導性の低下を抑制できると考えられる。なお、無機粒子の代わりに、ヘテロ原子を有する有機高分子(PVdF-HFP、PAN及びPEOなど)を用いても、同様の効果により低温領域でのイオン伝導性の低下を抑制できるものと推察される。 Further, although this composite anion structure can suppress a decrease in ionic conductivity, it is not yet sufficient in the low temperature region because freezing and solidification due to supercooling or the like are observed. FIG. 2 is an explanatory diagram of the interaction between the composite anion structure and the inorganic particles. FIG. 2B is a schematic diagram of an electrolyte in which an acidic metal oxide (silica, zirconia, etc.) is compounded as inorganic particles in a solvated ionic liquid to which lithium phenylphosphonate is added. In this electrolyte, it is presumed that the anion portion of the composite anion structure forms a hydrogen bond with a hydroxyl group on the inorganic particles, for example, to improve the mobility (dissociative property) of the Glyme-Li complex cation (Vehicle). Promotion of mechanism). Further, as a result, a uniform layer of the composite anion is formed on the surface of the acidic metal oxide, and in the vicinity thereof, the connection of the grime tunnel is further improved, so that the movement of the Li cation in the tunnel is improved. Is inferred (promotion of the Tunnel mechanism). FIG. 2 (c) is a schematic diagram of an electrolyte in which an amphoteric or basic metal oxide (α-alumina, γ-alumina, MgO, CuO, etc.) is compounded as an inorganic particle in a solvated ionic liquid to which lithium phenylphosphonate is added. be. In this electrolyte, the cation moiety present in the composite anion structure can interact with, for example, the oxygen moiety of the inorganic particles. Therefore, in this case as well, it is considered that the composite of the inorganic particles promotes the Vehicle mechanism and the Grottus mechanism, and the decrease in the ionic conductivity at low temperature can be suppressed. It is presumed that even if an organic polymer having a hetero atom (PVdF-HFP, PAN, PEO, etc.) is used instead of the inorganic particles, the decrease in ionic conductivity in the low temperature region can be suppressed by the same effect. To.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be carried out in various embodiments as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

以下では上述した電解質を具体的に作製した例について説明する。なお、実験例0-1~13、1-4、2-3、3-3,4、4-3、5-2、6-2、7-2、8-2、12-2、13-2、13-4、13-6が比較例に相当し、それ以外が実施例に相当する。 Hereinafter, an example in which the above-mentioned electrolyte is specifically produced will be described. Experimental Examples 0-1 to 13, 1-4, 2-3, 3-3, 4, 4-3, 5-2, 6-2, 7-2, 8-2, 12-2, 13- 2, 13-4 and 13-6 correspond to Comparative Examples, and the others correspond to Examples.

[原料の略称等]
G3:Triethyleneglycoldimethylether;東京化成工業製,分子量:178.2
G4:Tetraethyleneglycoldimethylether;東京化成工業製,分子量:222.3
LiTFSI:Lithium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide;キシダ化学製,分子量:287.1
LiFSI:Lithium Bis(fluorosulfonyl)imide;キシダ化学製,分子量:187.1
n-BuLi:n-Butyl Lithium;1.6M in hexane,Aldrich製,分子量:64.1
TMS-Br:Trimethylsilyl Bromide;和光純薬工業製,分子量:153.09
THF:Tetrahydrofuran;脱水品,和光純薬工業製
MeOH:Methylalcohol;和光純薬工業製
PhPOH:Phenylphosphonic acid;東京化成工業製,分子量:158.1
XyPOE:Xylenebis(phosphonic acid diethyl)ester;東京化成工業製,分子量:378.3
PhBOH:Phenylboronic acid;東京化成工業製,分子量:121.9
Mg(OAc)2:Magnesium acetate;和光純薬工業製,分子量:214.5
SiO2(380):フュームドシリカ(比表面積380m2/g);エアロジル製
FSM:メソポーラスシリカ(気孔径4nm、比表面積400m2/g);太陽化学製
α-Al23:α-アルミナ(平均粒径0.3μm);ビューラー製
γ-Al23:γ-アルミナ(比表面積150m2/g);日揮ユニバーサル製
TiO2:アナターゼ型(粒径10nm以下、比表面積300m2/g);石原産業製
h-BN:ヘキサゴナル・ボロンナイトライド(平均粒径1μm);Aldrich製
PVdF-HFP:ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体;Aldrich製
PAN:ポリアクリロニトリル;Aldrich製
PEO:ポリエチレンオキシド;Aldrich製
[Abbreviations for raw materials, etc.]
G3: Triethyleneglycoldimethylether; manufactured by Tokyo Chemical Industry, molecular weight: 178.2
G4: Tetraethyleneglycoldimethylether; manufactured by Tokyo Chemical Industry, molecular weight: 222.3
LiTFSI: Lithium Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide; manufactured by Kishida Chemical, molecular weight: 287.1
LiFSI: Lithium Bis (fluorosulfonyl) imide; manufactured by Kishida Chemical, molecular weight: 187.1
n-BuLi: n-Butyl Lithium; 1.6M in hexane, manufactured by Aldrich, molecular weight: 64.1
TMS-Br: Trimethylsilyl Bromide; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight: 153.09
THF: Tetrahydrofuran; dehydrated product, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. MeOH: Methylalcohol; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. PhPOH: Phenylphosphonic acid; manufactured by Tokyo Chemical Industry, molecular weight: 158.1
XyPOE: Xylenebis (phosphonic acid ester) ester; manufactured by Tokyo Chemical Industry, molecular weight: 378.3
PhBOH: Phenylboronic acid; manufactured by Tokyo Chemical Industry, molecular weight: 121.9
Mg (OAc) 2 : Magnesium acetate; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, molecular weight: 214.5
SiO 2 (380): fumed silica (specific surface area 380 m 2 / g); Aerosil FSM: mesoporous silica (pore diameter 4 nm, specific surface area 400 m 2 / g); Taiyo Kagaku α-Al 2 O 3 : α-alumina (Average particle size 0.3 μm); Buehler γ-Al 2 O 3 : γ-alumina (specific surface area 150 m 2 / g); Nikki Universal TiO 2 : Anatase type (specific surface area 300 m 2 / g) ); Ishihara Sangyo h-BN: Hexagonal boron nitride (average particle size 1 μm); Aldrich PVdF-HFP: Polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer; Aldrich PAN: Polyacrylonitrile; Aldrich PEO: Polyethylene oxide; made by Aldrich

[試料(ILb,ILj,ILi,ILd)の作製]
G3、G4、LiTFSI、LiFSIを用意した。そして、Arガスを充填したグローブボックス内で、20mLサンプル瓶に等モル量(50.0mmol)のG4(11.11g)又はG3(8.91g)と、LiTFSI(14.36g)又はLiFSI(9.36g)をとり、密封して取り出し、加熱により4種の均一溶液を得た。それぞれ、溶媒和イオン液体(ILb:G3+LiFSI)、溶媒和イオン液体(ILj:G3+LiTFSI)、溶媒和イオン液体(ILi:G4+LiFSI)、溶媒和イオン液体(ILd:G4+LiTFSI)である。なお、ILbは、調製後に気温10℃以下、2ヶ月放置したところ結晶化した。
[Preparation of samples (ILb, ILj, ILi, ILd)]
G3, G4, LiTFSI, LiFSI were prepared. Then, in a glove box filled with Ar gas, an equimolar amount (50.0 mmol) of G4 (11.11 g) or G3 (8.91 g) and LiTFSI (14.36 g) or LiFSI (9) are placed in a 20 mL sample bottle. .36 g) was taken, sealed and taken out, and heated to obtain four uniform solutions. The solvent ionic liquid (ILb: G3 + LiFSI), the solvate ionic liquid (ILj: G3 + LiTFSI), the solvate ionic liquid (ILi: G4 + LiFSI), and the solvate ionic liquid (ILd: G4 + LiTFSI), respectively. The ILb crystallized when left at a temperature of 10 ° C. or lower for 2 months after preparation.

[ILaの作製]
Arガスを充填したグローブボックス内で、予め十分乾燥させたPhPOHを0.79gと、THFを6mLを、撹拌子を入れたナスフラスコに入れ、密栓後に-30℃に冷却した低温恒温槽で冷却した。Arガス気流下で、n-BuLiの溶液6.3mLをシリンジでゆっくりと添加して反応を行った。このとき、n-BuLiを添加開始直後に白色沈殿が生じて分散液となった。添加終了後に室温で撹拌を1.5時間続けて反応を行い、反応終了後に50℃まで加熱しながら減圧処理することで脱溶媒を行い、薄黄色クリーム状の生成物であるPhPOLiを得た。なお、PhPOLiとは、PhPOHのOH基の水素がLiに置換されたものを示す。次に、Arガスを充填したグローブボックス内で、この生成物をメノウに取り出し、ILbの3.65gを加えて均一に混合し、ペースト状の黄色分散液ILa{(G3+LiFSI)+0.5PhPOLi}を得た。このILaを気温10℃以下、3ヶ月放置しても液状を保持したが、スパチュラで撹拌すると瞬時に固化した。ILbにPhPOLiを添加することで固化する傾向を抑制できるが、部分的作用であることがわかった。
[Making ILa]
In a glove box filled with Ar gas, 0.79 g of PhPOH that has been sufficiently dried in advance and 6 mL of THF are placed in an eggplant flask containing a stirrer, and after sealing, cooled in a low-temperature constant temperature bath cooled to -30 ° C. did. The reaction was carried out by slowly adding 6.3 mL of a solution of n-BuLi with a syringe under an Ar gas stream. At this time, a white precipitate was formed immediately after the start of addition of n-BuLi to form a dispersion liquid. After the addition was completed, the reaction was carried out at room temperature for 1.5 hours continuously, and after the reaction was completed, the solvent was removed by reducing the pressure while heating to 50 ° C. to obtain PhPOLi, which is a pale yellow cream-like product. In addition, PhPOLi means that the hydrogen of the OH group of PhPOH was replaced with Li. Next, in a glove box filled with Ar gas, this product is taken out into agate, 3.65 g of ILb is added and mixed uniformly, and a paste-like yellow dispersion ILa {(G3 + LiFSI) + 0.5 PhPOLi} is added. Obtained. The ILa remained liquid even when left at a temperature of 10 ° C. or lower for 3 months, but solidified instantly when stirred with a spatula. It was found that the tendency of solidification can be suppressed by adding PhPOLi to ILb, but it is a partial action.

[ILeの作製]
撹拌子を入れたナスフラスコにPhPOHを4.43g、Mg(OAc)2を6.01gとり、メタノール32mLを加えて室温で2時間撹拌した。その後、水200mLを加えて110℃の油浴中で加熱しながら撹拌を1.5時間行った。生成物を濾別後に、漏斗上で水200mLで洗浄し、一晩乾燥して白色板状の生成物であるPhPOMgを得た。このPhPOMgをFT-IRで測定したところ、図3に示すように、P-OH結合のブロードなν(O-H)吸収ピーク(2700~2560cm-1)が、生成物では消失したが、1105cm-1と1145cm-1とのν(P=O),ν(P-O-C)に基づく吸収ピークと、1440cm-1のP-C(芳香族)結合に基づく吸収ピークが見られることから、PhPOMgの生成を確認した。次に、Arガスを充填したグローブボックス内で、この生成物(0.90g)をメノウに取り出し、ILbの3.65gを加えて均一に混合し、白色乳液状の分散液ILe{(G3+LiFSI)+0.5PhPOMg}を得た。このILeを気温10℃以下、3ヶ月放置しても液状を保持したが、スパチュラで撹拌すると瞬時に固化した。
[Making ILe]
4.43 g of PhPOH and 6.01 g of Mg (OAc) 2 were taken in an eggplant flask containing a stirrer, 32 mL of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of water was added, and stirring was performed for 1.5 hours while heating in an oil bath at 110 ° C. After the product was filtered off, it was washed with 200 mL of water on a funnel and dried overnight to obtain PhPOMg, which is a white plate-like product. When this PhPOMg was measured by FT-IR, as shown in FIG. 3, the broad ν (OH) absorption peak (2700 to 2560 cm -1 ) of the P—OH bond disappeared in the product, but 1105 cm. From the fact that an absorption peak based on ν (P = O) and ν (P—O—C) between -1 and 1145 cm -1 and an absorption peak based on the PC (aromatic) bond of 1440 cm -1 can be seen. , The formation of PhPOMg was confirmed. Next, in a glove box filled with Ar gas, this product (0.90 g) was taken out into agate, 3.65 g of ILb was added and mixed uniformly, and the white emulsion dispersion ILe {(G3 + LiFSI) +0.5 PhPOMg} was obtained. The ILe remained liquid even when left at a temperature of 10 ° C. or lower for 3 months, but solidified instantly when stirred with a spatula.

[ILfの作製]
Arガスを充填したグローブボックス内で、撹拌子を入れたナスフラスコにPhBOHを0.61gとり、THF5mLを加えて溶解させ、密栓後に-30℃に冷却した低温恒温槽で冷却した。Arガス気流下で、n-BuLiの溶液6.3mLをシリンジでゆっくりと添加して反応を行った。このとき、n-BuLiの添加後は均一な透明液体となったが、-30℃で1時間撹拌したところ、白色沈殿が生じて分散液となった。添加終了後に室温で撹拌を1.5時間続けて反応を行い、反応終了後に50℃まで加熱しながら減圧処理することで脱溶媒を行い、白色クリーム状の生成物であるPhBOLiを得た。次に、Arガスを充填したグローブボックス内で、この生成物をメノウに取り出し、ILbの3.65gを加えて均一に混合し、ペースト状の黄色分散液ILf{(G3+LiFSI)+0.5PhBOLi}を得た。
[Preparation of ILf]
In a glove box filled with Ar gas, 0.61 g of PhBOH was taken in a eggplant flask containing a stirrer, 5 mL of THF was added to dissolve the mixture, and the mixture was cooled in a low temperature constant temperature bath cooled to −30 ° C. after sealing. The reaction was carried out by slowly adding 6.3 mL of a solution of n-BuLi with a syringe under an Ar gas stream. At this time, it became a uniform transparent liquid after the addition of n-BuLi, but when it was stirred at −30 ° C. for 1 hour, a white precipitate was formed and it became a dispersion liquid. After the addition was completed, the reaction was carried out at room temperature for 1.5 hours continuously, and after the reaction was completed, the solvent was removed by reducing the pressure while heating to 50 ° C. to obtain PhBOLi, which is a white cream-like product. Next, in a glove box filled with Ar gas, this product is taken out into agate, 3.65 g of ILb is added and mixed uniformly, and a paste-like yellow dispersion ILf {(G3 + LiFSI) + 0.5PhBOLi} is added. Obtained.

[ILgの作製]
はじめに、XyPOEの加水分解によるXyPOHの合成を行った。文献(J.Mater.Chem.,2007,17,4563)及び特開2008-69093号公報に記載の方法に従って、実施した。Arガスを充填したグローブボックス内で、撹拌子を入れたナスフラスコにXyPOEを3.07gとり、塩化メチレン20mLに溶解させてから密栓し、冷却管、滴下漏斗及びArガス導入管を組み合わせて反応装置を組み立てた。室温で撹拌しながら、TMS-Brの6.6mLを30分間で滴下混合した。その後、室温で6時間撹拌して反応を行った。反応終了後に装置を蒸留用に組み直して減圧脱溶媒した。Arガス気流下でメタノール17mLをフラスコ内に投入して、室温で一晩撹拌した。エバポレータで脱溶媒後に、真空乾燥させてから、アセトニトリル35mLに分散させた。固形分を濾別してから更にアセトニトリルで洗浄し、乾燥してXyPOHを得た。次に、PhPOLiと同様に、XyPOHの0.80gをTHF6mLに溶解させてから、1.6Mのn-BuLi溶液7.5mLを用いてXyPOLiを調製した。最後に、Arガスを充填したグローブボックス内で、このXyPOLi0.22gをメノウに取り出し、ILb1.11gを加えて均一に混合することで灰色粉末ILg{(G3+LiFSI)+0.25XyPOLi}を得た。
[Preparation of ILg]
First, XyPOH was synthesized by hydrolysis of XyPOE. It was carried out according to the method described in the literature (J. Mater. Chem., 2007, 17, 4563) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-69093. In a glove box filled with Ar gas, take 3.07 g of XyPOE in a eggplant flask containing a stirrer, dissolve it in 20 mL of methylene chloride, close it tightly, and react by combining a cooling tube, a dropping funnel and an Ar gas introduction tube. Assembled the device. 6.6 mL of TMS-Br was added dropwise over 30 minutes with stirring at room temperature. Then, the reaction was carried out by stirring at room temperature for 6 hours. After completion of the reaction, the apparatus was reassembled for distillation and desolvated under reduced pressure. 17 mL of methanol was added into the flask under an Ar gas stream, and the mixture was stirred overnight at room temperature. After desolving with an evaporator, the mixture was vacuum dried and then dispersed in 35 mL of acetonitrile. The solid content was separated by filtration, further washed with acetonitrile, and dried to obtain XyPOH. Next, as with PhPOLi, 0.80 g of XyPOH was dissolved in 6 mL of THF, and then 7.5 mL of 1.6 M n-BuLi solution was used to prepare XyPOLi. Finally, 0.22 g of this XyPOLi was taken out into agate in a glove box filled with Ar gas, and 1.11 g of ILb was added and mixed uniformly to obtain a gray powder ILg {(G3 + LiFSI) +0.25XyPOLi}.

[無機ナノ粒子を複合化させたILa,ILbの作製]
無機ナノ粒子には、両性酸化物のα-Al23と、γ-Al23と、酸性酸化物のフュームドシリカSiO2(380)、メソポーラスシリカFSM22、塩基性酸化物のMgO、CuO、中性無機ナノ粒子で水和性が高いTiO2(アナターゼ)、中性無機ナノ粒子で疎水性が高いヘキサゴナル・窒化ホウ素h-BNを用いた。この無機ナノ粒子をILaと混合することにより、全体に対する無機ナノ粒子の含有量が22質量%、50質量%、55質量%である複合物を調製した。また、ILbとこれらの無機ナノ粒子との複合物も同様に調製したが、含有量を25質量%、55質量%、61質量%とした。
[Preparation of ILa and ILb in which inorganic nanoparticles are composited]
The inorganic nanoparticles include α-Al 2 O 3 of an amphoteric oxide, γ-Al 2 O 3 , fumed silica SiO 2 (380) of an acidic oxide, mesoporous silica FSM22, and MgO of a basic oxide. CuO, TiO 2 (anatase) with neutral inorganic nanoparticles and high hydration, and hexagonal / boron nitride h-BN with neutral inorganic nanoparticles with high hydrophobicity were used. By mixing the inorganic nanoparticles with ILa, a composite having a total content of the inorganic nanoparticles of 22% by mass, 50% by mass, and 55% by mass was prepared. The composites of ILb and these inorganic nanoparticles were also prepared in the same manner, but the contents were 25% by mass, 55% by mass, and 61% by mass.

無機ナノ粒子としてα-Al23を用いた例を代表として説明する。Arガスを充填したグローブボックス内でILa0.36gと、予め乾燥したα-Al23の0.45gとをメノウ上で均一にすりつぶして混合することで白色パテ状の湿潤粉体として生成物IL4a(55質量%)を得た。このIL4aの理論組成は、{(G3+LiFSI)+0.5PhPOLi}+α-Al23(55質量%)である。 An example in which α-Al 2 O 3 is used as the inorganic nanoparticles will be described as a representative. 0.36 g of ILa and 0.45 g of pre-dried α-Al 2 O 3 are uniformly ground on agate and mixed in a glove box filled with Ar gas to form a product as a white putty-like wet powder. IL4a (55% by mass) was obtained. The theoretical composition of IL4a is {(G3 + LiFSI) + 0.5PhPOLi} + α-Al 2 O 3 (55% by mass).

[無機ナノ粒子を複合化させたILe,ILf,ILgの作製]
溶媒和イオン液体ILe、ILf、ILgを用い、無機ナノ粒子としてα-Al23、γ-Al23、及びSiO2(380)、を用いて、上記と同様に無機ナノ粒子を複合化させた溶媒和イオン液体を作製した。無機ナノ粒子の含有量は、50質量%、55質量%及び56質量%とした。
[Preparation of ILe, ILf, ILg in which inorganic nanoparticles are composited]
Using the solvated ionic liquids ILe, ILf, and ILg, and using α-Al 2 O 3 , γ-Al 2 O 3 , and SiO 2 (380) as the inorganic nanoparticles, the inorganic nanoparticles are compounded in the same manner as above. A solvated ionic liquid was prepared. The contents of the inorganic nanoparticles were 50% by mass, 55% by mass and 56% by mass.

[無機ナノ粒子を複合化させたILhの作製]
上記と同様の手順により、溶媒和イオン液体ILh{(G4+LiFSI)+0.5PhPOLi}を作製した。また、この 溶媒和イオン液体ILhを用い、無機ナノ粒子としてTiO2、α-Al23及びフュームドシリカSiO2(380)を用いて、上記と同様に無機ナノ粒子を複合化させた溶媒和イオン液体IL16h、IL4h、IL6hを作製した。無機ナノ粒子の含有量は、それぞれ53質量%、44質量%及び48質量%とした。
[Preparation of ILh in which inorganic nanoparticles are compounded]
A solvated ionic liquid ILh {(G4 + LiFSI) + 0.5PhPOLi} was prepared by the same procedure as above. Further, using this solvent-containing ionic liquid ILh and using TiO 2 , α-Al 2 O 3 and fumed silica SiO 2 (380) as the inorganic nanoparticles, a solvent in which the inorganic nanoparticles are composited in the same manner as described above. Japanese ionic liquids IL16h, IL4h, and IL6h were prepared. The contents of the inorganic nanoparticles were 53% by mass, 44% by mass and 48% by mass, respectively.

[有機ナノ粒子を複合化させたILa,ILbの作製]
無機ナノ粒子に代えて、有機高分子化合物のPVdF-HFP、PAN及びPEOを用い、溶媒和イオン液体ILa、ILbに対して上記と同様に有機ナノ粒子を複合化させた。有機ナノ粒子の含有量は、ILaでは55質量%、ILbでは60質量%とした。
[Preparation of ILa and ILb in which organic nanoparticles are compounded]
Instead of the inorganic nanoparticles, the organic polymer compounds PVdF-HFP, PAN and PEO were used, and the organic nanoparticles were complexed with the solvated ionic liquids ILa and ILb in the same manner as described above. The content of the organic nanoparticles was 55% by mass for ILa and 60% by mass for ILb.

上記作製した溶媒和イオン液体及び添加粒子を複合化した電解質を表1、2にまとめて示した。また、実験例番号は、表1,2に示した通りとした。なお、略号には、α-Al23に「4」、γ-Al23に「3」、SiO2(380)に「6」、FSM22に「7」、MgOに「14」、CuOに「15」、TiO2に「16」、h-BNに「17」、PVdF-HFPに「8」、PANに「9」、PEOに「10」を付して、各試料を区別した。また、溶媒和イオン液体ILa、ILe、ILf、ILg、ILhの具体的構造は、式(17)~(21)である。 Tables 1 and 2 summarize the prepared electrolytes in which the solvated ionic liquid and the added particles are combined. The experimental example numbers are as shown in Tables 1 and 2. The abbreviations are "4" for α-Al 2 O 3 , "3" for γ-Al 2 O 3 , "6" for SiO 2 (380), "7" for FSM22, and "14" for MgO. Each sample was distinguished by adding "15" to CuO, "16" to TiO 2 , "17" to h-BN, "8" to PVdF-HFP, "9" to PAN, and "10" to PEO. .. The specific structures of the solvated ionic liquids ILa, ILe, ILf, ILg, and ILh are formulas (17) to (21).

Figure 0007013653000007
Figure 0007013653000007

(イオン伝導度の測定)
Arを充填したグローブボックス中で、各測定セルの内部(直径φ=10mm)に各試料を入れた。そして、ステンレス製電極で挟み、気泡を抜き密封した。そのときの膜厚を測定後、測定セルを恒温槽内に置いて、25℃,10℃,-10℃,-30℃,-10℃,10℃,25℃,45℃,60℃,70℃,80℃,80℃,70℃,60℃,45℃,25℃となるようにした。インピーダンス測定は、各温度で1時間保持した後に行った。但し、氷点下の温度では1.5時間保持した。このインピーダンス測定は、振幅電圧を100mVにして、0.1MHz-1.0Hzの間で0.5pts/secで行った。得られたCole-ColeプロットのZ’の実軸切片の値もしくはBode線図でθが最小となる|Z|を抵抗値(R)として求めた。この値(R)と膜厚t(cm)及び電極面積S(cm2)から、次式に従いイオン伝導度σ(Scm-1)を算出した。その結果を図4~20に示す。なお、図4~20の横軸のTの単位はケルビン(K)である。
σ=1/R × t/S
(Measurement of ionic conductivity)
Each sample was placed inside each measurement cell (diameter φ = 10 mm) in a glove box filled with Ar. Then, it was sandwiched between stainless steel electrodes to remove air bubbles and sealed. After measuring the film thickness at that time, place the measuring cell in a constant temperature bath and place it in a constant temperature bath at 25 ° C, 10 ° C, -10 ° C, -30 ° C, -10 ° C, 10 ° C, 25 ° C, 45 ° C, 60 ° C, 70. The temperature was adjusted to ° C., 80 ° C., 80 ° C., 70 ° C., 60 ° C., 45 ° C., and 25 ° C. Impedance measurement was performed after holding at each temperature for 1 hour. However, the temperature was kept below freezing for 1.5 hours. This impedance measurement was performed at 0.5 pts / sec between 0.1 MHz and 1.0 Hz with an amplitude voltage of 100 mV. The value of the real axis section of Z'in the obtained Cole-Cole plot or | Z | in which θ is the minimum in the Bode diagram was obtained as the resistance value (R). From this value (R), the film thickness t (cm), and the electrode area S (cm 2 ), the ionic conductivity σ (Scm -1 ) was calculated according to the following equation. The results are shown in FIGS. 4 to 20. The unit of T on the horizontal axis in FIGS. 4 to 20 is Kelvin (K).
σ = 1 / R × t / S

(TG-DTA測定)
TG-DTA測定装置(理学社製Thermo plusTG8120)を用い、Ar気流下(50mL/分)で、試料15mgをPtパン上で10℃/分で昇温して熱重量測定を行った。標準試料は、α-Al23とした。
(TG-DTA measurement)
Using a TG-DTA measuring device (Thermo plus TG8120 manufactured by Rigaku Co., Ltd.), 15 mg of a sample was heated at 10 ° C./min on a Pt pan under an Ar air flow (50 mL / min), and thermogravimetric analysis was performed. The standard sample was α-Al 2 O 3 .

(実験結果と考察)
表1、2に、実験例0~16の、略号、TGの-10質量%の温度(℃)、主としてLiFSIの熱分解温度Td(℃)、吸熱温度ピーク温度(℃)、80℃、25℃、-30℃におけるイオン伝導度(σ80,σ25,σ-30)、-30℃におけるイオン伝導度を80℃におけるイオン伝導度で除した値である伝導度維持率(σ-30/σ80)、σ-T曲線のスムーズ性、試料の組成をまとめて示した。なお、表中の「His」はヒステリシスが存在することを示す。また、表1、2では25℃のイオン伝導度について、最初の25℃、-30℃から昇温後の25℃の値、80℃から冷却時の25℃を「-」で区切ってそれぞれ示した。
(Experimental results and discussion)
Tables 1 and 2 show the abbreviations of Experimental Examples 0 to 16, the temperature (° C) of -10% by mass of TG, mainly the thermal decomposition temperature Td (° C) of LiFSI, the heat absorption temperature peak temperature (° C), 80 ° C, 25. Conductivity maintenance rate (σ -30 /), which is the value obtained by dividing the ionic conductivity at -30 ° C (σ 80 , σ 25 , σ -30 ) and the ionic conductivity at -30 ° C by the ionic conductivity at 80 ° C. σ 80 ), the smoothness of the σ-T curve, and the composition of the sample are shown together. In addition, "His" in the table indicates that hysteresis exists. In Tables 1 and 2, the ionic conductivity at 25 ° C is shown by separating the initial 25 ° C, the value of 25 ° C after raising the temperature from -30 ° C, and the 25 ° C at the time of cooling from 80 ° C by "-". rice field.

Figure 0007013653000008
Figure 0007013653000008

Figure 0007013653000009
Figure 0007013653000009

(実験例0-1~0-10について)
図4は、溶媒和イオン液体ILb、ILj、ILi、ILdのσ-T曲線である。ILb、ILj、ILiでは、σ-T曲線上にヒステリシスが観察された。なお、このとき、ILb、ILj、ILi、ILdは、液状であった。また、ILbは、冬季間(気温10℃以下)放置することにより固形化した。この凍結固体に対してXRD測定を行ったところ、結晶に基づくと考えられる規則的なXRDパターンが得られた。図5は、固化後の溶媒和イオン液体ILbのXRDパターンである。このため、ILbでは、試料を25℃から冷却する際に、過冷却状態が生じることにより、ヒステリシスを示したものと考えられた。そして、試料が冷却により凍結した後の昇温では、低温領域(-10~-30℃など)でσ値が低下したものと推察された。一方、ILdでは、σ-T曲線において、このようなヒステリシスは観察されなかった。このため、ILdでは、融点がより低く、この測定条件では、安定な液状を保持できると考えられた。
(Experimental examples 0-1 to 0-10)
FIG. 4 is a σ−T curve of solvated ionic liquids ILb, ILj, ILi, and ILd. Hysteresis was observed on the σ-T curve for ILb, ILj, and ILi. At this time, ILb, ILj, ILi, and ILd were liquid. In addition, ILb was solidified by being left to stand during the winter season (temperature of 10 ° C. or lower). When XRD measurement was performed on this frozen solid, a regular XRD pattern considered to be based on crystals was obtained. FIG. 5 is an XRD pattern of the solvated ionic liquid ILb after solidification. Therefore, it is considered that ILb exhibited hysteresis due to the occurrence of a supercooled state when the sample was cooled from 25 ° C. Then, it was presumed that the σ value decreased in the low temperature region (-10 to -30 ° C., etc.) when the temperature was raised after the sample was frozen by cooling. On the other hand, in ILd, such hysteresis was not observed in the σ-T curve. Therefore, it was considered that ILd has a lower melting point and can maintain a stable liquid under these measurement conditions.

図6は、溶媒和イオン液体ILb、ILaの凍結前後のσ-T曲線である。ILbでは、σ値が低温領域で大きく低下するが、それが、凍結固化したものでは-30℃から-10℃への昇温時にCole-Coleプロットが大きく乱れて数値が得られなくなった(ND:no data)。一方、ILaでも、凍結によるσ値の低温領域での低下は見られたが、その程度は小さかった。この結果からは、ILbに対しては、十分ではないがPhPOLiの添加効果が作用することを確認できた。以下に、このILaに対して添加粒子を複合化し、低温領域でのイオン伝導度と熱的安定性の改善を検討した。 FIG. 6 is a σ−T curve before and after freezing of the solvated ionic liquids ILb and ILa. In ILb, the σ value drops significantly in the low temperature region, but in the frozen solidified one, the Core-Cole plot is greatly disturbed when the temperature rises from -30 ° C to -10 ° C, and no numerical value can be obtained (ND). : No data). On the other hand, in ILa as well, a decrease in the σ value due to freezing was observed in the low temperature region, but the degree was small. From this result, it was confirmed that the addition effect of PhPOLi acts on ILb, although it is not sufficient. Below, the added particles were compounded with respect to this ILa, and the improvement of ionic conductivity and thermal stability in the low temperature region was examined.

(実験例1-1~4について)
図7は、溶媒和イオン液体ILaに対して両性金属酸化物であるαアルミナを複合化した実験例1-1~3と、溶媒和イオン液体ILbに対してαアルミナを複合化した実験例1-4のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、αアルミナが増すほどに湿潤粉体から粉体へと変わった。実験例1-4(IL4b(61%))では、σ-T曲線の低温領域でσ値の低下が顕著であるのに対し、実験例1-1~3では、いずれの含有量でもσ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。実験例1-1,2は、αアルミナを含まないILaと変わらないσ-T曲線を示し、25℃で1mS/cmを超えた。表1に示すように、それらのT(-10%)は、202℃、212℃であり、ILaの163℃、実験例1-4の174℃を大きく上回った。ILaにαアルミナを複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の大幅な向上が認められた。
(About Experimental Examples 1-1 to 4)
FIG. 7 shows Experimental Examples 1-1 to 3 in which α-alumina, which is an amphoteric metal oxide, is compounded with the solvated ionic liquid ILa, and Experimental Example 1 in which α-alumina is compounded with the solvated ionic liquid ILb. It is a σ-T curve of -4. The skeleton of these composites changed from wet powder to powder as α-alumina increased. In Experimental Example 1-4 (IL4b (61%)), the decrease in σ value is remarkable in the low temperature region of the σ-T curve, whereas in Experimental Examples 1-1 to 3, σ- The T curve showed a smooth curve, and no sharp decrease in σ value was observed in the low temperature region. Experimental Examples 1-1 and 2 showed the same σ-T curve as ILa containing no α-alumina, and exceeded 1 mS / cm at 25 ° C. As shown in Table 1, their T (-10%) was 202 ° C. and 212 ° C., which greatly exceeded ILa's 163 ° C. and Experimental Example 1-4's 174 ° C. By compounding α-alumina with ILa, it was confirmed that the ionic conductivity in the low temperature region was improved and the thermal stability was significantly improved.

(実験例2-1~3について)
図8は、溶媒和イオン液体ILaに対して両性金属酸化物であるγアルミナを複合化した実験例2-1~2と、溶媒和イオン液体ILbに対してγアルミナを複合化した実験例2-3のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、γアルミナが増すほどに湿潤粉体から粉体へと変わった。実験例2-3(IL3b(25%))では、σ-T曲線の低温領域で大きなヒステリシスを示し、-30℃では測定不能であったのに対し、実験例2-1~2では、いずれの含有量でもσ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。実験例2-1は、γアルミナを含まないILaと変わらないσ-T曲線を示し、25℃で1mS/cmを超えた。表1に示すように、そのT(-10%)は、178℃であり、ILaの163℃、実験例2-3の160℃を上回った。ILaにγアルミナを複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の大幅な向上が認められた。
(About Experimental Examples 2-1 to 3)
FIG. 8 shows Experimental Examples 2-1 and 2 in which γ-alumina, which is an amphoteric metal oxide, is compounded with the solvated ionic liquid ILa, and Experimental Example 2 in which γ-alumina is compounded with the solvated ionic liquid ILb. It is a σ-T curve of -3. The skeleton of these composites changed from wet powder to powder as γ-alumina increased. In Experimental Example 2-3 (IL3b (25%)), a large hysteresis was shown in the low temperature region of the σ-T curve and measurement was not possible at -30 ° C, whereas in Experimental Examples 2-1 and 2, any of them The σ-T curve showed a smooth curve even in the content of sigma, and no sharp decrease in sigma value was observed in the low temperature region. Experimental Example 2-1 showed the same σ-T curve as ILa containing no γ-alumina, and exceeded 1 mS / cm at 25 ° C. As shown in Table 1, the T (-10%) was 178 ° C, which was higher than 163 ° C of ILa and 160 ° C of Experimental Example 2-3. By compounding γ-alumina with ILa, it was confirmed that the ionic conductivity in the low temperature region was improved and the thermal stability was significantly improved.

(実験例3-1~4について)
図9は、溶媒和イオン液体ILaに対して酸性金属酸化物であるフュームドシリカ(380)を複合化した実験例3-1~2と、溶媒和イオン液体ILbに対してフュームドシリカ(380)を複合化した実験例3-3~4のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、フュームドシリカ(380)が増すほどに湿潤粉体から粉体へと変わった。実験例3-1~4では、いずれもσ-T曲線の低温領域で滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。25℃でのσ値は、実験例3-1,3が約2mS/cmであり、実験例3-2,4がそれぞれ0.3mS/cm、1.2mS/cmであった。一方、T(-10%)は、実験例3-1,2が184℃、197℃であり、ILaの163℃を上回ったのに対して、実験例3-3,4が162℃、89℃であった。フュームドシリカ(380)を複合化する場合には、有機酸塩であるPhPOLiを添加しない溶媒和イオン液体ILbを用いても低温領域のイオン伝導性は十分に改善されるが、有機酸塩であるPhPOLiを添加すると熱的安定性の向上が同時に認められた。
(About Experimental Examples 3-1 to 4)
FIG. 9 shows Experimental Examples 3-1 to 2 in which fumed silica (380), which is an acidic metal oxide, is compounded with the solvated ionic liquid ILa, and fumed silica (380) with respect to the solvated ionic liquid ILb. ) Is a composite of the σ-T curves of Experimental Examples 3-3-4. The skeletons of these composites changed from wet powder to powder as the amount of fumed silica (380) increased. In Experimental Examples 3-1 to 4, a smooth curve was shown in the low temperature region of the σ-T curve, and no sharp decrease in the σ value was observed in the low temperature region. The σ values at 25 ° C. were about 2 mS / cm in Experimental Examples 3-1 and 3, and 0.3 mS / cm and 1.2 mS / cm in Experimental Examples 3-2 and 4, respectively. On the other hand, the T (-10%) was 184 ° C. and 197 ° C. in Experimental Examples 3 and 1 and 197 ° C., which exceeded 163 ° C. in ILa, whereas the temperature in Experimental Examples 3-3 and 4 was 162 ° C. and 89 ° C. It was ° C. When the fumed silica (380) is composited, the ionic conductivity in the low temperature region is sufficiently improved by using the solvated ionic liquid ILb to which the organic acid salt PhPOLi is not added, but the organic acid salt is used. Addition of a certain PhPOLi was found to improve thermal stability at the same time.

(実験例4-1~3について)
図10は、溶媒和イオン液体ILaに対して酸性金属酸化物であるメソポーラスシリカFSM22を複合化した実験例4-1~2と、溶媒和イオン液体ILbに対してFSM22を複合化した実験例4-3のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、FSM22が増すほどに湿潤粉体から粉体へと変わった。実験例4-1~3では、いずれもσ-T曲線の低温領域で滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。25℃でのσ値は、実験例4-1が0.7mS/cmを示すが、実験例4-2,3では、約0.001mS/cmまで低下した。含有量の増加によりσ値が減少する理由は、例えば、FSM22は40nmの細孔が存在するため、粒子表面のOH基の密度が低下したことがアニオン部との相互作用に影響を及ぼしたためであると推察された。一方、T(-10%)は、実験例4-1,2が188℃、203℃であり、ILaの163℃を上回ったのに対して、実験例4-3が159℃と下回った。FSM22を複合化する場合には、その添加量が40質量%以下、より好ましくは30質量%以下など比較的低い範囲においては、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の向上が認められた。
(About Experimental Examples 4-1 to 3)
FIG. 10 shows Experimental Examples 4-1 and 2 in which mesoporous silica FSM22, which is an acidic metal oxide, is combined with the solvated ionic liquid ILa, and Experimental Example 4 in which FSM22 is combined with the solvated ionic liquid ILb. It is a σ−T curve of -3. The skeletons of these composites changed from wet powder to powder as FSM22 increased. In Experimental Examples 4-1 to 3, a smooth curve was shown in the low temperature region of the σ-T curve, and no sharp decrease in the σ value was observed in the low temperature region. The σ value at 25 ° C. was 0.7 mS / cm in Experimental Example 4-1 but decreased to about 0.001 mS / cm in Experimental Examples 4-2 and 3. The reason why the σ value decreases due to the increase in the content is that, for example, FSM22 has pores of 40 nm, and the decrease in the density of OH groups on the particle surface affected the interaction with the anion part. It was speculated that there was. On the other hand, the T (-10%) was 188 ° C. and 203 ° C. in Experimental Examples 4-1 and 2, which was higher than 163 ° C. in ILa, while it was lower than 159 ° C. in Experimental Example 4-3. In the case of compounding FSM22, in a relatively low range such as 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, the ionic conductivity in the low temperature region is improved and the thermal stability is improved. Was recognized.

(実験例5-1,2について)
図11は、溶媒和イオン液体ILaに対して塩基性金属酸化物であるMgOを複合化した実験例5-1と、溶媒和イオン液体ILbに対してMgOを複合化した実験例5-2のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、実験例5-1が湿潤粉体であり実験例5-2が粉体である。実験例5-2(IL14b(61%))では、σ-T曲線の低温領域で小さなヒステリシスを示し、σ値の低下が見られるのに対し、実験例5-1では、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。実験例5-1は、25℃で0.4mS/cmを示した。表1に示すように、そのT(-10%)は、213℃であり、ILaの163℃、実験例5-2の199℃を上回った。塩基性金属酸化物であるMgOを複合化する場合は、有機酸塩であるPhPOLiを添加した溶媒和イオン液体を用いると、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の向上が認められ、有機酸塩であるPhPOLiを用いない溶媒和イオン液体との差が明瞭であった。
(About Experimental Examples 5-1 and 2)
FIG. 11 shows Experimental Example 5-1 in which MgO, which is a basic metal oxide, is compounded with the solvated ionic liquid ILa, and Experimental Example 5-2 in which MgO is compounded with the solvated ionic liquid ILb. It is a σ−T curve. As for the skeleton of these composites, Experimental Example 5-1 is a wet powder and Experimental Example 5-2 is a powder. In Experimental Example 5-2 (IL14b (61%)), a small hysteresis is shown in the low temperature region of the σ-T curve and a decrease in the σ value is observed, whereas in Experimental Example 5-1 the σ-T curve is shown. It showed a smooth curve, and no sharp decrease in σ value was observed in the low temperature region. Experimental Example 5-1 showed 0.4 mS / cm at 25 ° C. As shown in Table 1, the T (-10%) was 213 ° C, which was higher than 163 ° C of ILa and 199 ° C of Experimental Example 5-2. When complexing MgO, which is a basic metal oxide, using a solvated ionic liquid containing PhPOLi, which is an organic acid salt, improves ionic conductivity and thermal stability in the low temperature region. It was observed, and the difference from the solvated ionic liquid without PhPOLi, which is an organic acid salt, was clear.

(実験例6-1,2について)
図12は、溶媒和イオン液体ILaに対して塩基性金属酸化物であるCuOを複合化した実験例6-1と、溶媒和イオン液体ILbに対してCuOを複合化した実験例6-2のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、湿潤粉体である。実験例6-2(IL15b(61%))では、σ-T曲線の低温領域で小さなヒステリシスを示し、σ値の低下が見られるのに対し、実験例6-1では、σ-T曲線の低下は見られたがヒステリシスが消失した。実験例6-1は、25℃で1mS/cmを示した。表2に示すように、そのT(-10%)は、206℃であり、ILaの163℃を大きく上回った。溶媒和イオン液体ILaにCuOを複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の大幅な向上が認められた。
(About Experimental Examples 6-1 and 2)
FIG. 12 shows Experimental Example 6-1 in which CuO, which is a basic metal oxide, is compounded with the solvated ionic liquid ILa, and Experimental Example 6-2 in which CuO is compounded with the solvated ionic liquid ILb. It is a σ−T curve. The skeleton of these composites is a wet powder. In Experimental Example 6-2 (IL15b (61%)), a small hysteresis was shown in the low temperature region of the σ-T curve and a decrease in the σ value was observed, whereas in Experimental Example 6-1 the σ-T curve showed a small hysteresis. There was a decrease, but the hysteresis disappeared. Experimental Example 6-1 showed 1 mS / cm at 25 ° C. As shown in Table 2, its T (-10%) was 206 ° C, which was much higher than ILa's 163 ° C. By compounding CuO with the solvated ionic liquid ILa, it was found that the ionic conductivity in the low temperature region was improved and the thermal stability was significantly improved.

(実験例7-1,2について)
図13は、溶媒和イオン液体ILaに対して水和性が高い中性金属酸化物であるTiO2(アナターゼ)を複合化した実験例7-1と、溶媒和イオン液体ILbに対してTiO2を複合化した実験例7-2のσ-T曲線である。TiO2(アナターゼ)では、85℃、2時間の常圧乾燥を施すと、表面近くの運動性が高い強固な構造であり塩基性を示す級着水が減少することによって、酸性を示すものの割合が増加し、表面が酸性になる。この実施例では、TiO2を75℃、1晩、真空乾燥を行ったが、酸性金属酸化物と同様の複合効果を期待できる。これらの複合物の形骸は、粉体である。実験例7-2(IL16b(61%))では、σ-T曲線の低温領域で小さなヒステリシスを示し、σ値の低下が見られるのに対し、実験例7-1では、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下は見られなかった。実験例7-1は、25℃で0.8mS/cmを示した。表2に示すように、そのT(-10%)は、162℃であり、ILaの163℃と同等であった。溶媒和イオン液体ILaにTiO2を複合化することにより、熱的安定性の向上は見られなかったが、低温領域でのイオン伝導性の向上が認められた。熱的安定性の向上がみられなかった理由は、TiO2表面のOH基が吸着水由来であるため、熱的特性の向上に寄与できなかったものと推察された。
(About Experimental Examples 7-1 and 2)
FIG. 13 shows Experimental Example 7-1 in which TiO 2 (anathase), which is a neutral metal oxide having high hydration to the solvated ionic liquid ILa, is complexed, and TiO 2 to the solvated ionic liquid ILb. It is a σ-T curve of Experimental Example 7-2 in which. TiO 2 (anathase) has a strong structure with high motility near the surface when dried under atmospheric pressure at 85 ° C for 2 hours, and the proportion of those showing acidity due to the decrease in basic water landing. Increases and the surface becomes acidic. In this example, TiO 2 was vacuum dried at 75 ° C. overnight, and the same combined effect as that of the acidic metal oxide can be expected. The skeleton of these composites is powder. In Experimental Example 7-2 (IL16b (61%)), a small hysteresis is shown in the low temperature region of the σ-T curve and a decrease in the σ value is observed, whereas in Experimental Example 7-1, the σ-T curve is shown. It showed a smooth curve, and no sharp decrease in σ value was observed in the low temperature region. Experimental Example 7-1 showed 0.8 mS / cm at 25 ° C. As shown in Table 2, its T (-10%) was 162 ° C, which was equivalent to 163 ° C of ILa. By complexing TiO 2 with the solvated ionic liquid ILa, no improvement in thermal stability was observed, but improvement in ionic conductivity in the low temperature region was observed. It is presumed that the reason why the improvement in thermal stability was not observed was that the OH group on the surface of TiO 2 was derived from the adsorbed water, so that it could not contribute to the improvement in thermal characteristics.

(実験例8-1,2について)
図14は、溶媒和イオン液体ILaに対して疎水性の中性金属酸化物であるヘキサゴナル-窒化ホウ素(h-BN)を複合化した実験例8-1と、溶媒和イオン液体ILbに対してh-BNを複合化した実験例8-2のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、粉体である。実験例8-1,2では、共にσ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域でσ値の低下が見られなかった。実験例8-1は、25℃で0.3mS/cmを示し、実験例8-2は、25℃で0.4mS/cmとほぼ同じ値を示した。この理由は、例えば、h-BNが中性で且つ疎水性の無機粒子であるため、その表面上にFSIアニオンや複合アニオンが複合できるサイトが無く、単に物理吸着するからであると推察された。表2に示すように、実験例8-1のT(-10%)は、194℃であり、ILaの163℃を大きく上回った。h-BNを複合化する場合には、有機酸塩であるPhPOLiを添加しない溶媒和イオン液体ILbを用いても低温領域のイオン伝導性は十分に改善されるが、有機酸塩を添加すると熱的安定性の向上が同時に認められた。
(About Experimental Examples 8-1 and 2)
FIG. 14 shows Experimental Example 8-1 in which hexagonal-boron nitride (h-BN), which is a neutral metal oxide hydrophobic to the solvated ionic liquid ILa, is composited, and the solvated ionic liquid ILb. It is a σ-T curve of Experimental Example 8-2 in which h-BN was compounded. The skeleton of these composites is powder. In Experimental Examples 8-1 and 8, the σ-T curve showed a smooth curve, and no decrease in the σ value was observed in the low temperature region. Experimental Example 8-1 showed 0.3 mS / cm at 25 ° C., and Experimental Example 8-2 showed almost the same value as 0.4 mS / cm at 25 ° C. It was speculated that the reason for this is that, for example, since h-BN is a neutral and hydrophobic inorganic particle, there is no site on the surface where an FSI anion or a composite anion can be combined, and it is simply physically adsorbed. .. As shown in Table 2, the T (-10%) of Experimental Example 8-1 was 194 ° C, which was much higher than 163 ° C of ILa. When h-BN is complexed, the ionic conductivity in the low temperature region is sufficiently improved even if a solvent-containing ionic liquid ILb to which the organic acid salt PhPOLi is not added is used, but when the organic acid salt is added, heat is generated. At the same time, improvement in stability was observed.

(実験例0-11~13について)
図15は、有機酸塩であるPhPOLiとは異なる有機酸塩であるPhPOMg、PhBOLi、XyPOLiを用いた実験例0-11~13(ILe,ILf,ILg)のσ-T曲線である。図15及び表1に示すように、これらを添加した溶媒和イオン液体では、低温領域でのσ値は大きく低下した。以下では、これらに無機粒子を複合化した効果を検討した。
(About Experimental Examples 0-11 to 13)
FIG. 15 is a σ-T curve of Experimental Examples 0-11 to 13 (ILE, ILf, ILg) using PhPOMg, PhBOLi, and XyPOLi, which are organic acid salts different from the organic acid salt PhPOLi. As shown in FIGS. 15 and 1, in the solvated ionic liquid to which these were added, the σ value in the low temperature region was significantly reduced. In the following, the effect of combining these with inorganic particles was examined.

(実験例9-1~3について)
図16は、フェニルホスホン酸マグネシウムを添加した溶媒和イオン液体ILeに対してγアルミナ、αアルミナ及びフュームドシリカ(380)を複合化した実験例9-1~3のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、湿潤粉体から粉体である。ILeに無機粒子を複合化することで、いずれの場合も、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下はほぼ見られなかった。実験例9-1~3は、25℃でそれぞれ0.2mS/cm、0.8mS/cm、0.3mS/cmであり、ILeの0.03mS/cmよりも向上した。表2に示すように、それらのT(-10%)は、それぞれ165℃、198℃、194℃であり、溶媒和イオン液体ILeの191℃と同程度であった。溶媒和イオン液体ILeに無機粒子を複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上が認められた。
(About Experimental Examples 9-1 to 3)
FIG. 16 is a σ-T curve of Experimental Examples 9-1 to 3 in which γ-alumina, α-alumina and fumed silica (380) are combined with a solvated ionic liquid ILe to which magnesium phenylphosphonate is added. The skeletons of these composites are from wet powder to powder. By compounding the inorganic particles with ILe, the σ-T curve showed a smooth curve in each case, and almost no sharp decrease in the σ value was observed in the low temperature region. Experimental Examples 9-1 to 9-3 were 0.2 mS / cm, 0.8 mS / cm, and 0.3 mS / cm, respectively, at 25 ° C., which were higher than 0.03 mS / cm of ILe. As shown in Table 2, their T (-10%) were 165 ° C, 198 ° C and 194 ° C, respectively, which were comparable to those of the solvated ionic liquid ILe at 191 ° C. By compounding the inorganic particles with the solvated ionic liquid ILe, improvement of ionic conductivity in the low temperature region was observed.

(実験例10-1~3について)
図17は、フェニルボロン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体ILfに対してγアルミナ、αアルミナ及びフュームドシリカ(380)を複合化した実験例10-1~3のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、湿潤粉体から粉体である。ILfに無機粒子を複合化することで、いずれの場合も、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下はほぼ見られなかった。実験例10-1~3は、25℃でそれぞれ0.2mS/cm、0.6mS/cm、0.3mS/cmであり、ILfの0.02mS/cmよりも向上した。表2に示すように、それらのT(-10%)は、それぞれ167℃、183℃、176℃であり、溶媒和イオン液体ILeの148℃を大きく上回った。溶媒和イオン液体ILfに無機粒子を複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上と同時に熱的安定性の向上が認められた。
(About Experimental Examples 10-1 to 3)
FIG. 17 is a σ-T curve of Experimental Examples 10-1 to 3 in which γ-alumina, α-alumina and fumed silica (380) are combined with a solvated ionic liquid ILf to which lithium phenylboronic acid is added. The skeletons of these composites are from wet powder to powder. By compounding the inorganic particles with ILf, the σ-T curve showed a smooth curve in each case, and almost no sharp decrease in the σ value was observed in the low temperature region. Experimental Examples 10-1 to 3 were 0.2 mS / cm, 0.6 mS / cm, and 0.3 mS / cm, respectively, at 25 ° C., which were higher than the ILf of 0.02 mS / cm. As shown in Table 2, their T (-10%) were 167 ° C, 183 ° C and 176 ° C, respectively, which greatly exceeded the 148 ° C of the solvated ionic liquid ILe. By complexing the inorganic particles with the solvated ionic liquid ILf, it was found that the ionic conductivity was improved in the low temperature region and the thermal stability was improved.

(実験例11-1,2について)
図18は、キシレンビスホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体ILgに対してγアルミナ及びフュームドシリカ(380)を複合化した実験例11-1,2のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、粉体である。ILgに無機粒子を複合化することで、いずれの場合も、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下はほぼ見られなかった。実験例11-1,2は、25℃でそれぞれ0.2mS/cm、0.4mS/cmであり、ILgの0.4mS/cmと同程度であった。表2に示すように、それらのT(-10%)は、それぞれ162℃、193℃であり、溶媒和イオン液体ILgの188℃と同程度であった。溶媒和イオン液体ILgに無機粒子を複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上が認められた。
(About Experimental Examples 11-1 and 11-1)
FIG. 18 is a σ-T curve of Experimental Examples 11-1 and 11-1 in which γ-alumina and fumed silica (380) are combined with a solvated ionic liquid ILg to which lithium xylenebisphosphonate is added. The skeleton of these composites is powder. By compounding the inorganic particles with ILg, the σ-T curve showed a smooth curve in each case, and almost no sharp decrease in the σ value was observed in the low temperature region. In Experimental Examples 11-1 and 11-1 and 2, 0.2 mS / cm and 0.4 mS / cm, respectively, at 25 ° C., which were about the same as 0.4 mS / cm of ILg. As shown in Table 2, their T (-10%) were 162 ° C and 193 ° C, respectively, which were comparable to 188 ° C of the solvated ionic liquid ILg. By compounding the inorganic particles with the solvated ionic liquid ILg, improvement in ionic conductivity in the low temperature region was observed.

(実験例12-1~4について)
図19は、G4とLiFSIを用いた溶媒和イオン液体ILhに対してTiO2、αアルミナ及びフュームドシリカ(380)を複合化した実験例12-1,3,4と、溶媒和イオン液体ILiに対してTiO2を複合化した実験例12-2のσ-T曲線である。なお、図19には、溶媒和イオン液体ILh、ILiの測定結果も示した。これらの複合物の形骸は、湿潤粉体から粉体である。ILiにPhPOLiを添加したILhでは、低温領域でのイオン伝導度が若干向上するが、ヒステリシスの存在と低温領域でのσ値の低下はほぼ変わらない。しかし、ILhに無機粒子を複合化することで、いずれの場合も、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域で急激的なσ値の低下はほぼ見られなかった。実験例12-1,3,4は、25℃でそれぞれ0.5mS/cm、0.3mS/cm、0.2mS/cmであった。表2に示すように、実験例12-1,2のT(-10%)は、それぞれ178℃、157℃であり、実験例12-1の方がイオン伝導度が若干高く、熱的安定性も高いことがわかった。また、実験例12-3,4のT(-10%)は、それぞれ205℃、214℃であり、溶媒和イオン液体ILiの198℃よりも高かった。溶媒和イオン液体ILhに無機粒子を複合化することにより、低温領域でのイオン伝導性の向上と熱的安定性の向上とが認められた。
(About Experimental Examples 12-1 to 4)
FIG. 19 shows Experimental Examples 12-1, 3 and 4 in which TiO 2 , α-alumina and fumed silica (380) are combined with the solvated ionic liquid ILh using G4 and LiFSI, and the solvated ionic liquid ILi. It is a σ-T curve of Experimental Example 12-2 in which TiO 2 is compounded with respect to the above. Note that FIG. 19 also shows the measurement results of the solvated ionic liquids ILh and ILi. The skeletons of these composites are from wet powder to powder. In ILh in which PhPOLi is added to ILi, the ionic conductivity in the low temperature region is slightly improved, but the presence of hysteresis and the decrease in σ value in the low temperature region are almost the same. However, by compounding the inorganic particles with ILh, the σ-T curve showed a smooth curve in each case, and a sharp decrease in the σ value was hardly observed in the low temperature region. Experimental Examples 12-1, 3 and 4 were 0.5 mS / cm, 0.3 mS / cm and 0.2 mS / cm, respectively, at 25 ° C. As shown in Table 2, the T (-10%) of Experimental Examples 12-1 and 12-1 and 12 is 178 ° C. and 157 ° C., respectively, and Experimental Example 12-1 has slightly higher ionic conductivity and is thermally stable. It turned out that the sex is also high. The T (-10%) of Experimental Examples 12-3 and 4 was 205 ° C. and 214 ° C., respectively, which were higher than those of the solvated ionic liquid ILi at 198 ° C. By complexing the inorganic particles with the solvated ionic liquid ILh, it was found that the ionic conductivity was improved and the thermal stability was improved in the low temperature region.

(実験例13-1~6について)
図20は、溶媒和イオン液体ILa,ILbに対して有機高分子化合物のPVdF-HFP、PAN、PEOを有機粒子として複合化した実験例13-1~6のσ-T曲線である。これらの複合物の形骸は、湿潤粉体から粉体である。溶媒和イオン液体ILbと有機粒子とを複合化したものをみると、低温領域でのσ値が向上はするが、σ-T曲線が滑らかな曲線となったのは、実験例13-6のみで、実験例13-2,4では、低温領域でヒステリシスが若干残った。即ち、この向上の程度は、有機粒子の構造に依存した。一方、PhPOLiを添加した溶媒和イオン液体ILaと有機粒子を複合化した実験例13-1,3,5では、いずれの場合も、σ-T曲線が滑らかな曲線を示し、低温領域での急激的なσ値の低下はほぼ見られなかった。実験例13-1,3,5は、25℃でそれぞれ0.2~0.3mS/cmであった。この結果は、推定した複合アニオンのイオン性サイトによる吸着メカニズムが有機粒子のヘテロ原子部位に対しても、無機粒子と同様に発現したためと推察された。表2に示すように、実験例13-3,5のT(-10%)は、それぞれ130℃、106℃であり、実験例13-4,6の138℃、111℃と同程度であった。また、実験例13-1のT(-10%)は、183℃であり、実験例13-2の159℃よりも高く、熱的安定性の向上が認められた。なお、高い含有率で有機粒子と複合化することができる優位点としては、膜状電解質が得られる点である。一般のゲル電解質に比べて固形分率が高いため、取り扱いが容易な電解質膜となる。その調製方法は、特に限定されないが、ここで示したものは、σ測定セル中で圧粉成形された電解質膜である。
(About Experimental Examples 13-1 to 6)
FIG. 20 is a σ-T curve of Experimental Examples 13-1 to 6 in which PVdF-HFP, PAN, and PEO of organic polymer compounds are composited as organic particles with respect to solvated ionic liquids ILa and ILb. The skeletons of these composites are from wet powder to powder. Looking at the composite of the solvated ionic liquid ILb and the organic particles, the σ value in the low temperature region is improved, but the σ-T curve becomes a smooth curve only in Experimental Example 13-6. In Experimental Examples 13-2 and 4, some hysteresis remained in the low temperature region. That is, the degree of this improvement depended on the structure of the organic particles. On the other hand, in Experimental Examples 13-1, 3 and 5 in which the solvated ionic liquid ILa to which PhPOLi was added and the organic particles were combined, the σ-T curve showed a smooth curve in each case, and the σ-T curve showed a sharp curve in the low temperature region. There was almost no decrease in the σ value. Experimental Examples 13-1, 3 and 5 were 0.2 to 0.3 mS / cm at 25 ° C., respectively. This result was presumed to be due to the fact that the adsorption mechanism of the estimated composite anion by the ionic site was expressed at the heteroatom site of the organic particles in the same manner as that of the inorganic particles. As shown in Table 2, the T (-10%) of Experimental Examples 13-3 and 5 was 130 ° C. and 106 ° C., respectively, which were similar to those of Experimental Examples 13-4 and 6 at 138 ° C. and 111 ° C. rice field. The T (-10%) of Experimental Example 13-1 was 183 ° C, which was higher than that of Experimental Example 13-2 at 159 ° C, and an improvement in thermal stability was observed. The advantage of being able to combine with organic particles at a high content is that a film-like electrolyte can be obtained. Since the solid content is higher than that of a general gel electrolyte, the electrolyte membrane is easy to handle. The preparation method is not particularly limited, but what is shown here is an electrolyte membrane which is powder-molded in a σ measuring cell.

(メカニズムの考察)
まず、溶媒和イオン液体に対する有機酸塩(フェニルホスホン酸リチウム)の添加効果について、{(G3+LiFSI)+0.5PhPOLi}を一例として考察する。図1に示すように、トリグライムとLiFSIを等モル量混合すると、リチウムカチオンに対してトリグライムにおけるオキシエチレンの酸素部位とFSIアニオンとが結合して溶媒和化合物を形成すると考えられる。この溶媒和化合物は、グライムに配位したLi+の錯カチオンに対してFSIアニオンがイオン結合すると同時にそのスルホニル基をLi+に配位させることでその対構造が形成された接触イオン対(CIP)型の構造をとるものと推察される。この溶媒和化合物を電位下に置くと、グライムに配位したLi+の錯カチオン全体が移動すると考えられる(例えば、J.Am.Chem.Soc.,2011,133,13121参照)。したがって、電位下では、この溶媒和化合物の構造が接触イオン対(CIP)型から溶媒分離型イオン対(SSIP)に変わり、その後、高溶媒和フリーイオンとなることで、イオン伝導するメカニズム(Vehicle機構)が考えられる。これと同時に、溶媒和化合物の集合体で形成されるグライムのトンネルの中をLi+がホッピング伝導するメカニズム(Grotthus機構)も作用すると考えられる。したがって、こうしたものでは、-30℃などの低温になると、CIP→SSIP(→フリーイオン)への平衡移動が抑制されるために、グライム-Li錯カチオンの移動が制限されるものと考えられる。これに対して、フェニルホスホン酸などの有機酸を添加すると、その存在によってグライムやLiFSIの電荷の状態が変化するなど、相互作用が働くと考えられる(図1(d)など参照)。接触イオン対溶媒和化合物の構造は、グライムの配位で酸性が弱められた錯カチオンである弱酸と、弱塩基であるFSIアニオンからなる塩である。そこへ、強酸であるLi+と強塩基であるフェニルホスホネートアニオンから構成され強固なイオン結合で形成された塩を加えると、図2(a)に示すように、そのままの形でグライム+LiFSIの塩2当量で複合化した構造となると推察された。この複合塩中では、FSIアニオンのもう一方のスルホニル基がフェニルホスホン酸リチウムのLi+と相互作用することで、その複合塩構造が安定化されるものと推察された。この相互作用により、FSIアニオンの負電荷密度が更に分散され、低下するために、グライム-Li錯カチオンの移動性(解離性)が向上するVehicle機構がより良好に作用すると考えられた。また、安定な複合塩となることで、会合体が大きくなり、グライムのトンネルの繋がりがよくなるためにまた、FSIアニオンの相互作用が弱まるために、グライムのトンネル内のLiカチオンの動きがよくなるというGrotthus機構もより良好に作用すると考えられた。これらの作用により、低温でのイオン伝導度の低下を抑制できるものと考えられた。
(Consideration of mechanism)
First, the effect of adding an organic acid salt (lithium phenylphosphonate) on a solvated ionic liquid will be considered using {(G3 + LiFSI) + 0.5PhPOLi} as an example. As shown in FIG. 1, when triglyme and LiFSI are mixed in equal molar amounts, it is considered that the oxygen moiety of oxyethylene in triglyme and the FSI anion are bonded to the lithium cation to form a solvate compound. This solvate compound has a contact ion pair (CIP) in which the pair structure is formed by ionic bonding the FSI anion to the Li + complex cation coordinated to the glyme and at the same time coordinating the sulfonyl group to Li +. ) It is presumed to have a type structure. When this solvate compound is placed under potential, the entire complex cation of Li + coordinated to grime is considered to move (see, for example, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13121). Therefore, under potential, the structure of this solvate compound changes from a contact ion pair (CIP) type to a solvent-separated ion pair (SSIP), and then becomes a highly solvated free ion, thereby conducting an ion conduction mechanism (Vehicle). Mechanism) is conceivable. At the same time, it is considered that the mechanism of hopping conduction of Li + in the tunnel of grime formed by the aggregate of solvated compounds (Grotthus mechanism) also acts. Therefore, in such a case, it is considered that the movement of the grime-Li complex cation is restricted because the equilibrium movement from CIP to SIPP (→ free ion) is suppressed at a low temperature such as −30 ° C. On the other hand, when an organic acid such as phenylphosphonic acid is added, it is considered that an interaction works such that the charge state of grime or LiFSI changes depending on its presence (see FIG. 1 (d) and the like). The structure of the catalytic ion-solvate compound is a salt consisting of a weak acid, which is a complex cation whose acidity is weakened by the coordination of glyme, and an FSI anion, which is a weak base. When a salt composed of a strong acid Li + and a strong base phenylphosphonate anion and formed by a strong ionic bond is added thereto, as shown in FIG. 2 (a), a salt of glyme + LiFSI as it is. It was presumed that the structure would be complex with 2 equivalents. In this complex salt, it was speculated that the other sulfonyl group of the FSI anion interacts with Li + of lithium phenylphosphonate to stabilize the complex salt structure. It was considered that this interaction further disperses and lowers the negative charge density of the FSI anion, so that the Vehicle mechanism that improves the mobility (dissociation) of the grime-Li complex cation works better. In addition, the stable complex salt enlarges the aggregates and improves the connection of the grime tunnel, and also weakens the interaction of FSI anions, which improves the movement of Li cations in the grime tunnel. The Grotthus mechanism was also thought to work better. It is considered that these actions can suppress the decrease in ionic conductivity at low temperatures.

ところで、トリグライムとLiFSIからなる溶媒和イオン液体(G3+LiFSI)は、寒冷な冬季になると、凍結することがあることがわかった。一方、テトラグライムとLiTFSIからなる溶媒和イオン液体(G4+LiTFSI)は、凍結は見られずに液状のままであった。これは、グライムやジスルホニルイミドアニオンの分子量がより小さい場合に、グライムに配位したLi錯カチオンとFSIアニオンとの間のイオン性相互作用が十分には弱まらないことが原因と考えられる。この場合に、フェニルホスホン酸リチウムの添加効果により、低温でのイオン導電性は向上するが、溶媒和イオン液体の凍結を阻止するまでには至らないと考えられる。 By the way, it has been found that the solvated ionic liquid (G3 + LiFSI) composed of triglyme and LiFSI may freeze in the cold winter season. On the other hand, the solvated ionic liquid (G4 + LiTFSI) composed of tetraglyme and LiTFSI remained liquid without any freezing. It is considered that this is because the ionic interaction between the Li complex cation coordinated to grime and the FSI anion is not sufficiently weakened when the molecular weight of grime or disulfonylimide anion is smaller. .. In this case, it is considered that the effect of adding lithium phenylphosphonate improves the ionic conductivity at low temperatures, but does not prevent the solvated ionic liquid from freezing.

図2(b)には、フェニルホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体(G3+LiFSI)に無機粒子として酸性金属酸化物(シリカ、ジルコニアなど)を複合化した電解質を模式的に示した。この複合アニオン構造のアニオン部が、例えば、無機粒子上の水酸基と水素結合を形成することで、グライム-Li錯カチオンの移動性(解離性)が向上するVehicle機構の促進が考えられる。また、それにより、酸性金属酸化物の表面に複合アニオンの均一な層が形成されるので、その近傍では、グライムのトンネルの繋がりが更によくなるために、そのトンネル内のLiカチオンの動きがよくなるというGrotthus機構の促進作用も考えられる。 FIG. 2B schematically shows an electrolyte in which an acidic metal oxide (silica, zirconia, etc.) is complexed as an inorganic particle in a solvated ionic liquid (G3 + LiFSI) to which lithium phenylphosphonate is added. It is conceivable that the anion portion of this composite anion structure, for example, forms a hydrogen bond with a hydroxyl group on the inorganic particles to promote the Vehicle mechanism that improves the mobility (dissociation) of the glyme-Li complex cation. In addition, as a result, a uniform layer of composite anions is formed on the surface of the acidic metal oxide, and in the vicinity thereof, the connection of the grime tunnel is further improved, so that the movement of the Li cation in the tunnel is improved. The promoting action of the Grotthus mechanism is also considered.

図2(c)には、フェニルホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体(G3+LiFSI)に無機粒子として両性又は塩基性金属酸化物(αアルミナ、γアルミナ、MgO、CuOなど)を複合化した電解質を模式的に示した。この複合アニオン構造に存在するカチオン部は、例えば、無機粒子の酸素部位と相互作用することができる。したがって、この場合も、無機ナノ粒子の複合化によりVehicle機構やGrotthus機構の促進作用が生じて、低温におけるイオン伝導性の低下を抑制できると考えられる。なお、無機粒子の代わりに、ヘテロ原子を有する有機高分子(PVdF-HFP、PAN及びPEO)を用いても、同様の効果により低温領域でのイオン伝導性の低下を抑制できるものと推察される。 FIG. 2 (c) shows an electrolyte in which an amphoteric or basic metal oxide (α-alumina, γ-alumina, MgO, CuO, etc.) is compounded as an inorganic particle in a solvent-containing ionic liquid (G3 + LiFSI) to which lithium phenylphosphonate is added. Is schematically shown. The cation moiety present in this composite anion structure can interact with, for example, the oxygen moiety of the inorganic particles. Therefore, in this case as well, it is considered that the composite of the inorganic nanoparticles promotes the Vehicle mechanism and the Grottus mechanism, and the decrease in the ionic conductivity at low temperature can be suppressed. It is presumed that even if an organic polymer having a hetero atom (PVdF-HFP, PAN and PEO) is used instead of the inorganic particles, the decrease in ionic conductivity in the low temperature region can be suppressed by the same effect. ..

これら、添加粒子の複合化による促進効果は粒子表面で発現するため、電解質全体が液状である必要が無い。したがって、添加粒子の添加量をSoggySand効果のように数質量%以下に留める必要が無く、添加粒子が22質量%以上、55質量%以上添加されて粉末状の電解質としても、低温領域でのイオン伝導性の低下が抑制される。また、このような電解質では、室温以上でのイオン伝導性は、溶媒和イオン液体に並ぶ大きさを示す。このように、フェニルホスホン酸リチウムを添加した溶媒和イオン液体に添加粒子を複合化した電解質では、難燃性の粒子が多くなるために、熱的安定性が向上することも、熱重量分析での10質量%減少温度の上昇で確認できた。 Since the promoting effect of the composite of the added particles is exhibited on the surface of the particles, the entire electrolyte does not need to be liquid. Therefore, it is not necessary to keep the addition amount of the added particles to several mass% or less as in the Soggy Sand effect, and even if the added particles are added in an amount of 22% by mass or more and 55% by mass or more to form a powdery electrolyte, ions in the low temperature region are obtained. The decrease in conductivity is suppressed. Further, in such an electrolyte, the ionic conductivity at room temperature or higher shows a magnitude comparable to that of a solvated ionic liquid. In this way, in the electrolyte in which the added particles are compounded with the solvated ionic liquid to which lithium phenylphosphonate is added, the number of flame-retardant particles is increased, so that the thermal stability is improved. It was confirmed by the increase in the temperature decrease by 10% by mass.

本明細書で開示する電解質は、例えばアルカリ金属イオン二次電池、コンデンサ、燃料電池、太陽電池などの構成材料として利用可能である。 The electrolyte disclosed herein can be used as a constituent material of, for example, an alkali metal ion secondary battery, a capacitor, a fuel cell, a solar cell and the like.

Claims (3)

電解質であって、
トリグライムジメチルエーテル(G3)及びテトラグライムジメチルエーテル(G4)のうち1以上である主成分としてのグライムと、
ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)である、イミド構造を含むアニオンと、
リチウムイオンであるカチオンと、
フェニルホスホン酸、キシレンジホスホン酸及びフェニルボロン酸のうち1以上である有機酸塩と、
酸性、両性、塩基性及び中性のうち1以上である金属酸化物を含む無機粒子とヘテロ原子を含む有機粒子とのうち少なくとも一方を含む添加粒子と、を含み、
前記添加粒子は、前記グライムと前記イミド構造を含むアニオンの塩と前記添加粒子との全体に対して15質量%以上75質量%以下の範囲で前記電解質に含まれており、
前記グライムに対して前記イミド構造を含むアニオンを0.5モル当量以上1.5モル当量以下の範囲で含み、
前記イミド構造を含むアニオンに対して前記有機酸塩を0.15モル当量以上1.2モル当量以下の範囲で含み、
前記無機粒子は、酸化銅、酸化マグネシウム、ゼオライト及び窒化ホウ素のうち1以上である、電解質。
It ’s an electrolyte,
Grime as a main component, which is one or more of triglime dimethyl ether (G3) and tetraglyme dimethyl ether (G4),
An anion containing an imide structure, which is a bis (fluorosulfonyl) imide anion (FSI),
Cations that are lithium ions and
Phenylphosphonic acid, xylenediphosphonic acid, organic acid salt which is one or more of phenylboronic acid, and
Including inorganic particles containing a metal oxide which is one or more of acidic, amphoteric, basic and neutral, and additive particles containing at least one of organic particles containing a heteroatom.
The added particles are contained in the electrolyte in a range of 15% by mass or more and 75% by mass or less with respect to the total of the grime, the anion salt containing the imide structure, and the added particles.
An anion containing the imide structure is contained in the grime in a range of 0.5 molar equivalent or more and 1.5 molar equivalent or less.
The organic acid salt is contained in the range of 0.15 molar equivalent or more and 1.2 molar equivalent or less with respect to the anion containing the imide structure.
The inorganic particles are one or more of copper oxide, magnesium oxide, zeolite and boron nitride, an electrolyte.
前記無機粒子は、5nm以上300nm以下の平均粒径を有する、請求項1に記載の電解質。 The electrolyte according to claim 1, wherein the inorganic particles have an average particle size of 5 nm or more and 300 nm or less. 前記有機粒子は、フッ素を含む炭素鎖、ニトリル基及びポリエーテル構造のうち1以上を有するポリマーである、請求項1又は2に記載の電解質。 The electrolyte according to claim 1 or 2, wherein the organic particles are a polymer having one or more of a carbon chain containing fluorine, a nitrile group and a polyether structure.
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