WO2012099259A1 - イオン性化合物、その製造方法、並びに、これを用いた電解液、及び、蓄電デバイス - Google Patents

イオン性化合物、その製造方法、並びに、これを用いた電解液、及び、蓄電デバイス Download PDF

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organic
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貴之 小畠
正幸 岡島
泰祐 笠原
泰之 三好
出穂 岡田
直彦 板山
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株式会社日本触媒
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Definitions

  • the present invention relates to an ionic compound, a method for producing the same, an electrolytic solution using the same, and a storage device.
  • An ionic compound and an electrolyte material containing the same are used for ion conductors such as various batteries by ion conduction, and in addition to a battery having a charge / discharge mechanism such as a primary battery, a lithium ion secondary battery or a fuel cell, an electric field It is used for electrochemical devices, such as a capacitor, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, a solar cell, and an electrochromic display element.
  • ionic compounds suitably used for these electrochemical devices, and examples thereof include hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, trifluoromethylsulfonylimide (TFSI), dicyanoamide (DCA), Alkali metal salts or organic cation salts such as tricyanomethide (TCM) have been proposed.
  • TMSI trifluoromethylsulfonylimide
  • DCA dicyanoamide
  • TCM tricyanomethide
  • Patent Documents 1 and 2 among the above-mentioned ionic compounds, compounds having an anion having a structure in which N, C, B, etc. are central elements and a cyano group is bonded thereto are studied.
  • An ionic compound having an anion of the above structure is excellent in ion conductivity and exhibits properties such as thermal, physical and electrochemical stability, indicating that it is suitably used as an electrolyte of various electrochemical devices. It is done.
  • TCB salt tetracyanoborate ([B - (CN) 4 ], sometimes hereinafter referred to as TCB)
  • TCB salt An ionic compound (TCB salt) having an anion of The TCB salt has a property as an ionic liquid, that is, a liquid which is liquid even at room temperature and is stable thermally, physically, and electrochemically, and therefore, it can be used for various applications in addition to the production method thereof.
  • the application is examined (patent documents 3 and 4).
  • Patent Document 5 discloses an ionic compound in which a part of a cyano group bonded to boron of TCB is substituted with an alkoxy group or a thioalkoxy group, and the ionic compound is useful as an ionic liquid or the like. It is stated that it is.
  • JP 2004-165131 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-6240 Japanese Patent Application Publication No. 2006-517546 WO 2010/021391 pamphlet International Publication No. 2010/086131 brochure
  • a storage device used for a power source of a mobile phone, a personal computer, a home appliance, a car, etc. is considered.
  • demands for miniaturization and high performance are increasing year by year, and high power storage devices are required.
  • an ionic compound for the improvement of the performance of the storage device, it is also conceivable to study an ionic compound. That is, if the substituent of cyanoborate can be converted to any substituent, physical properties such as melting point and solubility in an organic solvent can be changed according to the application while having properties as TCB, and the above-mentioned request It is considered possible to provide an ionic compound suitable for the present invention.
  • the cyanoborate salt has a very high affinity for water, and it has been clarified by the studies of the present inventors that it is difficult to reduce the water content even when heated to high temperatures. That is, in the compounds containing cyano anions, moisture and free CN - liable to remain in the ionic compound produced is, if it contains such impurities, the lower the heat resistance of the ionic compound Tend.
  • the present invention was made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an ionic compound containing cyanoborate, in particular, an ionic compound having a reduced content of a predetermined impurity.
  • an electrolyte material for a storage device which is difficult to be decomposed even under high voltage, an electrolyte material having a reduced water content which adversely affects the electrochemical characteristics of the storage device, And it is providing the electrical storage device using this electrolyte material.
  • the electrolytic solution of the present invention is characterized by containing the ionic compound represented by the general formula (1) and a solvent.
  • M n + ([B (CN) 4-m Y m ] - ) n (1)
  • M n + represents a monovalent, divalent or trivalent organic or inorganic cation, and Y is a halogen, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms of the main chain which may have a halogen
  • —C (O) R 14 , —S (O) 1 R 14 , —Z (R 14 ) 2 or —XR 14 wherein R 14 is H, halogen, or having 1 to 10 atoms in the main chain Z represents N or P, X represents O or S, l represents an integer of 1 to 2, m represents an integer of 1 to 3, and n is an integer of 1 to 3
  • Y is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain which may have a halogen, —C (O) R 14 , -S (O) 1 R 14 , -Z (R 14 ) 2 or -XR 14 is preferable, and Y is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain which may have halogen. Or -OR 14 is more preferred.
  • the ionic compound in which Mn + is a metal ion and the ionic compound in which Mn + is an organic cation are all preferred embodiments of the present invention.
  • the present invention also includes devices using the above-mentioned electrolytic solution.
  • M n + ([B (CN) 4-m Y m ] - ) n (1)
  • M n + represents a monovalent, divalent or trivalent organic or inorganic cation
  • Y represents halogen, or a main chain having 1 to 10 carbon atoms which may have a halogen) hydrocarbon radical
  • -C (O) R 14, -S (O) l R 14, represents -Z (R 14) 2 or -XR 14, R 14 is, H, halogen, or atoms in the main chain 1 to 10 represent an organic substituent
  • Z represents N or P
  • X represents O or S
  • l represents an integer of 1 to 2
  • m represents an integer of 1 to 3
  • n is 1 to Represents an integer of 3.
  • M n + ([B (CN) 4-m Y m ] - ) n (1)
  • carbon in the main chain in which Y is -OR 14 and the organic substituent represented by R 14 may have a halogen
  • the compound is an alkylsulfonyl group of 1 to 10, an arylsulfonyl group of 6 to 10 carbon atoms which may have halogen, or an alkylsilyl group of 1 to 10 carbon atoms.
  • the present invention also includes an ionic compound represented by the general formula (6), which is characterized in that the content of water as an impurity is 3000 ppm or less.
  • M n + ([B (CN) 4-m (XR 14 ) m ] - ) n (6)
  • M n + represents a monovalent, divalent or trivalent organic or inorganic cation
  • X represents O or S
  • R 14 represents H, halogen, or the number of atoms in the main chain is 1
  • m represents an integer of 1 to 3
  • n represents an integer of 1 to 3
  • the above-mentioned ionic compound preferably has a CN - content as an impurity of 10000 ppm or less.
  • the present invention also includes a method for producing the ionic compound represented by the general formula (6).
  • the production method of the present invention is characterized in that a cyanide compound, a boron compound, and a halogen salt of an organic or inorganic cation are reacted.
  • Mn + ([B (CN) 4-m (XR 14 ) m ] - ) n (6)
  • Mn + represents a monovalent, divalent or trivalent organic or inorganic cation
  • X represents O or S
  • R 14 represents H, halogen, or the number of atoms in the main chain Represents an organic substituent of 1 to 10
  • m represents an integer of 1 to 3
  • n represents an integer of 1 to 3.
  • the cyanide compound is preferably a trialkylsilyl cyanide.
  • the ionic compound of the present invention represented by the above general formula (1) is considered to be less likely to cause deterioration of physical properties derived from the impurities contained in the ionic compound, since the content of the predetermined impurities is reduced.
  • the electrolytic solution of the present invention containing the ionic compound (1) and a solvent is less likely to cause decomposition even in a high voltage range.
  • it is possible to obtain an electrolyte material such as an electrolyte solution having a reduced water content and the like that adversely affect the electrochemical characteristics of the storage device. Therefore, by using the electrolyte material of the present invention for the electrolytic solution, an electrolytic solution having good voltage resistance can be obtained.
  • this electrolytic solution is less likely to cause corrosion and deterioration of a storage device member such as an electrode, and as a result, deterioration of the electrochemical characteristics of the storage device can also be suppressed.
  • cyanoborate salts having 1 to 3 cyano groups and optional substituents can be obtained.
  • FIG. 1 is a graph showing the LSV measurement results of Experimental Example 2-3-1.
  • FIG. 2 is a graph showing the LSV measurement results of Experimental Example 2-3-2.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of the initial charge and discharge test of Experimental Example 2-4.
  • FIG. 4 is a diagram showing the LSV measurement results of Experimental Example 4-2.
  • the ionic compound according to the present invention is a compound represented by the general formula (1); Mn + ([B (CN) 4-m Y m ] ⁇ ) n (hereinafter referred to as ionic compound (1) It is an ionic compound comprising an organic or inorganic cation represented by Mn + and a cyanoborate anion represented by ([B (CN) 4-m Y m ] ⁇ ).
  • Y is a halogen, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms of the main chain which may have a halogen, -C (O) R 14 , -S (O) l R 14 , -Z (R 14 ) 2 or -XR 14 is represented, R 14 is H, halogen, or an organic substituent having 1 to 10 atoms in the main chain, and Z is N or P (preferably N represents N, X represents O or S (preferably O), l represents an integer of 1 to 2, m represents an integer of 1 to 3, and n represents an integer of 1 to 3.
  • the ionic compound (1) according to the present invention is a cyanoborate anion constituting the ionic compound (1), which is a TCB salt in that a part of the cyano group bound to boron is substituted with a Y group. It is different. That is, while the TCB salt has a structure in which only a cyano group is directly bonded to boron, the ionic compound (1) according to the present invention has a structure in which a cyano group and a Y group are bonded to boron. There is. Therefore, due to the difference in the structure, it is expected to have physical properties different from those of the TCB salt in terms of melting point and solubility in organic solvents.
  • Cyanoborate anion [B (CN) 4-m Y m ] - Cyano anions according to the present invention, the boron, a cyano group: and -CN, -Y are bonded to the general formula: [B (CN) 4- m Y m] - has a structure represented by.
  • m is an integer of 1 to 3
  • m is The cyanoborate anions of 2 dicyanoborate anions: [B (CN) 2 Y 2 ] ⁇
  • Y is a halogen, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms of the main chain which may have a halogen, -C (O) R 14 , -S ( O) represents 1 R 14 , Z (R 14 ) 2 or XR 14 .
  • m is 2 or 3
  • two or more Ys may be the same or different, and two or more Ys may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a B atom.
  • Y constituting the cyanoborate anion is a halogen
  • examples of Y include F, Cl, Br and I.
  • Y is a halogen
  • m is preferably 2 or more. At this time, it is preferable that two or more Y's are different halogens or halogen and a substituent other than halogen.
  • the hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain includes methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl and tert-butyl Alkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as pentyl, hexyl, heptyl, octyl and 2-ethylhexyl; vinyl, propenyl, isopropenyl, allyl, 1-butenyl and 2-butenyl Alkenyl having a carbon number of 1 to 10, such as a group, 3-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 1-cyclohexenyl group, 2-cyclohexenyl group, 3-cyclohexenyl group, methylcyclohexenyl group and ethylcyclohexenyl group An alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms such as e
  • halogenated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, chloromethyl group, bromomethyl group, iodomethyl group, difluorochloromethyl group, fluorodichloromethyl group , Fluoroethyl group, difluoroethyl group, trifluoroethyl group, tetrafluoroethyl group, perfluoroethyl group, fluorochloroethyl group, chloroethyl group, fluoropropyl group, perfluoropropyl group, fluorochloropropyl group, perfluorobutyl group Perfluorooctyl group, pentafluorocyclohexyl group, perfluorocyclohexyl group, pentafluorophenyl group, perchlorophenyl group, fluoromethylene group, fluoroethylene group, fluor
  • the hydrocarbon group Y having 1 to 10 carbon atoms in the main chain which may have halogen, as described above, has a substituent (eg, an alkoxy group, an amino group, a cyano group, a carbonyl group, a sulfonyl group, etc.) May be
  • Y is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain optionally having halogen
  • solubility of the cyanoborate salt in the organic solvent is improved.
  • electrolyte solution it becomes possible to set it as a high performance electrolyte solution, and is preferable.
  • R 14 is H, halogen, or the number of atoms in the main chain is 1 to 10
  • the organic substituent may be linear, branched, or cyclic, and may have two or more of these structures in combination or may have a substituent.
  • the organic substituent R 14 may contain an unsaturated bond.
  • the number of atoms in the main chain of the organic substituent R 14 is as described above, but the number of carbons (including the substituent) contained in the organic substituent R 14 is preferably in the range of 1 to 20, more preferably Is in the range of 1 to 10.
  • the valence of the organic substituent R 14 that is, the number of bonding terminals may be one or two or more.
  • the organic substituent R 14 may contain hetero atoms (O, N, Si, etc.) other than carbon and hydrogen and halogen atoms (F, Cl, Br, etc.), and the number and position thereof are also particularly limited. There is no.
  • the type of the atom adjacent to X is not particularly limited to carbon, and is, for example, a hetero atom such as Si or Al. May be
  • the organic substituent R 14 may be composed of only atoms other than carbon.
  • organic substituent R 14 examples include methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, A saturated hydrocarbon group such as hexyl group, heptyl group, octyl group, 2-ethylhexyl group, cyclohexyl group, methylcyclohexyl group, cyclohexylmethyl group, adamantyl group, etc., linear, branched, cyclic or combinations thereof; vinyl Group, propenyl group, isopropenyl group, allyl group, 1-butenyl group, 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1,3-butadienyl group, 1-cyclohexenyl group, 2-cyclohexenyl group, 3-cyclohexenyl group Group, methyl cyclohexenyl group, 2-
  • Unsaturated hydrocarbon groups including linear, branched, cyclic or combinations thereof; fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, chloromethyl group, bromomethyl group, iodomethyl group, difluorochloromethyl group, fluorodichloro group Methyl group, fluoroethyl group, difluoroethyl group, trifluoroethyl group, tetrafluoro Tyl group, perfluoroethyl group, fluorochloroethyl group, chloroethyl group, fluoropropyl group, perfluoropropyl group, fluorochloropropyl group, perfluorobutyl group, perfluorooctyl group, pentafluorocyclohexyl group, perfluorocyclohexyl group, Halogen such as pentafluorophenyl group, perchlorophenyl group, fluoromethylene group,
  • cyanated hydrocarbon groups methoxymethyl group, methoxyethyl group, methoxypropyl group, methoxybutyl group, methoxycyclohexyl group, methoxyvinyl group, methoxyphenyl group, methoxyphenyl group, methoxynaphthyl group, ethoxymethyl group, propoxymethyl group, butoxymethyl group , Pentyloxymethyl group, hexyloxymethyl group, cyclohexyloxymethyl group, phenyloxymethyl group, vinyloxymethyl group, isopropenyloxymethyl group, tert-butyloxymethyl group, naphthyloxymethyl group, methoxyethoxyme Group, ethoxyethoxymethyl group, ethoxyethyl group, propoxyethyl group, butoxyethyl group, pentyloxyethyl group, hexyloxyethyl group, cyclohexyloxye
  • an alkanoyl group containing an alkanoyl group or an alkanoyl group-containing organic substituent such as acetyloxymethyl group, acetyloxyethyl group, benzoyloxyethyl group, butyrolacty1 group, caprolactone group, methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, methoxyethyleneoxycarbonyl group, etc.
  • halogens such as fluorine and chlorine, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group
  • a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms such as pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group and 2-ethylhexyl group, ethylene group and propylene group; fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, Chloromethyl group, bromomethyl group, iodomethyl group, difluorochloromethyl group, fluorodichloromethyl group, fluoroethyl group, difluoroethyl group, trifluoroethyl group, tetrafluoroethyl group, perfluoroethyl group, fluoromethyl group, fluoroe
  • An alkanoyl group an organic substituent having an ester bond having 1 to 10 carbon atoms such as methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, methoxyethyleneoxycarbonyl group or the like, or a carbon number of 1 to 10 such as trimethylsilyl group or triethylsilyl group
  • An alkylsilyl group is preferred.
  • More preferable organic substituent R 14 is fluorine, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, phenyl group, ethylene group, propylene group, trifluoromethyl group, perfluoroethyl group, cyanoethyl group, acetyl Groups, propanoyl group, oxalyl group, methoxyethyleneoxycarbonyl group and trimethylsilyl group.
  • R 14 is halogen, a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group of saturated or unsaturated, alkoxylated or aryloxy hydrocarbon group, or, Those which are nitrogen-containing organic substituents are preferable, and those in which R 14 is a methyl group, an ethyl group, a phenyl group, a trifluoromethyl group or a pentafluorophenyl group are more preferable.
  • -C (O) R 14 or -S (O) 1 R 14 is an electron-withdrawing substituent similar to a cyano group, and delocalizes the negative charge charged to the central element.
  • cyanoborate anion it becomes possible to form a salt that is difficult to be decomposed even under high voltage or high temperature.
  • an amino group in which Z is N such as dimethylamino group and ethylmethylamino group
  • a phosphino in which Z is P such as diphenyl phosphino group and dicyclohexyl phosphino group Groups;
  • a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in which X is O and R 14 may have a halogen (eg, methyl group, ethyl group, phenyl group, A group which is a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group or the like); a group wherein X is O, and R 14 is an alkylsilyl group (for example, a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group or the like); An alkanoyl group (for example, an acetyl group, a propanoyl group, a butanoyl group, a pentanoyl group, a hexanoyl group, a heptanoyl group, etc.) selected from linear, branched, cyclic and combinations thereof in which R 14 is monovalent or divalent; Octanoyl group, isopropanoyl group,
  • a group which is a hydrocarbon group eg, methylthio group, trifluoromethylthio group etc.
  • XR 14 bonds to B two or more R 14 may bond to form a ring.
  • X is O or S, it is preferable that X is O from the viewpoint of the availability of a raw material, and cost.
  • R 14 contains an electron-withdrawing substituent, because the stability of the cyanoborate anion is increased.
  • R 14 preferably contains an alkanoyl group, a sulfinyl group, or a sulfonyl group.
  • R 14 is preferably fluorine or a group containing fluorine such as a fluoroalkyl group.
  • Cyanoborohydride borate anions [B (CN) 3 ( OSiCH 3)] -, alkyl siloxy cyano borate anions and the like; the following general formula (8-1), cyano borate anions represented by (8-2) Etc.
  • p represents an integer of 0 to 10.
  • p is 0 to 4 and more preferably 0 to 1.
  • Y may have a functional group containing a hetero atom such as Si, B, O, N, or Al.
  • the functional group include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, dimethoxyaluminum group, -CH 2 CH 2 B (CN) 3 , -C 3 H 6 B (CN) 3 and the like.
  • Mn + As organic cation Mn + which comprises the ionic compound which concerns on this invention
  • the onium cation represented by the above is a value determined by the number of double bonds to be bound.
  • the "organic group” represented by R above means a hydrogen atom, a fluorine atom, or a group having at least one carbon atom.
  • the above “group having at least one carbon atom” may have at least one carbon atom, and may have other atoms such as a halogen atom or a hetero atom, a substituent, etc. Good.
  • a substituent for example, amino group, imino group, amide group, group having ether bond, group having thioether bond, ester group, hydroxyl group, alkoxy group, carboxyl group, carbamoyl group, cyano group, disulfide group, nitro Groups, nitroso groups, sulfonyl groups and the like.
  • onium cations represented by the above general formula one in which L is N, P, S or O is more preferable, and an onium cation in which L is N is more preferable.
  • the onium cations may be used alone or in combination of two or more.
  • onium cations in which L is N, P, S or O those represented by the following general formulas (3) to (5) can be mentioned as preferable onium cations.
  • At least one of 15 types of heterocyclic onium cations represented by
  • Examples of the organic groups R 1 to R 8 include the same as the organic groups R exemplified in the general formula (2). More specifically, R 1 to R 8 each represent a hydrogen atom, a fluorine atom or an organic group, and as the organic group, a linear, branched or cyclic group (provided that R 1 to R 8 are bonded to each other to form a ring) And C 1 -C 18 hydrocarbon groups, or fluorocarbon groups (except for those forming H 2), and more preferably C 1 -C 8 hydrocarbon groups and fluorocarbon groups.
  • the organic group may contain a substituent exemplified for the above general formula (2), a hetero atom such as N, O or S and a halogen atom.
  • R 1 to R 12 are the same as R 1 to R 8 in the general formula (3)
  • onium cations containing a nitrogen atom are more preferable, and as the more preferable ones, the following general formula:
  • R 1 to R 12 are the same as R 1 to R 8 in the general formula (3)
  • at least one of the six types of onium cations are the same as R 1 to R 8 in the general formula (3).
  • linear quaternary ammonium such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium and triethylmethylammonium
  • linear ethylammonium such as triethylammonium, tributylammonium, dibutylmethylammonium and dimethylethylammonium
  • Imidazolium such as 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1,2,3-trimethylimidazolium
  • pyrrolidinium such as N, N-dimethyl pyrrolidinium and N-ethyl-N-methyl pyrrolidinium are easily available It is more preferable because it exists.
  • More preferable ones include quaternary ammonium and imidazolium. From the viewpoint of reduction resistance, quaternary ammoniums such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium and triethylmethylammonium which are classified into the above-mentioned chain onium cations are more preferable.
  • Li + , Na + , Mg 2+ and Ca 2+ are preferable because they have a small ion radius and are easy to use for storage devices and the like, and the more preferable inorganic cation Mn + is Li + .
  • the ionic compound (1) according to the present invention includes all combinations of the above-mentioned cation and anion.
  • Specific examples of the ionic compound (1) include triethylmethylammonium tricyanomethoxyborate, triethylammonium tricyanomethoxyborate, tributylammonium tricyanomethoxyborate, triethylammonium tricyanoisopropoxyborate, 1-ethyl-3-methylimidazo.
  • the content of water as an impurity is preferably 3000 ppm or less.
  • Mn + ([B (CN) 4-m (XR 14 ) m ] ⁇ ) n among the ionic compounds (1) The content is preferably about 3000 ppm or less (the symbol in the general formula (6) is the same as in the case of the ionic compound (1)).
  • the present inventors have repeatedly studied the characteristics of the ionic compound represented by the above general formula (1), and the amount of impurities such as water contained in the ionic compound is the decrease in the characteristics of the ionic compound.
  • the ionic compound represented by the general formula (1) in particular, the ionic compound (6)
  • the impurities contained in the above it has been found that when the water content is about 3000 ppm or less (mass basis, the same shall apply hereinafter), it is difficult for the characteristics of the ionic compound to be deteriorated.
  • the water in the ionic compound is the final product of the water used as a reaction solvent in the production process of the ionic compound of the present invention, or water used during purification, or water mixed in due to moisture absorption from the environment such as air. It is thought that it remained in the object.
  • the ionic compound of the present invention may be used as an electrolyte solution for various storage devices as described later, but if the ionic compound contains water, the water is electrolyzed at the time of operation of the storage device, Hydrogen ions are generated, which lowers the pH of the electrolyte (acidic). As a result, it is considered that the electrode material is dissolved by the acidic component generated in the electrolytic solution, and the performance of the electricity storage device is degraded.
  • the water content in the ionic compound of the present invention is preferably about 1000 ppm or less, more preferably about 550 ppm, still more preferably about 500 ppm, and still more preferably about 200 ppm or less.
  • water is an impurity, the lower its content, the better, and the most preferable is 0 ppm. However, it is technically difficult to reduce to 0 ppm or it is not preferable for economic reasons. is there.
  • the lower limit of the water content is preferably about 1 ppm because the effect on the properties of the ionic compound is small, and the lower limit may be about 5 ppm. It is because it is hard to see the remarkable fall of a characteristic, and it is hard to produce the problem on practical use.
  • the water content in the present invention is a value measured according to the procedure described in the examples described later using a Karl Fischer moisture measuring device (for example, a Karl Fischer moisture meter manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.) .
  • the ionic compound of the invention cyanide ion (CN -) it is preferred that the low content.
  • the preferred cyanide ion content is about 10000 ppm or less.
  • the ionic compound of the present invention is suitably used in the electrolyte of various storage devices, but when the electrolyte contains cyanide ion, it reacts with the electrode to make the ion conductive. There may be problems such as lowering the temperature or generating gas that may deform the device.
  • the content of cyanide ion is preferably about 5000 ppm or less, more preferably about 1000 ppm, still more preferably about 300 ppm or less, still more preferably about 100 ppm or less, still more preferably about 50 ppm or less.
  • the content of cyanide ion is about 0.02 ppm, the characteristic of the ionic compound is obtained. The influence is small, and even if the lower limit is about 0.1 ppm, remarkable deterioration of the characteristics is hardly observed and practical problems hardly occur.
  • the ionic compound of the present invention does not constitute the ionic compound represented by the above general formula (1), and the content of one or more impurity ions selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals Is preferably not more than about 20000 ppm (about 2% by mass or less) in total.
  • a more preferred content of alkali metal and / or alkaline earth metal ion as impurity is about 10000 ppm or less, more preferably about 5000 ppm.
  • a more preferable content is about 1000 ppm or less, still more preferably about 500 ppm or less, and still more preferably about 100 ppm or less.
  • the above-mentioned impurity ion is not contained in the ionic compound of the present invention, but the content of one or more impurity ions selected from the group consisting of an alkali metal and an alkaline earth metal If the lower limit is about 0.1 ppm, the effect on the characteristics of the ionic compound is small, and even if it is about 1 ppm, a remarkable decrease in the characteristics is hardly observed.
  • an alkali metal which is an impurity Li, Na, K, Cs etc .
  • an alkaline earth metal Mg, Ca, Sr, Ba etc. are mentioned. Among these, it is preferable to make content of Na, K, and Ca especially into the said range.
  • the "alkali metal and alkaline earth metal which do not comprise the ionic compound represented by said General formula (1)" are cation which comprises General formula (1) among alkali metals and alkaline earth metals. It means something that is not Mn + .
  • the ionic compound of the present invention may contain an alkali metal or an alkaline earth metal as the cation M n + , but in the present invention, as described above, the alkali metal or alkaline earth metal constituting the ionic compound Metalloids are not considered impurities.
  • an alkali metal and / or an alkaline earth metal is contained as a component other than the cation constituting the target ionic compound, these components are regarded as impurities.
  • the ionic compound represented by General formula (1) makes Li ⁇ +> a cation Mn ⁇ +> , alkali metals and / or alkaline-earth metals other than Li ⁇ + > are made into an impurity. That is, in this case, one or more of Na + , K + , Rb + , Cs + , Fr + , Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ and Ra 2+ .
  • content is the said range.
  • alkali metals and / or alkaline earth metals other than K + become impurities.
  • an alkali metal and / or an alkaline earth metal other than Mg2 + is an impurity.
  • Mn + is an alkali metal or alkaline earth metal other than the above.
  • the ionic compound (1) of the present invention preferably has a low content of impurities derived from starting materials and components to be mixed in during the reaction, and more specifically, periodic table group 5 to group 5
  • the content of the Group 11 element (total amount, mass basis) is preferably about 1000 ppm or less, more preferably about 100 ppm or less, and still more preferably about 10 ppm or less.
  • the content of the elements of Groups 5 to 11 of the periodic table is most preferably not contained in the ionic compound (1) of the present invention, but for example, the lower limit is preferably about 0.1 ppm. Furthermore, the lower limit may be about 0.5 ppm.
  • elements which are preferably reduced are Fe, V, Cr, Mo, W, Mn, Re, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Cu, Ag, Au are preferable, and Fe, V, Cr, Mo, Mn, Co, Ni, Cu are more preferable.
  • any of the conventionally known measurement methods can be used to measure the content of the above-mentioned impurity ions, for example, atomic absorption analysis, ICP emission spectrometry (high frequency inductively coupled plasma emission spectrometry), ions Methods described in the examples such as chromatography can be mentioned.
  • the method for setting the content of impurities to the above-mentioned range is not particularly limited, but, for example, by employing the manufacturing method of the present invention described later, or the ion obtained by the manufacturing method of the present invention or a known method
  • the amount of the above-mentioned impurities is purified by purifying the basic compound by the oxidizing agent treatment method, the activated carbon treatment method, the liquid phase extraction method with water and organic solvent, the electrochemical treatment method, the recrystallization method, the reprecipitation method and the chromatography purification method. Reduced ionic compounds can be obtained.
  • Method of producing ionic compound (1) also includes a method of producing the above ionic compound (1).
  • production methods [1] and [2] for producing the ionic compound (1) directly from the starting materials, and the ionic compound (1) aimed at the intermediate synthesized in advance as the starting material The manufacturing method [3] to manufacture is included.
  • the production method [1] of the ionic compound (1) of the present invention will be described.
  • the ionic compound (1) is produced by the reaction of a cyanide compound, a boron compound, and a halogen salt of an organic or inorganic cation.
  • Cyanide Compound A cyanide compound is used as a CN source of the ionic compound (1) represented by the above general formula (1).
  • Specific cyanides include alkylsilyl cyanides such as trimethylsilyl cyanide, triethylsilyl cyanide, triisopropylsilyl cyanide, ethyldimethylsilyl cyanide, isopropyldimethylsilyl chloride, tert-butyldimethylsilyl cyanide, etc .; dimethylphenyl Alkyl cyanides such as silyl cyanide and phenyl dimethyl silyl cyanide; metal cyanides such as copper cyanide, zinc cyanide, potassium cyanide, sodium cyanide, lithium cyanide and the like.
  • alkyl silyl cyanide is preferable, more preferably trialkyl silyl cyanide. More preferably, it is trimethylsilyl cyanide (hereinafter sometimes abbreviated as TMSCN).
  • TMSCN trimethylsilyl cyanide
  • the cyanide compound a commercially available one may be used, or one synthesized by a known method may be used.
  • the ionic compound (1) represented by the general formula (1) is obtained by reacting a starting material containing the cyan compound, a halogen salt of an organic or inorganic cation, and a boron compound.
  • the boron compound is to be a boron source of the ionic compound according to the present invention, and specific examples of the boron compound include boric acid, boric acid ester, and boric acid thioester.
  • B (OR 14 ) 3 R 14 represents an organic substituent having 1 to 10 atoms in the main chain, and an organic substituent in the above general formula (1) It is the same as that of the substituent R 14.
  • R 14 represents an organic substituent having 1 to 10 atoms in the main chain, and an organic substituent in the above general formula (1) It is the same as that of the substituent R 14.
  • Those represented by the following) are preferably used.
  • the boric acid ester according to the present invention, B (OMe) 3, B (OEt) 3, B (O-i-Pr) 3, B (O-t-Bu) 3 ( "-t-" is "tert And the same applies.) And B (OPh) 3 are mentioned.
  • B (OMe) 3 and B (OEt) 3 are preferable because they are relatively reactive.
  • boric acid thioester one represented by the general formula; B (SR 14 ) 3 is preferably used.
  • the boric acid thioester according to the present invention include B (SMe) 3 and B (SEt) 3, B ( S-i-Pr) 3, B (S-t-Bu) 3, B (SPh) 3 and the like .
  • B (SMe) 3 and B (SEt) 3 are preferable, and more preferably B (SMe) 3 .
  • boron compounds listed above it is preferable from the viewpoint of versatility to use a boric acid ester.
  • BCl 3 is used as an essential starting material, but BCl 3 has a problem that it is difficult to handle because it is highly toxic and highly reactive. Compared to BCl 3 , borate esters are advantageous in that they are inexpensive, have low toxicity, and are easy to handle.
  • the mixing ratio of the above-mentioned raw materials may be changed according to the number of cyano groups to be substituted for boron in the ionic compound (1) which is the target product, whereby it is a mono-substituted cyano group.
  • Dicyanoborate (disubstituted) or tricyanoborate (trisubstituted) can be obtained from monocyanoborate.
  • the blending amount of the cyan compound to the boron compound is preferably 0.5: 1 to 10: 1 (cyan compound: boron compound, molar ratio). More preferably, it is 0.8: 1 to 5: 1, and still more preferably 1: 1 to 4: 1.
  • the amount of the cyanide compound is too small, the amount of the target ionic compound may be reduced, or byproducts may be formed.
  • the compounding amount of the cyan compound is too large, the amount of CN-derived impurities increases, and the purification of the target product tends to be difficult.
  • Halogen Salt of Organic or Inorganic Cation It is preferable to carry out the reaction of the cyanogen compound with the boron compound in the presence of a halogen salt of an organic or inorganic cation.
  • halogen which comprises the halogen salt of organic or inorganic cation
  • F, Cl, Br and I are preferable, More preferably, it is Cl or Br.
  • examples of the organic or inorganic cation constituting the halogen salt of the organic or inorganic cation include the organic or inorganic cations described above.
  • Preferred organic or inorganic cation halogen salts include triethyl ammonium bromide, tributyl ammonium bromide, triethyl methyl ammonium bromide, 1-ethyl 3-methyl imidazolium bromide, lithium bromide, triethyl ammonium chloride, tributyl ammonium chloride, triethyl methyl ammonium chloride And 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, triethylmethyl ammonium chloride and lithium chloride.
  • More preferred halogen salts of organic or inorganic cations are triethyl ammonium bromide, triethyl methyl ammonium bromide, lithium bromide, triethyl ammonium chloride, triethyl methyl ammonium chloride and lithium chloride, and more preferably triethyl ammonium bromide, triethyl methyl ammonium bromide, It is lithium bromide.
  • the amount of the halogen salt of the organic or inorganic cation used is preferably 1: 5 to 5: 1 (boron compound: halogen salt of organic or inorganic cation, molar ratio) with respect to the boron compound. More preferably, it is 1: 2 to 2: 1, and more preferably 1: 0.8 to 1: 1.2. If the blending amount of the organic or inorganic cation halogen salt is too small, removal of by-products may be insufficient, or the amount of cation may be insufficient to efficiently produce the desired product. On the other hand, when the compounding amount of the halogen salt of the organic or inorganic cation is too large, the halogen salt of the organic or inorganic cation tends to remain as an impurity.
  • reaction solvent in order to allow the reaction to proceed uniformly, it is preferable to use a reaction solvent.
  • the reaction solvent is not particularly limited as long as it dissolves the above-mentioned raw materials, and water or an organic solvent is used.
  • Organic solvents include hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, benzene and hexane, chlorinated solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene, diethyl ether, cyclohexyl methyl ether, dibutyl ether, dimethoxyethane, dioxane Ether solvents such as tetrahydrofuran, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, ketone solvents such as 2-butanone and methyl isobutyl ketone, alcohol solvents such as methanol, ethanol, 2-propanol and butanol, acet
  • the order of adding and mixing the above-mentioned raw materials is not particularly limited. Since the halogen salt of the organic or inorganic cation contains one having a low solubility in an organic solvent other than water, the reaction solvent and the ammonium salt are mixed in advance, and the remaining raw material is added to this mixed solution. It is preferred to add certain boron compounds and cyanides. More preferably, the boron compound is added to the mixed solution of the ammonium salt and the reaction solvent, and then the cyan compound is added.
  • the conditions for reacting the above starting materials are not particularly limited and may be appropriately adjusted depending on the progress of the reaction, but for example, the reaction temperature is preferably 20 ° C. to 180 ° C. The temperature is more preferably 40 ° C. to 120 ° C., and still more preferably 50 ° C. to 80 ° C. The reaction time is preferably 1 hour to 50 hours, more preferably 5 hours to 40 hours, and still more preferably 10 hours to 30 hours.
  • purification may be performed to increase the purity of the generated ionic compound (cyanoborate salt).
  • the purification method is not particularly limited. For example, washing with water, an organic solvent, and a mixed solvent thereof, adsorption purification method, reprecipitation method, separation extraction method, recrystallization method, crystallization method and chromatography purification method Can be mentioned.
  • Y ′ is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms of the main chain which may have halogen, —C (O A) R 14 , —S (O) 1 R 14 , —Z (R 14 ) 2 or —XR 14 , and X 15 is the same or different and is F, Cl, Br or I, and q is 1 to The integer of 3, r is an integer of 0 to 2, q + r is m, and the other symbols are the same as in the general formula (1)) by reacting a specific boron compound with an alkylsilyl compound It can also be manufactured (manufacturing method [2]). In addition, you may use the halogen salt of an organic or inorganic cation as needed for the said reaction.
  • Preferred boron compounds which may be used in the production method [2], represented by general formula B (Y ') q (X 15) 3-q , or Mn + B (Y') q (X 15) 4-q Specifically, examples thereof include PhB (Cl) 2 , C 6 F 5 B (Cl) 2 , MeB (Cl) 2 , Me 2 B (F), nC 6 H 11 B (F) 2.
  • organic boron halide compound an aryl group, an organic boron halide compound in which an alkyl group is bonded to boron is preferred, among them, PhB (Cl) preferably used 2 and MeB (Cl) 2 is relatively high reactivity it can.
  • alkylsilyl compound the alkylsilyl cyanide or the alkyl arylsilyl cyanide exemplified in the production method [1] is suitably used.
  • alkyl silyl cyanide is preferable, more preferably trialkyl silyl cyanide. More preferably, it is trimethylsilyl cyanide.
  • halogen salt of the organic or inorganic cation those described in the production method [1] can be similarly applied.
  • reaction solvent those similar to the production method [1] can be used.
  • chlorinated solvents such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobenzene and dichlorobenzene
  • nitrile solvents such as acetonitrile, isobutyronitrile, valeronitrile and benzonitrile.
  • the reaction conditions are not particularly limited.
  • the reaction temperature may be 20 ° C. to 80 ° C. (more preferably 30 ° C. to 120 ° C., further preferably 50 ° C. to 100 ° C.), and the reaction time is 1 hour to 50 hours (More preferably, 2 hours to 10 hours).
  • Production method [2] is suitable as a production method of lithium cyano (fluoro) oxalyl borate, lithium dicyano oxalyl borate, triethylmethyl ammonium tricyanophenyl borate and the like among the ionic compounds (7).
  • the target ionic compound (1) can be directly produced by the above production method [1] or [2], once the ionic compound is once synthesized by the production method [1], [2], etc.
  • the target ionic compound (1) can also be produced by modifying or substituting the organic substituent R 14 in the general formula (1) into an organic substituent different from the original one (manufacturing method) [3]).
  • the production method [3] of the present invention is a method for producing an ionic compound represented by the general formula (1), which comprises a compound represented by the general formula (8) and a substitution reaction reagent. It is characterized by making it react.
  • M n + ([B (CN) 4-m (XR 13 ) m ] - ) n
  • M n + represents a monovalent, divalent or trivalent organic or inorganic cation
  • X represents O or S
  • R 13 represents H or a main chain having 1 to 10 carbon atoms
  • m represents an integer of 1 to 3;
  • n represents an integer of 1 to 3
  • intermediate (8) the compound represented by the above general formula (8) (hereinafter sometimes simply referred to as “intermediate (8)”) may be used as an intermediate for producing the ionic compound (1) Use.
  • this intermediate (8) a cyanoborate salt having an optional substituent can be obtained depending on the purpose.
  • Mn + ([B (CN) 4-m (XR 13 ) m ] - ) n is an ionic compound (1) according to the present invention and at the same time an ionic compound It can be used as a raw material for (1).
  • Cyanoborate anion [B (CN) 4-m (XR 13 ) m ] -
  • X represents O or S.
  • R 13 represents H or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms in the main chain.
  • the hydrocarbon group may have a substituent, and in this case, the number of carbons constituting the substituent is not included in the above-mentioned number of carbons.
  • hydrocarbon group a linear, branched or cyclic saturated and / or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and as a more preferable hydrocarbon group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, A cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aralkyl group etc. are mentioned.
  • Specific examples of the hydrocarbon group R 13 include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, etc.
  • Linear or branched alkyl group such as cyclohexyl group and cyclopentyl group; alkenyl group such as vinyl group; aryl group such as phenyl group, methylphenyl group, methoxyphenyl group, dimethylphenyl group and naphthyl group And aralkyl groups such as benzyl group; and the like.
  • aryl group such as phenyl group, methylphenyl group, methoxyphenyl group, dimethylphenyl group and naphthyl group
  • aralkyl groups such as benzyl group; and the like.
  • they are a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, and a phenyl group.
  • Specific cyanoborate anions constituting the intermediate (8) include [B (CN) 3 (OMe)] - , [B (CN) 3 (OEt)] - , [B (CN) 3 (O-) i-Pr)] - (, [B (CN) 3 (OBu)] -, [B (CN) 3 (OPh)] - alkoxylates Tricia Novo anion such as; [B (CN) 2 ( OMe) 2] - , [B (CN) 2 (OEt) 2 ] - , [B (CN) 2 (Oi-Pr) 2 ] - , [B (CN) 2 (OBu) 2 ] - , [B (CN)] Dialkoxy dicyanoborate anions such as 2 (OPh) 2 ] - ; [B (CN) (OMe) 3 ] - , [B (CN) (OEt) 3 ] - , [B (CN) 3 (Oi-Pr)
  • the intermediate (8) of the present invention includes all combinations of the cation: Mn + and the anion: [B (CN) 4-m (XR 13 ) m ] ⁇ .
  • Specific intermediates (8) include triethylmethylammonium tricyanomethoxyborate, triethylammonium tricyanomethoxyborate, tributylammonium tricyanomethoxyborate, triethylammonium tricyanoisopropoxyborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium Salts of organic cations such as tricyanomethoxyborate; salts of inorganic cations such as lithium tricyanomethoxyborate, sodium tricyanomethoxyborate and the like; Among these, triethylmethylammonium tricyanomethoxyborate and lithium tricyanomethoxyborate are preferable.
  • the manufacturing method of the intermediate (8) which concerns on this invention is not specifically limited, It can manufacture based on the conventionally well-known methods, such as said manufacturing
  • [3-1] An ion in which XR 13 in the anion constituting the intermediate (8) is substituted by reacting the above intermediate (8) with a substitution reagent.
  • Method hereinafter referred to as production method [3-1]
  • [3-2] by reacting the above intermediate (8) with a substitution reagent, the intermediate (8)
  • a method of producing an ionic compound (1) in which R 13 in the anion constituting the compound is substituted hereinafter referred to as production method [3-2]
  • the substitution reagent which can be used in the production method [3-1] of the present invention is not only a monofunctional reagent having one reaction point but also a polyfunctional reagent having two or more reaction points. Also included. Preferred are alkylsilyl cyanide, organomagnesium reagent, organolithium reagent, metal halide.
  • the amount of substitution reagent used may be appropriately determined according to the number of —XR 13 groups possessed by intermediate (8), and for example, when m is 1 in the general formula of intermediate (8), the intermediate is
  • the use amount of the substitution reagent with respect to the body (8) is preferably 5: 1 to 1: 9 (Intermediate (8): substitution reagent. Molar ratio, hereinafter the same). More preferably, it is 2: 1 to 1: 5, and still more preferably 1: 1 to 1: 3.
  • the amount of substitution reagent used is too small, the amount of the target ionic compound may be reduced or by-products may be generated.
  • it is too large it is derived from the substitution reagent The amount of impurities tends to increase, making it difficult to produce the target product.
  • a halogen salt of an organic cation may be used as a cation exchange reagent.
  • the halogen salt of the organic cation the same one as used in the production of the intermediate (8) can be used.
  • ammonium salts of the onium cations shown in the general formulas (3) to (5) are preferably used, and more preferable ones are triethylammonium chloride and triethylammonium. Examples include bromide and triethylammonium iodide.
  • a catalyst may be used to accelerate the substitution reaction.
  • the catalyst that can be used is not particularly limited, but, for example, Bronsted acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, etc .; It is possible to use Lewis acids such as boron chloride, boron chloride, aluminum chloride, iron chloride, trifluoromethanesulfonic anhydride, acetic anhydride and the like; and Lewis bases such as ammonia, triethylamine, aniline, pyridine, triphenylphosphine and tributylphosphine.
  • the said catalyst may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • a reaction solvent may be used in the reaction of the intermediate (8) with the substitution reagent.
  • the reaction solvent may be any solvent in which the intermediate (8) and the substitution reagent dissolve, and examples thereof include chlorinated solvents such as dichloromethane, chloroform, chlorobenzene and dichloroethane; and aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene And ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and the like.
  • chlorinated solvents such as dichloromethane, chloroform, chlorobenzene and dichloroethane
  • aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene And ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and the like.
  • ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and the like.
  • it is a chlorinated solvent.
  • the above solvents may be used alone or in combination of two
  • the reaction temperature is preferably 20 ° C. to 250 ° C. (more preferably 40 ° C. to 180 ° C., further preferably 50 ° C. to 120 ° C.), and the reaction time is 1 hour It is preferable to set to ⁇ 80 hours (more preferably 5 hours to 70 hours, further preferably 10 hours to 60 hours).
  • an ionic compound (1) composed of a cyanoborate anion having the above-mentioned organic or inorganic cation Mn + and the above-mentioned Y can be obtained.
  • Alcohol and / or phenols formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane (metaformal Aldehydes, monovalent, divalent or higher, linear, branched, cyclic or combinations thereof, such as acetaldehyde, propionaldehyde, butyraldehyde, acrolein, benzaldehyde, cinnamaldehyde, etc .; acetone, methyl ethyl ketone, acetophenone And monovalent or divalent or higher straight-chain, branched-chain, cyclic or combinations thereof ketones such as benzophenone, cyclohexanone and acetylacetone; acetic anhydride, propionic acid anhydride, butanoic acid anhydride, pentanoic acid anhydride, anhydride Hexanoic acid, anhydrous heptanoic acid, anhydrous octanoic acid, isopropanoic acid an
  • the amount of use of the substitution reagent may be appropriately determined according to the number of —R 13 groups possessed by intermediate (8).
  • the intermediate is The amount of use of the substitution reagent with respect to the body (8) is preferably 5: 1 to 1:10 (Intermediate (8): substitution reagent. Molar ratio, hereinafter the same). More preferably, it is 2: 1 to 1: 9, and still more preferably 1: 1 to 1: 8.
  • the amount of substitution reagent used is too small, the amount of the target ionic compound may be reduced or by-products may be generated.
  • it is too large it is derived from the substitution reagent The amount of impurities tends to increase, making it difficult to produce the target product.
  • a halogen salt of an organic cation may be used as a cation exchange reagent.
  • the halogen salt of the organic cation those similar to the production method [3-1] can be used.
  • a catalyst may be used to accelerate the substitution reaction.
  • the catalyst that can be used is not particularly limited, but, for example, Bronsted acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, trifluoroacetic acid, trifluoromethanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, etc .; Lewis acids such as boron chloride, boron chloride, aluminum chloride and iron chloride; Lewis bases such as ammonia, triethylamine, aniline, pyridine, triphenylphosphine and tributylphosphine; and the like.
  • the said catalyst may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • a reaction solvent may be used in the reaction of the intermediate (8) with the substitution reagent. Any reaction solvent may be used as long as it dissolves the intermediate (8) and the substitution reagent, and the same ones as in the production method [3-1] can be used. Alternatively, a substitution reagent may be used as a reaction solvent. In the production method [3-2], among the above-mentioned reaction solvents, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene are preferable. The above solvents may be used alone or in combination of two or more. Further, some of the substitution reagents have the same function as a solvent, and the substitution reagents may be used as a reaction solvent. When it is desired to use a substitution reagent not only as a substitution reagent but also as a reaction solvent, the reaction conditions may be controlled, for example, the temperature in the reaction may be adjusted.
  • the reaction temperature is preferably 20 ° C. to 250 ° C. (more preferably 40 ° C. to 180 ° C., still more preferably 50 ° C. to 120 ° C.) It is preferably 80 hours (more preferably 5 hours to 70 hours, still more preferably 10 hours to 60 hours).
  • dialkoxy dicyano borate anion [B (CN) (OMe ) 3] -, [B (CN) (OEt) 3] -, [B CN) (O-i-Pr ) 3] -, [B (CN) (OBu) 3] -, [B (CN) (OPh) 3] - trialkoxy cyano borate such anions; [B (CN) 3 (SMe)] - thioalkoxyalkyl Tricia Novo anion such as; [B (CN) 3 ( OCF 3)] -, [B (CN) 3 (OC 2 F 5)] -, halogenated alkoxy cyano anions etc.
  • an ionic compound (1) composed of a cyanoborate anion having the above-mentioned organic or inorganic cation Mn + and the above-mentioned Y is obtained.
  • reaction temperature for example, 110 degreeC or more
  • manufacturing method [1] It may be easy to obtain the product in
  • an ionic compound (intermediate) once synthesized is used as a raw material, and an organic substituent R 13 which is a part of the ionic compound is modified or substituted to obtain the target ion.
  • the substitution reagent may be introduced into the reaction system together with the raw material for synthesis of the intermediate (8) at the time of synthesis of the intermediate (8).
  • a substitution reagent may be introduced into the reaction system, or after intermediate (8) once synthesized is purified, substitution reaction with intermediate (8) is performed. The materials may be mixed and reacted.
  • the purification method is not particularly limited, for example, washing of the product with water, an organic solvent, and a mixed solvent thereof, oxidant treatment in which the product is brought into contact with an oxidant, adsorption purification method, reprecipitation method, liquid separation
  • Any of the conventionally known purification methods such as purification by extraction method, recrystallization method, crystallization method and chromatography can be employed. These purification methods may be carried out alone or in combination of two or more.
  • an oxidizing agent treatment it is preferable to use one or more of an oxidizing agent treatment, an adsorption purification method, a liquid separation extraction method, and a crystallization method, and it is particularly preferable to carry out all of them.
  • the solvent used in the treatment by the liquid separation extraction method is not particularly limited, it is preferable that the solvent can form a two-layer state with the solvent used in the production of the ionic compound described above.
  • the solvent used in the production of the ionic compound described above it is preferable to use water in the washing and liquid separation extraction. By using water, alkali metal ions, alkaline earth metal ions and halide ions, and further silicon can be efficiently extracted to the aqueous layer, and these ionic components can be removed from the ionic compound.
  • the combinations include ether, water / ethyl acetate, water / butyl acetate, and water / dichloromethane, and among these, the combination of water / ethyl acetate, water / butyl acetate, water / methyl isobutyl ketone, water / diethyl ether Preferred, and more preferred, is a combination of water / ethyl acetate, water / butyl acetate, water / diethyl ether.
  • Crystallization method Although the solvent used in the treatment by the crystallization method is not particularly limited, it is preferable to use a solvent (hereinafter referred to as a good solvent) which dissolves the above-described ionic compound, and if necessary, dissolve the ionic compound Solvents of low nature (poor solvents) may be used in combination.
  • a good solvent a solvent which dissolves the above-described ionic compound
  • Solvents of low nature may be used in combination.
  • the crude ionic compound is generally dissolved so that the concentration is as high as possible at high temperature, and then it is cooled to take advantage of the difference in solubility to obtain only the target ionic compound.
  • the temperature condition is not limited, it is preferable to carry out in the range of 20 ° C. to 250 ° C. More preferably, it is in the range of 20 ° C. to 200 ° C., and still more preferably, in the range of 20 ° C. to 160 ° C.
  • the crude ionic compound is dissolved in the good solvent at a high concentration as much as possible, and then the poor solvent is mixed to obtain the target ionic compound using the difference in solubility Only the precipitate may be precipitated or suspended, and conversely, only the impurity may be precipitated or suspended and separated from the dissolved one (so-called reprecipitation method).
  • the temperature may be changed for the purpose of controlling the difference in solubility.
  • the temperature conditions are not particularly limited, but it is preferably carried out in the range of 20 ° C. to 250 ° C. More preferably, it is in the range of 20 ° C. to 180 ° C., and still more preferably in the range of 20 ° C. to 120 ° C.
  • the above recrystallization method and the reprecipitation method may be implemented in combination.
  • solvent good solvent, poor solvent
  • any solvent may be used if it remains in the product after purification. Performance may be adversely affected. Therefore, it is preferred to use an electrochemically stable solvent.
  • petroleum ethers that are hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane, dodecane and the like and mixtures thereof, organic nitriles such as acetonitrile, butyronitrile, capronitrile, valeronitrile, benzonitrile, succinonitrile, etc.
  • Organic esters such as ethyl acetate, butyl acetate, hexyl acetate, octyl acetate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene And halogenated hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane, dodecane, petroleum ethers, acetonitrile, butyronitrile and valero are preferable.
  • Tolyl, ethyl acetate, butyl acetate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, dichloromethane, chloroform, dichloroethane, tetrachloroethane are preferred.
  • One of these solvents may be used alone, or two or more of these solvents may be used in combination.
  • whether the above solvent is used as a good solvent or as a poor solvent depends on the type of ionic compound, temperature conditions during crystallization purification, concentration conditions, or purity after purification according to the use of the ionic compound. It can be changed according to and is not particularly limited.
  • Oxidizing agent treatment is to bring a crude ionic compound into contact with an oxidizing agent, and by employing the oxidizing agent treatment, the content of impure ionic components such as cyanide ion is low and the purity is high. An ionic compound can be obtained.
  • the impure ionic component contained in the ionic compound may deteriorate the electrochemical device in which the ionic compound is used and its peripheral members, and in turn may degrade the performance of the electrochemical device.
  • the cyanide as a starting material since the cyanide as a starting material, the product of free cyanide ions in (CN -), etc., or residual components derived from the starting materials, inevitably in the manufacturing process Contaminating impurities may be present.
  • the ionic compound according to the present invention may be used as a constituent material of an electrochemical device, and an impurity such as CN - or the like present in the ionic compound causes a decrease in ion conduction performance and corrosion of the electrode, and the electrochemical It causes degradation of performance.
  • organic compounds are easily oxidized and decomposed in the presence of an oxidizing agent, and ionic compounds having cyanoborate ([B (CN) 4-a (XR 13 ) a ] ⁇ ) as an anion are also oxidized and decomposed in the same manner. It was considered a thing. Accordingly, impure ion component of the ionic compound is an alkali metal salt by extraction treatment using such as NaOH aqueous solution (NaCN, NaCl) as, had been removed and transferred to the aqueous layer, cyanide ion (CN -) Is a weak acid, and the extraction efficiency is low because the solubility of the salt with alkali metal in water is not very high. In addition, in order to sufficiently reduce the amount of impurities, it is necessary to repeat the extraction operation a plurality of times, and there is a problem that the yield of the ionic compound is reduced.
  • cyanoborate [B (CN) 4-a (XR 13 ) a ]
  • the ionic compound having a cyanoborate anion is unexpectedly more stable to the oxidizing agent than general organic compounds, and therefore, the ionic compound after production is by contacting with an oxidant, excess cyanide ions contained in the product (CN -) can decompose, further clarified that can also be reduced content of impurities inevitably mixed in the starting materials and manufacturing processes It has become.
  • peroxides such as hydrogen peroxide, sodium perchlorate, peracetic acid, metachloroperbenzoic acid (mCPBA), manganese compounds such as potassium permanganate, manganese oxide, dichromium Chromium compounds such as potassium phosphate, potassium chlorate, sodium bromate, potassium bromate, sodium hypochlorite, halogen-containing compounds such as chlorine dioxide, nitric acid, inorganic nitrogen compounds such as chloramine, acetic acid, osmium tetraoxide, etc.
  • peroxides are preferable, and hydrogen peroxide and sodium perchlorate are more preferable.
  • chloride ion (Cl -), cyanate ion (NCO -) impurities such as it is efficiently distributed to the hydrogen peroxide layer
  • extraction of the ionic compound It is particularly preferable because the efficiency is improved.
  • hydrogen peroxide among impurities, hygroscopic substances and easily hydrated components are efficiently distributed to the hydrogen peroxide aqueous layer, so the purity of the ionic compound is increased, The amount of water in the ionic compound can also be easily reduced.
  • the oxidizing agent may be solid or liquid, and in the case of solid, it may be dissolved in a solvent. Further, an oxidizing agent solution in which a liquid oxidizing agent and a solid oxidizing agent are dissolved in a solvent may be used by further diluting it.
  • the amount of the oxidizing agent used is preferably 1 part by mass to 1000 parts by mass per 100 parts by mass of the crude ionic compound, although it depends on the amount of impurities (especially, CN - etc.) contained in the crude ionic compound.
  • the amount is more preferably 10 parts by mass to 500 parts by mass, still more preferably 20 parts by mass to 300 parts by mass, and particularly preferably 50 parts by mass to 100 parts by mass.
  • the amount of the oxidizing agent is too large, the ionic compound may be decomposed.
  • the amount of the oxidizing agent is too small, it may be difficult to sufficiently reduce excess ionic components and impurities.
  • the said "crude ionic compound” means the component obtained by distilling a solvent off from the reaction solution after manufacture.
  • the oxidizing agent treatment may be performed as it is, without distilling off the reaction solvent or the like immediately after the production or after the other purification treatment described above.
  • the oxidizing agent treatment is not particularly limited as long as the crude ionic compound and the oxidizing agent contact each other, and the crude ionic compound after production (synthesis) may be brought into contact with the oxidizing agent as it is, or the crude ionic compound A solution may be prepared, and this crude ionic compound solution may be mixed and contacted with the oxidizing agent. That is, as a contact mode, a solid oxidizing agent is added to the crude ionic compound solution and both are brought into contact; a mode in which the crude ionic compound solution and the oxidizing agent solution are mixed and both are brought into contact An embodiment in which a solid crude ionic compound is added to an oxidant solution to bring both into contact with each other.
  • the solvent used for the activated carbon process mentioned later is suitable as a solvent in which a crude ionic compound is dissolved.
  • the oxidizing agent treatment be performed at a low temperature for a short time.
  • the oxidizing agent treatment is preferably performed at a temperature equal to or lower than the reaction temperature at the time of producing the ionic compound, and more preferably at a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent.
  • the temperature is preferably 0 ° C. to 150 ° C., more preferably 0 ° C. to 130 ° C., still more preferably 10 ° C. to 100 ° C., and particularly preferably 10 ° C. to 80 ° C.
  • adsorbent used in the adsorption purification method activated carbon, silica gel, alumina, zeolite and the like can be mentioned. Among these, adsorption treatment (activated carbon treatment) using activated carbon as an adsorbent is preferable because contamination of impurities into the ionic compound is small.
  • the activated carbon that can be used for the adsorption treatment is not particularly limited.
  • the shape of the activated carbon is not particularly limited as long as it has a large surface area, and powder, pulverized, granular, granulated, spherical and the like can be mentioned. Among them, powdered active carbon is selected because of the wide surface area It is preferred to use
  • the activated carbon preferably has a surface area of 100 m 2 / g or more, more preferably 400 m 2 / g or more, and particularly preferably 800 m 2 / g or more.
  • activated carbon with few impurity content, and as an example of this activated carbon, the Nippon EnviroChemicals KK-made Carbo Raffin (registered trademark) -6 can be mentioned.
  • the amount of the adsorbent such as activated carbon used is preferably 1 part by mass or more and 500 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 300 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the crude ionic compound Is 20 parts by mass or more and 200 parts by mass or less.
  • the solvent usable at the time of the adsorption treatment is not particularly limited, but a solvent capable of dissolving the crude ionic compound is preferable.
  • a solvent capable of dissolving the crude ionic compound is preferable.
  • the water used for activated carbon treatment is ultrapure water (ion resistance of 1.0 ⁇ ⁇ cm or more) treated with an ultrapure water device equipped with various filter media such as filters, ion exchange membranes, reverse osmosis membranes, etc. preferable.
  • the amount of the solvent used is preferably 10 parts by mass or more and 2000 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the crude ionic compound. Is 200 parts by mass or more and 1000 parts by mass or less.
  • the amount of solvent is too large, the reactor becomes large, the cost is increased, the yield tends to be lowered, and the economic advantage is low.
  • the amount used is too small, the purity of the ionic compound may decrease.
  • the order of carrying out the above purification method is not particularly limited, for example, if all of the oxidant treatment, the adsorption purification method, and the separation extraction method are adopted, the separation extraction method, the oxidant treatment, and the adsorption purification method are used. It is preferable to carry out in order.
  • the ionic compound obtained by the above production method may further undergo a cation exchange reaction. Since the properties of the ionic compound represented by the general formula (2) depend on the cationic species, it is possible to easily obtain cyanoborate salts having different properties by performing a cation exchange reaction.
  • the ionic compound represented by the general formula (2) obtained by the above-mentioned production method may be reacted with an ionic substance having a desired cation.
  • the ionic substance may be a compound having a desired cation, for example, hydroxide, halogen salt, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, perchlorate, bis (trifluoromethanesulfonyl) Imide salt etc. are mentioned.
  • the conditions for the cation exchange reaction are also not particularly limited, and the reaction temperature and time may be appropriately adjusted according to the progress of the reaction. Moreover, you may use a solvent as needed, for example, the reaction solvent mentioned above is used preferably.
  • Electrolyte material in the present invention, (i) an electrolyte material containing an ionic compound (1) and a medium (hereinafter sometimes referred to as an electrolyte material (i)), (ii) an ionic compound (1) and a medium An electrolyte material (hereinafter, sometimes referred to as electrolyte material (ii)) having an ionizable compound concentration of 1% by mass or more and a water content of 50 ppm or less, or (iii) an ionic compound Also included are electrolyte materials containing (1) and having a water content of 2000 ppm or less (hereinafter sometimes referred to as electrolyte material (iii)).
  • the inventors of the present invention can improve the withstand voltage of the electrolytic solution by using the ionic compound represented by the above general formula (1) as an electrolyte, and can stably store an electric storage device even if charge and discharge are repeated under high voltage. It has been found that it can be operated and the invention has been completed.
  • these electrolyte materials (i) to (iii) will be described.
  • Electrolyte material (i) The electrolyte material (i) of the present invention is characterized in that it contains the ionic compound represented by the above general formula (1) and a solvent (medium).
  • the electrolyte material (i) of the present invention may be simply referred to as an electrolytic solution.
  • the electrolytic solution of the present invention contains the above ionic compound (1).
  • the concentration of the ionic compound (1) in the electrolytic solution is preferably 0.1% by mass or more, and is preferably the saturation concentration or less. If it is less than 0.1% by mass, the ion conductivity is unfavorably lowered. It is more preferably 1% by mass or more, still more preferably 5% by mass or more, and 50% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less. If the concentration of the electrolyte is too low, it may be difficult to obtain the desired electrical conductivity. On the other hand, if the concentration is too high, the viscosity of the electrolyte becomes noticeable particularly in a low temperature range (about -20 ° C). As a result, the charge transfer efficiency may be lowered, or the ionic compound (1) may be separated and precipitated in the electrolyte to adversely affect the device. Moreover, the problem of the cost rise by large use of ionic compound (1) also arises.
  • the aprotic solvent in which the said ionic compound (1) can be dissolved is mentioned.
  • the organic solvent decomposes under high voltage, resulting in deterioration of the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution of the present invention containing the cyanoborate salt represented by the general formula (1) the present inventors have achieved decomposition current even under a high voltage exceeding the withstand voltage of a commonly known solvent. It turned out that it does not flow and it becomes difficult to produce degradation of electrolyte solution. This effect is particularly remarkable when the amount of the predetermined impurity contained in the ionic compound (1) is reduced.
  • the electrolytic solution of the present invention has a high voltage resistance as compared with the conventional electrolytic solution, it is considered that the charge and discharge cycle characteristics are improved in the electricity storage device using this electrolytic solution. Further, the improvement effect of the withstand voltage characteristics and the cycle characteristics can be obtained also in the case where the electrolyte contains, in addition to the ionic compound (1) represented by the above general formula (1), other electrolytes other than this. , Are obtained similarly.
  • aprotic solvent which can be used for the electrolytic solution of the present invention, a solvent having a large dielectric constant, a high solubility of an electrolyte salt, a boiling point of 60 ° C. or more, and a wide electrochemical stability range is preferable. is there. More preferably, it is an organic solvent (non-aqueous solvent) having a low water content.
  • Such organic solvents include ethylene glycol dimethyl ether (1,2-dimethoxyethane), ethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,6-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, crown ether, triethylene glycol dimethyl ether, Ethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane; dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (methyl ethyl carbonate), diethyl carbonate (diethyl carbonate), diphenyl carbonate, methyl phenyl carbonate, etc.
  • Ethers such as tetraethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane; dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (methyl ethyl carbonate), diethyl carbonate (die
  • Cyclic carbonates such as vinylene carbonate and 2-vinyl ethylene carbonate; methyl formate, methyl acetate, propionic acid, methyl propionate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, aliphatic carboxylic acid esters such as amyl acetate; Aromatic carboxylic acid esters such as methyl acid and ethyl benzoate; carboxylic acid esters such as ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone and ⁇ -valerolactone; trimethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate, phosphorus Phosphates such as triethyl acid acid; acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaroni
  • chain carbonates, cyclic carbonates, aliphatic carboxylic esters, carboxylic esters and ethers are preferable, and dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, ⁇ - Butyrolactone, ⁇ -valerolactone and the like are more preferable.
  • the above solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the electrolyte of the present invention may contain an electrolyte other than the above ionic compound (1).
  • an electrolyte one having a large dissociation constant in the electrolytic solution is preferable.
  • Examples of cationic species contained in other electrolytes include alkali metal ions such as Li + , Na + , and K + , alkaline earth metal ions such as Ca 2+ and Mg 2+ , and the above-mentioned onium cations. Particularly preferred are chain quaternary ammonium or lithium ions.
  • the anionic species PF 6 -, BF 4 - , Cl -, Br -, ClO 4 -, AlCl 4 -, C [(CN) 3] -, N [(CN) 2] -, N [( SO 2 CF 3 ) 2 ] ⁇ , N [(SO 2 F) 2 ] ⁇ , CF 3 (SO 3 ) ⁇ , C [(CF 3 SO 2 ) 3 ] ⁇ , AsF 6 ⁇ , SbF 6 ⁇ and dicyanotrichloride
  • Examples include azolate ions (DCTA) and the like. Among these, PF 6 - and BF 4 - are more preferable, and BF 4 - is particularly preferable.
  • triethylmethylammonium as cationic components BF 4 as an anionic component - triethylmethylammonium tetrafluoroborate containing, tetraethylammonium as a cationic component, BF 4 as an anionic component - the other, etc.
  • tiger ethylammonium tetrafluoroborate including As an electrolyte of
  • the said other electrolyte When using the said other electrolyte, it is 0.1 mass% or more and 50 mass% or less in the total amount of 100 mass% of the said ionic compound (1) and other electrolytes as its existing quantity It is. If the amount is less than 0.1% by mass, the absolute amount of ions may not be sufficient, and the electrical conductivity may be reduced. If the amount is more than 50% by mass, the movement of ions may be significantly inhibited. More preferably, it is 1% by mass or more, still more preferably 5% by mass or more, further preferably 6% by mass or more, still more preferably 10% by mass or more, more preferably 40% by mass or less, still more preferably 30% by mass % Or less, more preferably 25% by mass or less.
  • the concentration of the electrolyte (the total amount of the ionic compound (1) or the ionic compound (1) and the other electrolyte) in the electrolytic solution of the present invention is preferably 1% by mass or more. Also, the saturated concentration or less is preferable. If it is less than 1% by mass, the ion conductivity is unfavorably lowered. More preferably, the content is 5% by mass or more and 50% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less. If the concentration of the electrolyte is too low, it may be difficult to obtain the desired electrical conductivity.
  • the concentration is too high, the viscosity of the electrolyte becomes noticeable particularly in a low temperature range (about -20 ° C). As a result, the charge transfer efficiency may be lowered, or the electrolyte (ionic compound (1), other electrolytes) may be separated and precipitated in the electrolyte to adversely affect the device. In addition, there is also a problem of cost increase due to the large use of electrolyte.
  • the electrolytic solution of the present invention preferably has a withstand voltage of 6.9 V or more and 13.8 V or less (vs. Li / Li + ) when LSV measurement is performed under the following conditions.
  • withstand voltage at 6.9 V or more and 13.8 V or less means that when LSV measurement is performed under the conditions described later, 6.9 V to 13.8 V In the range, it means that the current of the reference current value or more does not flow, that is, the decomposition of the electrolytic solution hardly occurs. Therefore, an electricity storage device provided with the electrolytic solution of the present invention having the above-mentioned withstand voltage can be charged to a high potential, and deterioration of the electrolytic solution and electrodes is unlikely to occur even when operated at a high potential. It will be expensive.
  • a high-performance electrolyte solution can be said, so that the voltage in which the electric current more than a reference current value is observed is high. Therefore, as the electrolytic solution of the present invention, those having a withstand voltage at 7 V or more and 13.8 V (lithium standard) are preferable, and those having a withstand voltage at 8 V to 13.8 V (lithium standard) are more preferable, and 10 V to It is more preferable to have a withstand voltage at 13.8 V (lithium standard).
  • a propylene carbonate solution or ⁇ -butyrolactone solution of a predetermined electrolyte concentration (total amount of the ionic compound (1) and the other electrolyte) is used as an electrolyte, and a glassy carbon electrode (electrode surface area: 1 mm ⁇ (0.
  • the oxidation decomposition potential can be measured when the potential is scanned higher than the natural potential, and the reduction decomposition potential can be measured when the potential is scanned lower than the natural potential.
  • the concentration of the electrolytic solution is 1 mol / L when the cation Mn + is an onium cation, and is 0.7 mol / L when the cation Mn + is an inorganic cation (for example, a metal cation or the like).
  • the electrolyte solution is a higher performance electrolyte. That is, it can be said that it is a high-performance electrolyte solution so that a slight electric current is not observed when it measures on the conditions of the said LSV measurement.
  • the present invention includes the ionic compound (1) represented by the general formula (1): M n + ([B (CN) 4-m Y m ] ⁇ ) n and a solvent, and a reference current value
  • An electrolyte having a withstand voltage of 0 V or more and less than 6.9 V (vs. Li / Li + ) is also included when LSV measurement is performed under the same conditions as described above except that 0.1 V is set to 0.1 mA.
  • the LSV measurement conditions other than the reference current value are as described above, and “with a withstand voltage at 0 V or more and 6.9 V (vs.
  • Li / Li + means that LSV measurement was performed under the conditions described above In this case, it means that no current exceeding the reference current value (0.1 mA) flows in the range of 0 V or more and less than 6.9 V, that is, decomposition of the electrolyte does not occur.
  • Electrolyte material (ii), electrolyte material (iii) Next, the electrolyte materials (ii) and (iii) will be described.
  • the electrolyte materials (ii) and (iii) each contain an ionic compound (1).
  • the ionic compound (1) contained in the electrolyte materials (ii) and (iii) those in which the cation Mn + is an inorganic cation are preferable.
  • Electrolyte material (ii) The electrolyte material (ii) of the present invention includes the ionic compound (1) represented by the above general formula (1) and a medium, and the concentration of the ionic compound in the electrolyte material (i) is 1% by mass or more It is characterized in that the water content is 50 ppm or less.
  • the present inventors have repeatedly studied the characteristics of the ionic compound represented by the above general formula (1), and the water content contained in the electrolyte material (ii) is the resistance to the electrolyte solution and further to the electricity storage device. It has been found that it is found that the deterioration of electrochemical characteristics such as voltage characteristics and cycle characteristics is affected, and in order to provide an ionic compound which is less likely to cause such characteristics deterioration, as a result of repeated studies, it is represented by the general formula (1) If the water content of the electrolyte material (i) containing the ionic compound and the medium such that the concentration of the ionic compound is 1% by mass or more is about 50 ppm or less (mass basis, the same applies hereinafter), the ionic compound It has been found that it is difficult to cause deterioration of the properties of the battery and the deterioration of the constituent members and electrochemical characteristics of various energy storage devices in which the ionic compound is used.
  • the water contained in the electrolyte material is, for example, a synthesis reaction of the ionic compound (1) in the production process of the electrolyte material, or water, a solvent used in the purification, or a water or solvent mixed in due to moisture absorption from the environment such as in the air. It is considered to be residual.
  • the electrolyte material of the present invention may be used in the electrolyte solution of various storage devices, but if the electrolyte material contains water, the voltage resistance of the electrolyte may be reduced, or water may become electric when the storage device is in operation. As a result of decomposition to generate hydrogen ions, the pH of the electrolytic solution is lowered (acidic).
  • the electrode material is dissolved by the acidic component generated in the electrolytic solution, or the electrode material is reacted or corroded to store electricity.
  • the performance of the device is degraded.
  • gas may be generated when the water is electrolyzed, which may increase the internal pressure of various storage devices having a sealed structure, which may lead to deformation or breakage. As a result, not only the device can not be used, but also safety problems may occur.
  • the lower the water content, the better, and the water content in the electrolyte material (ii) is preferably about 30 ppm or less, more preferably about 20 ppm or less, still more preferably about 15 ppm or less, particularly preferably Preferably it is about 10 ppm or less.
  • the lower limit of the water content is not particularly limited, and is most preferably 0 ppm, but it is technically difficult to reduce the content to 0 ppm, which may be undesirable for economic reasons. Therefore, the lower limit of the water content of the electrolyte material (ii) of the present invention may be about 0.1 ppm. If the water content is about 0.1 ppm, the effect on the characteristics of the electrolyte material (ii) is small.
  • the lower limit may be about 1 ppm. It is because it is hard to see the remarkable fall of a characteristic, and it is hard to produce the problem on practical use.
  • the water content in the present invention can be determined, for example, using a Karl Fischer moisture measuring apparatus by coulometric titration or volumetric titration (for example, Karl Fischer moisture meter manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.) as described in the examples described later. It is a value measured by the procedure.
  • a Karl Fischer moisture measuring apparatus by coulometric titration or volumetric titration (for example, Karl Fischer moisture meter manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.) as described in the examples described later. It is a value measured by the procedure.
  • the medium is not particularly limited, and non-aqueous solvents, polymers, polymer gels and the like can be mentioned.
  • a solvent having a large dielectric constant, a high solubility of the ionic compound (1), a boiling point of 60 ° C. or more, and a wide electrochemical stability range is preferable.
  • an aprotic organic solvent having a low water content is mentioned.
  • the aprotic solvents exemplified in the description of the electrolyte material (i) can be preferably used.
  • polymer used as the medium examples include epoxy compounds (polyethylene oxide (PEO), which is a homopolymer or copolymer of polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, etc., which is a homopolymer or copolymer of ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, allyl glycidyl ether, etc.)
  • Methacrylic polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA), nitrile polymers such as polyacrylonitrile (PAN), fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, and copolymers thereof Etc.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PAN polyacrylonitrile
  • fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, and copolymers thereof Etc.
  • the amount of the medium is preferably such that the concentration of the ionic compound (1) in the electrolyte material (ii) according to the present invention is 1% by mass or more and the saturation concentration or less.
  • the saturation concentration of lithium tricyanomethoxyborate relative to ⁇ -butyrolactone is 20.2% by mass. More preferably, the concentration of the ionic compound (1) in the electrolyte material (ii) is 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more, still more preferably 30% by mass or less, still more preferably Is 25 mass% or less.
  • Electrolyte material (iii) The present invention also includes an electrolyte material (iii) containing the ionic compound represented by the above general formula (1) and having a water content of about 2000 ppm or less.
  • the electrolyte material (ii) when the electrolyte material (iii) contains water, it reduces the antistatic properties of the electrolytic solution and thus causes the failure of the electrochemical device provided with the electrolyte material (iii) Become. Therefore, the lower the water content, the better.
  • the water content in the electrolyte material (iii) of the present invention is preferably about 1500 ppm or less, more preferably about 1000 ppm or less, still more preferably about 800 ppm
  • the following content is more preferably about 600 ppm or less, still more preferably about 500 ppm or less, still more preferably about 300 ppm or less, particularly preferably about 200 ppm or less, particularly preferably about 150 ppm or less, most preferably about 100 ppm or less.
  • the lower limit of the water content is not particularly limited, and is most preferably 0 ppm, but it is technically difficult to reduce the content to 0 ppm, and it may be unpreferable also for economic reasons.
  • the lower limit of the water content may be about 0.1 ppm. If the water content is about 0.1 ppm, the effect on the characteristics of the ionic compound contained in the electrolyte material (iii) is small.
  • the lower limit may be about 1 ppm. It is because it is hard to see the remarkable fall of a characteristic, and it is hard to produce the problem on practical use.
  • the electrolyte material (iii) of the present invention may contain the above-mentioned ionic compound (1). Therefore, in the present invention, the water content contained in the ionic compound (1) (in solid state) is preferably in the above range.
  • the water content in the electrolyte material (iii) can also be measured by the method described in the examples described later, as in the electrolyte material (ii).
  • the method for setting the water content of the electrolyte material to the above range is not particularly limited, for example, an electrolyte material (Ionic compound (1) containing a reduced amount of water by adopting a manufacturing method described later) ii), (iii) can be obtained.
  • the electrolyte material (ii) or (iii) of the present invention is used as a solvent (medium) for storage device such that the concentration of the ionic compound (1) is in the range of 5% by mass
  • the sweep range is an electric potential of ⁇ 10 V using a three-electrode electrochemical cell in which the working electrode is a glassy carbon electrode, the reference electrode is an Ag electrode, and the counter electrode is a Pt electrode.
  • the peak current value observed in the region of 2) is 2 mA / cm 2 or less.
  • solvent for power storage device is a solvent selected from lactone solvents and carbonate solvents, and these may be used alone or may be a mixture of two or more solvents. Examples include, but are not limited to, one or more solvents or mixed solvents selected from the group consisting of ⁇ -butyrolactone, propylene carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate.
  • the electrolytic solution used for the LSV measurement is a solution obtained by dispersing or dissolving the electrolyte material (ii) or (iii) in a solvent for a storage device, or a lactone solvent and / or carbonate system as a solvent according to a manufacturing method described later
  • the compound (1) solution electrolyte material (ii)
  • the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention have a reduced water content, decomposition of the electrolyte solution caused by water is difficult to occur, and the high potential side such as 13.8 V with respect to lithium Even if the potential is scanned up to, the observed peak current value (resolution current value) can be suppressed low. Therefore, it is understood that the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention can be used as an electrolyte solution material or an electrolyte solution excellent in voltage resistance.
  • the peak current value is excellent lower the withstand voltage
  • the peak current value is more preferably at 1.5 mA / cm 2 or less, more preferably at 1.3 mA / cm 2 or less . Particularly preferably, it is 1.0 mA / cm 2 or less.
  • the solvent used for LSV measurement is a dewatering grade solvent having a water content of 30 ppm or less.
  • the ionic compound represented by the above general formula (1) and the medium or ionic compound (1) may be contained in the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention, the ionic compound Electrolytes other than (1) may be included.
  • the absolute amount of ions in the electrolyte material can be increased, and the electrical conductivity of the ion conductive material using the electrolyte material of the present invention can be improved.
  • electrolytes those having a large dissociation constant in the electrolytic solution and having an anion that is difficult to solvate with the aprotic solvent described later are preferable.
  • examples of the cationic species and the anionic species constituting other electrolytes include those exemplified in the description of the electrolyte material (i).
  • alkali metal salts and alkaline earth metal salts of trifluoromethanesulfonic acid such as LiCF 3 SO 3 , NaCF 3 SO 3 , KCF 3 SO 3 and the like; LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3) Alkali metal salts and alkaline earth metal salts of perfluoroalkanesulfonic acid imides such as CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2, etc.
  • Alkali metal salts of hexafluoroloric acid such as LiPF 6 , NaPF 6 , KPF 6 etc.
  • Quaternary ammonium salts quaternary phosphonium salts such as (CH 3 ) 4 P.BF 4 , (C 2 H 5 ) 4 P.BF 4 and the like are suitable as other electrolytes.
  • alkali metal salts and / or alkaline earth metal salts are preferable.
  • LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , alkali metal salts and alkaline earth metal salts of perfluoroalkanesulfonic acid imide, chain Quaternary ammonium salts are preferred, and from the viewpoint of reduction resistance, linear quaternary ammonium salts are preferred.
  • a lithium salt, a sodium salt, and a potassium salt are suitable
  • an alkaline earth metal salt a calcium salt and a magnesium salt are suitable. More preferred is a lithium salt.
  • the present amount of the other electrolyte is preferably 0.1% by mass or 90% by mass or less in 100% by mass in total of the ionic compound represented by the general formula (1) and the other electrolyte. It is. If the amount of other electrolytes is too small, it may be difficult to obtain the effect of using other electrolytes (for example, the absolute amount of ions does not become sufficient and the electric conductivity decreases), and the other electrolytes may not be obtained. If the amount is too large, there is a risk that the movement of ions may be significantly inhibited. More preferably, it is 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, more preferably 80% by mass or less, and still more preferably 70% by mass or less.
  • the method of producing electrolyte material (ii), (iii) refers to a method of producing the above-mentioned electrolyte material (ii), (iii)
  • the ionic compound represented by the formula is mixed with a solvent selected from lactone solvents and / or carbonate solvents, (I) performing distillation, and / or (ii) contacting with molecular sieve, It is characterized in that it contains
  • the ionic compound (1) contained in the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention has a very high affinity to water, and is ionic even when heating is continued at a temperature higher than 100 ° C. under high vacuum. It is difficult to sufficiently reduce the amount of water contained in the compound (1). Then, when the present inventors repeated examination about the method to reduce the water content, the water content can be effectively reduced by processing in a state in which the ionic compound (1) is dissolved in the organic solvent. I found out.
  • an organic solvent having a boiling point lower than that of water has a problem that the solvent is distilled off prior to the removal of water, and an organic solvent having a low solubility of ionic compound (1) is in the middle of dehydration treatment.
  • the ionic compound precipitates and it is difficult to reduce the water content sufficiently. Furthermore, it is conceivable to use a polar solvent from the viewpoint of the solubility of the ionic compound, but in this case, the polar solvent remains in the dried ionic compound.
  • the ionic compound contains a polar solvent, when it is used in an electrochemical application, problems occur such as the generation of an abnormal current due to the decomposition of the solvent, and the deterioration of the electrochemical characteristics such as the decrease in ion conductivity.
  • the present inventors have surprisingly found that the ionic compound is dissolved in a solvent selected from a lactone solvent or a carbonate solvent which is also used as a solvent for an electrolytic solution, (i) By performing the distillation step and / or (ii) the contact step with the molecular sieve, the water content can be sufficiently reduced while preventing the precipitation of the ionic compound, and when used for electrochemical applications It has also been found that an electrolyte material is obtained which is less likely to deteriorate in electrochemical characteristics.
  • the method for producing the ionic compound (1) is not particularly limited, and may be produced, for example, by the above-mentioned production methods [1] to [3].
  • the lactone solvents and the carbonate solvents have higher solubility of the ionic compound (1) than other solvents, and the boiling point is also relatively high. Therefore, if lactone solvents or carbonate solvents are used, the ionic compounds ( The water content can be efficiently reduced while suppressing the precipitation of 1).
  • lactone solvents and carbonate solvents are also used as solvents for electrolytes of various electric storage devices, even if they remain in the ionic compound (1) and also in the electrolyte materials (i) and (ii) , Its influence on the electrochemical properties is small.
  • the ionic compound (1) solution whose water content has been reduced through the above step (i) and / or step (ii) can be used as it is for storage device applications such as electrolytes, it also provides process merits. be able to.
  • lactone solvents include ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ -acetolactone and ⁇ -propiolactone.
  • the lactone solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • the lactone solvents ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone are preferable.
  • the carbonate-based solvent examples include dimethyl carbonate (dimethyl carbonate), diethyl carbonate (diethyl carbonate), ethyl methyl carbonate (ethyl methyl carbonate), diphenyl carbonate, methyl phenyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate and the like.
  • the carbonate-based solvent may be used alone or in combination of two or more.
  • propylene carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are preferable.
  • the lactone solvent and the carbonate solvent may be used in combination as needed.
  • a solution of the ionic compound (1) containing the solvent used in the synthesis or other purification step may be used as it is, or a part or all of the solvent may be used. After removal, it may be mixed with a lactone solvent or a carbonate solvent.
  • the use amount of the lactone solvent and / or the carbonate solvent is preferably 100 parts by mass to 1,000,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ionic compound (1) or the ionic compound (1) contained in the solution.
  • the amount is more preferably 100 parts by mass to 100000 parts by mass, and still more preferably 100 parts by mass to 10000 parts by mass. If the amount of the solvent used is too small, ionic compounds may precipitate and it may be difficult to remove water sufficiently, and if it is too large, productivity may be reduced.
  • solvents may be contained in the mixed solution of the ionic compound (1) and the lactone solvent and / or the carbonate solvent.
  • the other solvent may be contained in the above reaction solution, or may be mixed with the lactone solvent and / or the carbonate solvent in the ionic compound (1).
  • Examples of the solvent used in the synthesis or the other purification step and other solvents include (aromatic) hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane and toluene, ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate, acetone and the like Ketone solvents such as ethyl methyl ketone, halogen-containing solvents such as chloroform, methylene chloride, chlorobenzene and dichlorobenzene, nitrile solvents such as acetonitrile and valeronitrile, ether solvents, amide solvents, alcohol solvents and the like are included.
  • aromatic hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane and toluene
  • ester solvents such as ethyl acetate and butyl acetate
  • acetone and the like Ketone solvents such as ethyl methyl ketone
  • halogen-containing solvents such as
  • the amount of the other solvent is not particularly limited, but the other solvent is distilled off in the process of performing the step (dehydration step) described later (i) and / or (ii) for the reason described above. Finally, it is recommended to carry out the steps (i) and / or (ii) with the ionic compound (1) dissolved in the lactone solvent and / or the carbonate solvent. .
  • distillation step (i) After mixing the ionic compound represented by the general formula (1) and the lactone solvent and / or the carbonate solvent, the mixed solution is supplied to a distillation apparatus. Do the distillation.
  • the distillation step is a step of distilling off the other solvent (solvent or the like used in the synthesis or purification step) and water contained in the mixed solution together with the lactone solvent and the carbonate solvent.
  • the distillation operation usable in the present invention is not particularly limited, and may be a simple distillation type, a type using a thin film distiller, a fractional distillation type provided with a distillation column, and a distillate from the distillation column at a constant reflux ratio
  • a distillation type to be extracted while returning to the inside of the column a distillation type in which water is concentrated in the reflux tank while maintaining the distillation column at total reflux, and components of the reflux tank are stabilized, batch extraction is performed in a short time, and the like. Water can be further removed by repeating all reflux and batch extraction.
  • the time for maintaining the total reflux varies depending on the distillation equipment, but it is preferable to make it longer than the time for which the liquid twice as much as the liquid volume in the reflux tank is distilled from the top. It is preferable that all apparatuses used in the distillation step be provided with known heating means.
  • the heating temperature of the mixed solution is preferably 30 ° C. or more and 250 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or more and 200 ° C. or less, and still more preferably 50 ° C. or more and 150 ° C. or less. If the temperature is too low, it may be difficult to reduce the water content sufficiently. On the other hand, if the temperature is too high, the ionic compound (1) and the solvent may be decomposed. The distillation may also be carried out under reduced pressure. By controlling the degree of pressure reduction, the water content can be efficiently reduced even at a low temperature.
  • the degree of pressure reduction is, for example, preferably 20 kPa or less, more preferably 10 kPa or less, and still more preferably 5 kPa or less.
  • the implementation time of the distillation step is not particularly limited, and the distillation operation may be performed until a predetermined solvent distillation amount or the concentration of the ionic compound (1) reaches a desired value. Thereby, the ion conductive material (electrolyte solution) containing the ionic compound (1) of a desired density
  • concentration can be obtained.
  • step (ii) of contacting with molecular sieve after mixing the ionic compound represented by the above general formula (1) and the lactone solvent, this mixed solution is mixed with Make contact.
  • the molecular sieve the general formula: M '2 / q O ⁇ Al 2 O 3 ⁇ xSiO 2 ⁇ yH 2 O
  • M' is an alkali metal, alkaline earth metal or the like of the metal cation
  • q is the M
  • the valence is represented by 1 to 2).
  • the shape of the molecular sieve is not particularly limited, and powder, sphere (bead), columnar (pellet type), trisive type in which a plurality of cylinders are combined, etc. can be used.
  • the molecular sieve may contain a binder component as long as the electrochemical properties of the ionic compound are not affected.
  • the molecular sieve may be a synthetic one or a commercially available one.
  • the molecular sieve include molecular sieves having an average pore diameter of 3 to 10 ⁇ (notated value) based on 3A type, 4A type, 5A type and 13X type. From the viewpoint of use for an electricity storage device, one having less eluted components such as metal cations is preferable. Among these, those containing Li as a metal cation are preferably used because even if metal cations derived from molecular sieves remain after the contacting step, they have little influence on the performance of the electricity storage device. In the present invention, if necessary, the cation M ′ contained in the molecular sieve may be replaced with another metal cation.
  • the amount of molecular sieve used is not particularly limited, and may be suitably determined according to the amount of water contained in the above ionic compound or mixed solution, but for example, molecular sieve 0 relative to 100 parts by mass of mixed solution
  • the content is preferably in the range of 0.01 parts by mass to 10000 parts by mass, more preferably 0.05 parts by mass to 1000 parts by mass, and still more preferably 0.1 parts by mass to 100 parts by mass. If the amount of molecular sieve used is too small, it may be difficult to sufficiently reduce the amount of water, and even if used in large amounts, it is difficult to see the effect of reducing the amount of water corresponding to the amount used.
  • the contact mode of the mixed solution and the molecular sieve is not particularly limited as long as the ionic compound (1) and the molecular sieve are in contact with each other, but in order to obtain good dewatering efficiency, a method in which the mixed solution in contact with the molecular sieve is renewed. Is preferred.
  • a specific contact mode for example, a mode in which a mixed solution and a molecular sieve are mixed and stirred; a mode in which an ionic compound solution is allowed to pass through a packed bed of molecular sieve; and the like.
  • the ionic compound solution is allowed to pass through the packed bed, if necessary, the water content in the solution can be further reduced by repeatedly passing the same ionic compound solution through the packed bed. Can.
  • the embodiment in which the ionic compound solution is allowed to pass through the packed bed of molecular sieve needs to be provided with a separation process (solid-liquid separation process such as filtration, sedimentation, centrifugation etc.) of the ionic compound solution and the molecular sieve.
  • a separation process solid-liquid separation process such as filtration, sedimentation, centrifugation etc.
  • the temperature at which the mixed solution is brought into contact with the molecular sieve is preferably ⁇ 40 ° C. to 200 ° C., more preferably ⁇ 20 ° C. to 100 ° C., and still more preferably 0 ° C. to 50 ° C.
  • the contact time is not particularly limited, but is preferably 72 hours or less, more preferably 24 hours or less, still more preferably 6 hours or less, from the viewpoint of production efficiency.
  • the regeneration conditions of the molecular sieve include, for example, a method of heat treatment to 200 ° C. or higher under a flow of an inert gas such as nitrogen, a method of preheating at a lower temperature and a high temperature treatment, etc. It is not a thing.
  • the solution containing the ionic compound (1) in which water content was reduced to 50 ppm or less is obtained.
  • the solution containing the ionic compound (1) has a reduced water content, and can be used as it is in various applications. That is, according to the present invention, it is possible to prevent an increase in the amount of water derived from the solvent as compared with the case where the solid ionic compound is dissolved in the solvent.
  • the lactone solvent and / or the carbonate solvent correspond to the above-mentioned medium, the ionic compound (1) solution obtained through the above step (i) or (ii) can be used as the electrolyte material (i Or (ii)).
  • the solvent is distilled off from the obtained ionic compound (1) solution for the purpose of enhancing the storage stability or facilitating the distribution of the product.
  • It may be a solid ionic compound.
  • the solid ionic compound referred to here corresponds to the above-mentioned electrolyte material (iii).
  • the method for obtaining the solid ionic compound (1) is not particularly limited, but, for example, (a) the ionic compound (1) solution is heated until the ionic compound (1) precipitates, and the precipitate is separated, Method to dry and solidify (powder); (b) distilling the lactone solvent and / or the carbonate solvent from the solution of the ionic compound (1) solution and concentrating, then, if necessary, cooling the concentrated solution while cooling Method of precipitating the ionic compound (1), separating and drying it to solidify it; (c) adding a solvent to the above concentrate to precipitate the ionic compound (1), Method of separating, drying and solidifying; (d) adding a poor solvent having a higher boiling point and distilling off a lactone or carbonate solvent to separate out the slurry; (e) removing the solvent The solution of the ionic compound (1) is heated to dryness until And the like; a method of.
  • the drying method of the ionic compound (1) is not particularly limited, and conventionally known drying devices can be used.
  • the drying temperature is preferably 0 ° C to 400 ° C.
  • the temperature is more preferably 10 ° C. or more, further preferably 20 ° C. or more, more preferably 300 ° C. or less, and still more preferably 200 ° C. or less.
  • the drying of the ionic compound (1) may be performed while supplying a gas to the drying device.
  • gases include dry inert gas such as nitrogen and argon, and dry air.
  • the electrolyte materials (i) to (iii) of the present invention containing the above ionic compound (1) are not only batteries having a charge and discharge mechanism such as primary batteries, lithium (ion) secondary batteries and fuel cells, but also electrolytic capacitors Applications as electrochemical materials such as electrolytes provided in various storage devices such as electric double layer capacitors and solar cells, and as agents for imparting conductivity to polymers utilizing the combination of electrochemical characteristics and thermal stability Use is expected.
  • the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention have a reduced water content, and are particularly suitably used for the above-mentioned applications.
  • the structure of an electrical storage device is not specifically limited, The electrolyte material of this invention is applicable to a well-known electrical storage device.
  • the electrolyte materials (i) to (iii) of the present invention are suitably used as an electrolyte or electrolyte material of various power storage devices.
  • the electricity storage device provided with the electrolytic solution of the present invention includes an electrolytic capacitor, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, in addition to a battery having a charge and discharge mechanism such as a primary battery, lithium (ion) secondary battery, and fuel cell.
  • a charge and discharge mechanism such as a primary battery, lithium (ion) secondary battery, and fuel cell.
  • lithium ion secondary batteries (2) electrolytic capacitors, (3) electric double layer capacitors, and (4) lithium ion capacitors will be described in more detail.
  • Lithium Ion Secondary Battery A lithium ion secondary battery is composed mainly of a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized in that the electrolytic solution of the present invention is provided as the electrolytic solution in the above basic configuration.
  • the lithium ion secondary battery having the above configuration can operate stably even when charging and discharging are repeated under high voltage.
  • lithium ion secondary battery it is preferable that it is a non-aqueous electrolyte lithium ion secondary battery which is a lithium ion secondary battery other than a water electrolyte.
  • This lithium ion secondary battery uses a carbon material such as graphite as a negative electrode active material to be described later, and uses a compound containing a metal oxide such as LiCoO 2 as a positive electrode active material.
  • Such a lithium ion secondary battery In the secondary battery, at the time of charge, for example, a reaction of C 6 Li ⁇ 6C + Li + e occurs at the negative electrode, and electrons (e) generated at the negative electrode surface ion-conductive in the electrolytic solution to move to the positive electrode surface, On the surface, for example, a reaction of CoO 2 + Li + e ⁇ LiCoO 2 occurs, and a current flows from the negative electrode to the positive electrode. On the other hand, during discharge, a reverse reaction occurs during charge, and current flows from the positive electrode to the negative electrode.
  • electricity is stored or supplied by a chemical reaction by ions.
  • the electrolytic solution provided in the lithium ion secondary battery of the present invention contains a lithium ion, a cyanoborate anion, and an aprotic organic solvent.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion each function as a carrier of charge in the electrolytic solution.
  • cyanoborate anions are excellent in withstand voltage characteristics (the effect of improving the voltage resistance on the positive electrode side) and are difficult to be decomposed even in use under high voltage. Therefore, the lithium ion secondary battery of the present invention can be stably operated even under high voltage, and has high energy density.
  • the electrolyte solution of this invention is preferable to use as an electrolyte solution of the lithium ion secondary battery of this invention.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion contained in the electrolytic solution according to the present invention are derived from a compound containing these anions and / or cations.
  • the compound that generates these ions may be derived from the ionic compound (1) or may be derived from another electrolyte.
  • the lithium ion contained in the electrolyte solution based on this invention originates in another electrolyte.
  • the concentration of lithium ions in the electrolytic solution is preferably 5.0 ⁇ 10 ⁇ 4 mass% or more and 5 mass% or less. More preferably, it is 2.5 ⁇ 10 ⁇ 3 mass% or more, more preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 mass% or more, more preferably 3 mass% or less, and still more preferably 2 mass% or less is there.
  • the concentration of cyanoborate anion is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. More preferably, it is 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, more preferably 40% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion are too small in the electrolyte solution, the desired electrical conductivity may be difficult to obtain.
  • the concentration is too high, particularly the low temperature range Although it becomes pronounced at (about -20 ° C.), the viscosity of the electrolyte increases, which may lower the charge transfer efficiency, or lithium cyanoborate may be precipitated in the electrolyte to adversely affect the electrodes and the like.
  • the large amount of use leads to an increase in cost.
  • the concentrations of the ionic compound (1) and the other electrolytes in the electrolytic solution are not particularly limited as long as the amount of lithium ions and the amount of cyanoborate anions fall within the above ranges, for example, ionicity wherein Mn + is an onium cation
  • the concentration of the compound (1) is 0.01% by mass or more, and preferably less than 50% by mass. When the concentration of the electrolyte is in the above range, it is preferable because it exhibits good electrical conductivity.
  • the concentration of the ionic compound (1) is more preferably 0.05% by mass or more, further preferably 0.1% by mass or more, more preferably 20% by mass or less, and further preferably It is 10% by mass or less.
  • the concentration is too low, it may be difficult to obtain the desired electrical conductivity.
  • the concentration is too high, the viscosity of the electrolyte will be remarkable although it becomes remarkable particularly in the low temperature range (about -20.degree. C.).
  • the charge transfer efficiency may be increased, or the ionic compound (1) may be separated and deposited in the electrolytic solution to adversely affect the electrodes and the like.
  • the use of a large amount of ionic compound (1) results in an increase in cost.
  • a polymer electrolyte or a polymer gel electrolyte may be used as the electrolyte.
  • the polymer electrolyte is a polymer as a base material on which the electrolyte is supported, and for example, a polymer electrolyte (polymer gel electrolyte) obtained by impregnating the electrolyte of the present invention in a polymer, an ionic compound (1), What made the above-mentioned other electrolytes solid solution to a substrate polymer (an intrinsic polymer electrolyte) is mentioned.
  • groups such as polyethylene oxide and a polypropylene oxide, etc. are mentioned, Especially, polyethylene oxide is used preferably.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution.
  • a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit due to their contact.
  • the positive electrode and the negative electrode are respectively composed of a current collector, a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder (binder material). It is formed on the top by being formed into a thin coating film, sheet or plate.
  • the positive electrode is not particularly limited, and any known positive electrode can be used.
  • a positive electrode current collector a positive electrode active material, a conductive agent, a binder and the like are used.
  • a positive electrode collector aluminum, stainless steel, etc. can be illustrated, for example.
  • LiNiVO 4, LiCoPO 4, LiCoVO 4, LiCrMnO 4, LiCr x Mn 2-x O 4 (0 ⁇ x ⁇ 0.5), LiCr 0.2 Ni 0.4 Mn 1.4 O 4, LiPtO 3, Li x Fe 2 (SO 4 ) 3 , LiFeO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiCoO 2 , LiMn 1.6 Ni 0.4 O 4 , LiFePO 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiNiO 2 , Li 1 + x (Fe 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 ) 1-x O 2 and the like can be used.
  • the material which has high electric potential of 4 V or more is preferable.
  • the positive electrode active material is preferably in the form of powder (particulate), and preferably has a particle diameter of 10 nm or more and 500 ⁇ m or less.
  • the particle diameter is more preferably 20 nm or more and 100 ⁇ m or less, still more preferably 50 nm or more and 50 ⁇ m or less, particularly preferably 100 nm or more and 30 ⁇ m or less, and still more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the average particle size is a value of volume average particle size measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.
  • the nominal value of the seller may be referred to.
  • the negative electrode is not particularly limited, and any known negative electrode used in lithium ion secondary batteries can be used. Specifically, a negative electrode current collector, a negative electrode active material, a conductive agent, a binder, etc. What is composed of is preferably used. These materials are similar to the positive electrode, but are formed on a negative electrode current collector by forming a thin coating film, a sheet, or a plate.
  • the negative electrode current collector examples include copper, nickel, stainless steel and the like.
  • the negative electrode active material a conventionally known negative electrode active material used in a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon, coke and mesophase pitch carbon fiber, graphite, hard carbon which is amorphous carbon, carbon material such as C-Si composite material, lithium-aluminum alloy, lithium Lithium alloy such as magnesium alloy, lithium-indium alloy, lithium-thallium alloy, lithium-lead alloy, lithium-bismuth alloy, or one or more kinds of titanium, tin, iron, molybdenum, niobium, vanadium and zinc And metal sulfides. Among these, metal lithium and carbon materials capable of absorbing and releasing alkali metal ions are more preferable.
  • carbon black such as acetylene black and ketjen black, natural graphite, thermally expanded graphite, carbon fiber, metal fiber such as ruthenium oxide, titanium oxide, aluminum, nickel and the like are preferable.
  • acetylene black and ketjen black are more preferable in that the conductivity can be effectively improved with a small amount.
  • the blending amount of the conductive agent varies depending on the type of active material used, but it is preferably 1 part by mass to 10 parts by mass, and 3 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode or negative electrode active material. Is more preferred.
  • binder substance polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, carboxyl methylcellulose, a cross-linked polymer of fluoroolefin copolymer, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyimide, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin and the like are preferable. One or more of these may be used.
  • the blending amount of the binder substance varies depending on the kind of active material to be used, but is preferably 0.5 parts by mass to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode or the negative electrode active material, and 3 parts by mass More preferably, it is 5 parts by mass.
  • the positive electrode and the negative electrode for example, after a binder material is added to and mixed with a mixture of an electrode active material of the positive electrode or the negative electrode and acetylene black which is a conductive agent, the mixture is coated on each current collector (2)
  • the electrode active material and the binder substance are mixed, molded, integrated with the current collector, and then heat treated in an inert atmosphere to form a sintered body as an electrode. It is.
  • the activated carbon fiber cloth obtained by carrying out the activation process of carbon fiber cloth you may use it as an electrode as it is, without using a binder substance.
  • the positive electrode and the negative electrode are brought into contact by a method of sandwiching a separator between the positive electrode and the negative electrode, or a method of holding the electrodes facing each other at a distance. And it is preferable to prevent short circuits.
  • the separator it is preferable to use a porous thin film which does not cause a chemical reaction with the ionic compound (1) or other electrolytes in the use temperature range.
  • the material of the separator is preferably paper; an organic material such as polyolefin (polypropylene, polyethylene or the like) or aramid; an organic porous material such as aramid fiber; an inorganic material such as glass fiber;
  • a separator made of an inorganic material, a polyolefin material, or a mixture thereof is preferable.
  • a polypropylene (PP) film, a polyethylene (PE) film, or a laminated film obtained by laminating these films for example, PP / PE / PP three-layer film etc.
  • polyolefin material and inorganic material A molded body of a mixture of the foregoing, a porous sheet containing cellulose coated or impregnated with the above-mentioned organic material, and the like are suitable as a separator.
  • electrolytes such as LiPF 6 which has been used in a conventional electrolyte results in hydrogen fluoride (HF) was decomposed in a small amount of water contained in the electrolyte.
  • This hydrogen fluoride not only dissolves the electrode active material, but also reacts with the inorganic material for separator such as glass fiber to dissolve it, so that there is a problem that the internal resistance of the electricity storage device is increased.
  • metal oxides such as ceramics and insulating inorganic materials such as glass fibers can also be used as the separator material.
  • the insulating inorganic material may be used alone, or may be used as a filler mixed with an organic substance.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention only needs to have a positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution, and even if a plurality of cells each having the positive electrode, the negative electrode and the electrolytic solution as one unit are provided. Good.
  • the shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not limited as long as it has the above configuration, and any of conventionally known shapes such as coin shape, wound cylindrical shape, laminated square shape and aluminum laminate type can be adopted.
  • the outer case is not particularly limited, and conventionally known ones such as aluminum and steel may be employed.
  • Electrolytic capacitor comprises an anode foil, a cathode foil, an electrolytic paper which is a separator sandwiched between the anode foil and the cathode foil, a lead wire and the electrolyte of the present invention as basic components. It is a thing.
  • An aluminum electrolytic capacitor is preferable as such an electrolytic capacitor.
  • As such an aluminum electrolytic capacitor it is preferable to use, as a dielectric, a thin oxide film (aluminum oxide) formed by electrolytic anodic oxidation on the surface of an aluminum foil roughened by forming fine irregularities by electrolytic etching. .
  • the electric double layer capacitor is composed of polarizable electrodes (negative electrode, positive electrode) and an electrolyte as basic components.
  • the electric double layer capacitor of the present invention is characterized in that it has the electrolytic solution of the present invention containing an ionic compound (1) and a solvent as the electrolytic solution in the above basic configuration.
  • ionic compound (1) it is desirable that cation Mn + is onium cation.
  • the above-mentioned polymer electrolyte or polymer gel electrolyte may be used as the electrolyte.
  • the electric double layer capacitor having the above configuration has a higher positive electrode potential at full charge than in the prior art, and can operate stably even when charging and discharging are repeated under high voltage.
  • one pair of opposing polarizable electrodes functions as a positive electrode and the other as a negative electrode.
  • the polarizable electrode is provided on a collecting electrode, and is composed of an electrode active material of a positive electrode or a negative electrode, a conductive agent, a binder (binder material), etc. It is formed by forming a thin coating film, sheet or plate on the pole.
  • the electrode active material examples include activated carbon fibers, a molded article of activated carbon particles, activated carbon such as activated carbon particles, porous metal oxides, porous metals, conductive polymers, and the like.
  • activated carbon is preferable, and as the positive electrode, activated carbon, porous metal oxide, porous metal, and conductive polymer are preferable.
  • activated carbon is preferable, and as the activated carbon, one having an average pore diameter of 2.5 nm or less is preferable.
  • the average pore diameter is a value measured by the BET method by nitrogen adsorption.
  • the specific surface area of activated carbon differs depending on the electrostatic capacity (F / m 2 ) per unit area due to carbonaceous species, the decrease in bulk density accompanying the increase in specific surface area, and the like.
  • the specific surface area is preferably 500 m 2 / g to 2500 m 2 / g, and more preferably 1000 m 2 / g to 2000 m 2 / g.
  • the activated carbon As a method of producing the activated carbon, plant-based wood, sawdust, coconut shell, pulp waste solution, fossil fuel-based coal, petroleum heavy oil, or coal and petroleum-based pitch obtained by pyrolyzing them, petroleum coke, Carbon Aerogel, mesophase carbon, tar pitch fiber, synthetic polymer, phenol resin, furan resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyimide resin, polyamide resin, ion exchange resin, liquid crystal polymer, plastic waste It is preferable to use the activation method of activating and manufacturing after carbonizing the raw materials such as objects and waste tires.
  • the chemical activation method of heating activated carbon to obtain activated carbon by dehydration and oxidation reaction of the chemical is mentioned, and any of them may be used.
  • the activated carbon obtained by the above-mentioned activation method may be subjected to heat treatment to remove unnecessary surface functional groups or to develop crystallinity of carbon to increase electric conductivity.
  • the heat treatment is preferably performed at a temperature of preferably 500 ° C. to 2500 ° C., more preferably 700 ° C. to 1500 ° C. in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, or xenon.
  • an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, helium, or xenon.
  • Examples of the shape of the activated carbon include crushing, granulation, granules, fibers, felts, fabrics, sheets and the like.
  • the shape of the activated carbon is preferably granular, and in this case, the average particle diameter of the activated carbon is preferably 30 ⁇ m or less from the viewpoint of improving the bulk density of the electrode and reducing the internal resistance.
  • the average particle size is a value of volume average particle size measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus. Also, the nominal value of the seller may be referred to.
  • a carbon material having the above specific surface area other than activated carbon may be used, and for example, carbon nanotubes, diamond produced by plasma CVD, or the like may be used.
  • the conductive agent those exemplified as the conductive agent in the description of the lithium ion secondary battery are preferable.
  • the blending amount of the conductive agent varies depending on the material used as the electrode active material and the shape thereof, but in the case of using activated carbon, for example, 5 parts by mass to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of activated carbon Preferably, it is 10 parts by mass to 30 parts by mass.
  • binder substance those exemplified as the binder substance in the description of the lithium ion secondary battery are preferable.
  • the blending amount of the binder substance varies depending on the material used as the electrode active material and the shape thereof, but in the case of using activated carbon, for example, 0.5 parts by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of activated carbon. Is preferable, and 2 to 30 parts by mass is more preferable.
  • the current collection electrode is used to take out the capacitance stored in the polarizable electrode to the outside.
  • a current collection electrode aluminum foil, copper foil, metal fibers, such as aluminum and nickel, etc. are mentioned.
  • the polarizable electrode for example, (1) a mixture of activated carbon which is an electrode active material and acetylene black which is a conductive agent is added and mixed with polytetrafluoroethylene which is a binder material. After that, a method of applying on a collecting electrode and press-molding, (2) mixing activated carbon and binder substance such as pitch, tar, phenol resin etc., forming, integrating with a collecting electrode, heat treatment under inert atmosphere It is preferable to use a method of using an electrode as a sintered body and (3) a method of using only activated carbon and a binder substance or activated carbon as an electrode. In addition, when using the activated carbon fiber cloth obtained by carrying out the activation process of carbon fiber cloth, you may use it as an electrode as it is, without using a binder substance.
  • the contact or short circuit between the polarizable electrodes is achieved by a method of sandwiching the separator between polarizable electrodes, or a method of making the polarizable electrodes face each other with a space by using holding means. It is preferable to prevent.
  • the separator it is preferable to use a porous thin film which does not cause a chemical reaction with the ionic compound (1) or other electrolytes in the use temperature range.
  • the material of the separator may be a non-woven fabric made of cellulose fibers such as kraft paper or manila paper, a fiber material made of inorganic fibers such as ceramic fibers, a porous sheet containing aliphatic polyketone fibers, and a porous sheet containing cellulose. And those impregnated with such a polymer.
  • the electric double layer capacitor of the present invention only needs to have a pair of polarizable electrodes facing each other via a separator, and the electrolytic solution of the present invention, and a pair of polarizable electrodes facing each other via a separator It may be provided with a plurality of cells each having a non-aqueous electrolyte as one unit.
  • the shape of the electric double layer capacitor of the present invention is not limited as long as it has the above configuration, and any of conventionally known shapes such as coin shape, wound cylindrical shape, laminated square shape, and aluminum laminate type can be adopted.
  • the electric double layer capacitor of the present invention charges are stored in the electric double layer generated at the interface between the polarizable electrode and the electrolytic solution by physical adsorption and desorption of ions. Then, the stored charge is taken out as electrical energy through the collecting electrode.
  • a lithium ion capacitor is a carbon-based material capable of storing lithium ions as a negative electrode material while using the principle of a general electric double layer capacitor, and the energy density can be obtained by adding lithium ions thereto.
  • the capacitor is an improved capacitor, and the principle of charge and discharge is different between the positive electrode and the negative electrode, and has a structure in which the negative electrode of the lithium ion secondary battery and the positive electrode of the electric double layer capacitor are combined.
  • the lithium ion capacitor of the present invention comprises the electrolyte solution of the present invention in addition to the basic configuration of the lithium ion capacitor, ie, a polarizable electrode (positive electrode) and a negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. It has a feature in the place it has.
  • the lithium ion capacitor having the above configuration can operate stably even when charging and discharging are repeated under high voltage.
  • the electrolytic solution provided in the lithium ion capacitor of the present invention preferably contains an ionic compound (1) in which the cation Mn + is a lithium ion, and an aprotic organic solvent.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion each function as a carrier of charge in the electrolytic solution.
  • cyanoborate anions are excellent in withstand voltage characteristics (the effect of improving the voltage resistance on the positive electrode side) and are difficult to be decomposed even in use under high voltage. Therefore, the lithium ion capacitor of the present invention can be stably operated even under high voltage, and has high energy density.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion contained in the electrolytic solution according to the present invention are derived from a compound containing these anions and / or cations.
  • the compound that generates these ions may be derived from the ionic compound (1) or may be derived from another electrolyte.
  • the lithium ion contained in the electrolyte solution based on this invention originates in another electrolyte.
  • the concentration of lithium ions in the electrolytic solution is preferably 5.0 ⁇ 10 ⁇ 4 mass% or more and 5 mass% or less. More preferably, it is 2.5 ⁇ 10 ⁇ 3 mass% or more, more preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 mass% or more, more preferably 3 mass% or less, and still more preferably 2 mass% or less is there.
  • the concentration of cyanoborate anion is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less. More preferably, it is 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, more preferably 40% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less.
  • the lithium ion and the cyanoborate anion are too small in the electrolyte solution, the desired electrical conductivity may be difficult to obtain.
  • the concentration is too high, particularly the low temperature range Although it becomes pronounced at (about -20 ° C.), the viscosity of the electrolyte increases, which may lower the charge transfer efficiency, or lithium cyanoborate may be precipitated in the electrolyte to adversely affect the electrodes and the like.
  • the large amount of use leads to an increase in cost.
  • the lithium ion capacitor of the present invention has a positive electrode (polarizable electrode), a negative electrode, and an electrolytic solution.
  • a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit due to their contact.
  • the positive electrode and the negative electrode are respectively composed of a current collecting electrode, a positive electrode active material or a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder (binder material), and each of these electrodes is formed on the current collecting electrode. , Forming a thin coating film, sheet or plate.
  • activated carbon As a positive electrode active material, activated carbon, a porous metal oxide, a porous metal, and a conductive polymer are suitable.
  • the activated carbon those exemplified as the activated carbon in the description of the electric double layer capacitor are preferable. Further, as a method of manufacturing the same, the same method as activated carbon in an electric double layer capacitor can be adopted.
  • a carbon material having the above specific surface area other than activated carbon may be used, and for example, carbon nanotubes, diamond produced by plasma CVD, or the like may be used.
  • the negative electrode active material a material capable of storing and releasing lithium ions is used.
  • Such materials include pyrolytic carbon; coke such as pitch coke, needle coke, petroleum coke, etc .; graphite; glassy carbon; an organic polymer compound obtained by firing and carbonizing a phenolic resin, furan resin, etc.
  • Carbon materials such as activated carbon; Polymers such as polyacetylene, polypyrrole and polyacene; Lithium-containing transition metal oxides or transition metal sulfides such as Li 4 / 3Ti 5 / 3O 4 and TiS 2 ; alkali metals Metals such as Al, Pb, Sn, Bi, and Si to be alloyed; Cu-based intermetallic compounds such as AlSb, Mg 2 Si, NiSi 2 and the like which can insert an alkali metal between lattices, Li 3- Lithium nitrogen compounds such as f G f N (G: transition metal, real number greater than f: 0 and less than 0.8) are preferable. One or more of these may be used. Among these, carbon materials are more preferable.
  • the conductive agent those exemplified as the conductive agent in the description of the lithium ion secondary battery are preferable.
  • the blending amount of the conductive agent varies depending on the type and shape of the material used for the positive electrode and the negative electrode active material, but in the case of using activated carbon, for example, 5 parts by mass to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of activated carbon. It is preferable to set it to 10 parts by mass to 30 parts by mass.
  • the binder substance those exemplified as the binder substance in the description of the lithium ion secondary battery are preferable.
  • the blending amount of the binder substance varies depending on the type and shape of the material used for the positive electrode and the negative electrode active material, but in the case of using activated carbon, for example, 0.5 parts by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of activated carbon.
  • the amount is preferably in the range of 2 parts by mass to 30 parts by mass.
  • the current collection electrode is used to take out the electrical capacity stored in the positive electrode (polarizable electrode) and the negative electrode to the outside.
  • a positive electrode current collection electrode aluminum, stainless steel, etc. are used, for example, and aluminum, copper, nickel, etc. are used as a negative electrode current collection electrode.
  • a method of forming the positive electrode and the negative electrode for example, after a binder material is added to and mixed with a mixture of an electrode active material of a positive electrode or a negative electrode and acetylene black which is a conductive agent, it is applied on each collecting electrode
  • a method of press molding (2) a method of mixing an electrode active material and a binder substance, molding, integrating them with a current collector electrode, and then heat treating in an inert atmosphere to form an electrode as a sintered body, (3)
  • Preferred is a method of sintering activated carbon and a binder substance or activated carbon alone to form an electrode.
  • the activated carbon fiber cloth obtained by carrying out the activation process of carbon fiber cloth you may use it as an electrode as it is, without using a binder substance.
  • lithium ions are preferably absorbed by a chemical method or an electrochemical method.
  • the potential of the negative electrode is lowered, so that a wider voltage range can be used, and as a result, the energy density of the lithium ion capacitor is improved.
  • a method of occluding lithium ions any of the conventionally known methods can be adopted, for example, a method of making constant current charge by facing a negative electrode and lithium metal through a separator in an electrolytic solution, electrolytic solution Among them, a method of bringing a negative electrode into contact with lithium metal and heating may be mentioned.
  • contact or short circuit between the positive electrode and the negative electrode by a method of sandwiching the separator between the positive electrode and the negative electrode, or a method of holding the electrodes facing each other at intervals. It is preferable to prevent
  • separator it is preferable to use a porous thin film which does not cause a chemical reaction with the ionic compound (1) or other electrolytes in the use temperature range.
  • a material of a separator what was illustrated as a separator of a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor is suitable.
  • the lithium ion capacitor of the present invention only needs to have a positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution, and may have a plurality of cells each having the positive electrode, the negative electrode and the electrolytic solution as one unit.
  • the shape of the lithium ion capacitor of the present invention is not limited as long as it has the above-mentioned configuration, and any of conventionally known shapes such as coin, wound cylindrical, laminated square, and aluminum laminate may be employed.
  • the lithium ion capacitor of the present invention is composed mainly of a positive electrode and a negative electrode facing each other via a separator, and an electrolytic solution that fills the space between these electrodes.
  • electric charges are stored in the electric double layer generated at the interface between the positive electrode and the electrolytic solution by physical adsorption and desorption of ions, while lithium ions are absorbed in the negative electrode active material in the negative electrode. Charge is stored by being done. Then, when the stored charge is taken out as electric energy through the collecting electrode, the ions attached to the positive electrode are separated from the electrode, and lithium ions stored in the negative electrode active material are also released.
  • the ionic compound (1) which concerns on this invention becomes an ionic liquid which takes the state of a liquid at 100 degrees C or less by selecting cation Mn + .
  • ionic liquids have high electrochemical and thermal stability because they have the property of having ionic bonds, and further have the property of selectively absorbing specific gases such as carbon dioxide. It is known that the ionic compound (1) according to the present invention is also considered to have the same characteristics as these. Therefore, the ionic compound (1) of the present invention is used for electrochemical materials applications such as various storage devices described above (primary battery, lithium (ion) secondary battery, battery having charge and discharge mechanism such as fuel cell, etc., In addition to electrolytic materials, such as electrolytes, etc.
  • reaction of organic synthesis that can be used repeatedly that utilizes high thermal stability
  • the measurement solution in which the reaction solution or the crude product is dissolved in heavy dimethyl sulfoxide so that the concentration is 1 mass% to 5 mass% is made of aluminum oxide containing no boron element.
  • the sample was placed in an NMR tube and measured at room temperature (25 ° C.), 64 times of integration. Also, in the measurement of 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra, tetramethylsilane was used as a standard substance, and in the measurement of 11 B-NMR spectrum, diethyl etherate of boron trifluoride was used as a standard substance.
  • the “NMR yield” means the crude yield of triethylammonium tetracyanoborate obtained by comparing the integral ratio of the integral value of the peak derived from the desired product to the peak of the other (impurity) in the chart obtained. Do the same (following, the same).
  • Experimental Example 2-1-4 Drying of potassium tricyanomethoxyborate (KB (CN) 3 OMe) 1.04 g of the black solid (potassium tricyanomethoxyborate) obtained in Experimental Example 2-1-3 in a 50 mL eggplant flask (6.57 mmol) was charged. The flask was heated to 80 ° C. using an oil bath while reducing the pressure in the flask with a vacuum pump, and dried for 48 hours.
  • potassium tricyanomethoxyborate KB (CN) 3 OMe
  • Experimental Example 2-2 Measurement of Impurity Amount
  • the impurity amount contained in the ionic compound obtained in Experimental Example 2-1-1 to 2-1-4 was measured according to the above measurement method. The results are shown in Table 1.
  • the cation which comprises the ionic compound which is a product is not regarded as impurity ion.
  • Experimental Example 2-3 Measurement of Withstand Voltage Range Experimental Example 2-3-1 LSV Measurement of Triethylmethyl Ammonium Tricyano Methoxy Bolate Triethylmethylammonium Tricia synthesized in Experimental Example 2-1-2 by linear sweep voltammetry (LSV) measurement The withstand voltage range of nomethoxy borate was measured.
  • LSV linear sweep voltammetry
  • the one obtained by dissolving the salt obtained in Experimental Example 2-1-2 in dehydrated propylene carbonate (manufactured by Kishda Chemical Co., Ltd.) and adjusting the concentration to 25 mass% was used. The measurement conditions are shown below and the results are shown in FIG.
  • Experimental Example 2-3-2 LSV Measurement of Lithium Tricyanomethoxyborate
  • the withstand voltage range of lithium tricyanomethoxyborate synthesized in Experimental Example 2-1-1 was measured by linear sweep voltammetry (LSV) measurement.
  • LSV linear sweep voltammetry
  • the one obtained by dissolving the salt obtained in Experimental Example 2-1-1 in dehydrated ⁇ -butyrolactone (manufactured by Kishda Kagaku) and adjusting the concentration to 7% by mass was used. The measurement conditions are shown below and the results are shown in FIG.
  • the measurement of the withstand voltage range was performed in the same manner as in Example 2-3-1 except that the solvent of the solution for measurement was changed to ⁇ -butyrolactone and the solution concentration was changed to 7% by mass.
  • the ionic compound of the present invention represented by the above general formula (1) has a reduced content of predetermined impurities. Moreover, according to the production method of the present invention, the ionic compound represented by the above general formula (1), and further, the ionic compound in which the amount of various impurities is reduced can be provided.
  • the ionic compound of the present invention is considered to be capable of sufficiently exhibiting the characteristics of the ionic compound when used for various applications since the predetermined amount of impurities is reduced, and is suitably used for various applications.
  • the ionic compound of the present invention is used as an electrolytic solution included in an electric storage device, decomposition of the electrolytic solution is difficult to occur even when operated in a high voltage region, and the cycle characteristics are good. It can be expected to be a high performance storage device.
  • Experimental Example 2-4 Charge / Discharge Test A CR2032 coin cell was prepared using lithium tricyanomethoxyborate synthesized in Experimental Example 2-1-1 above and commercially available ⁇ -butyrolactone (LIB grade, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) , Charge and discharge test was done.
  • LIB grade manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.
  • the coin cell uses LiMn 2 O 4 for the positive electrode and lithium foil (thickness: 0.5 mm, Honjo Metal Co., Ltd.) for the negative electrode, and this positive electrode and the negative electrode are opposed to each other across the glass non-woven fabric and the concentration is 7 mass % (0.7 M) of lithium tricyanomethoxyborate in ⁇ -butyrolactone solution (electrolyte solution).
  • the discharge capacity of the first and after 10 cycles is measured by the charge / discharge test device (“Battery Labo System [BS2501 Series]”, manufactured by Keisoku Keisyu Center Co., Ltd.) using the coin cell produced, and after 10 cycles The maintenance rate was calculated. In addition, charge / discharge rest time of 10 minutes was provided at each charge / discharge. The measurement conditions are shown below. The results are shown in Table 2 and the charge / discharge curve at the time of initial charge / discharge is shown in FIG.
  • the storage device provided with the electrolytic solution containing a lithium tricyanomethoxyborate salt shows a small decrease in capacity retention rate after 10 cycles. From this result, it is shown that the electrolytic solution of the present invention containing the ionic compound represented by the general formula (1) and a solvent is suitable as an electrolytic solution of a power storage device, and further comprising the electrolytic solution of the present invention It was also shown that the storage device is less likely to cause a decrease in capacity even after repeated charge and discharge.
  • the electrolytic solution of the present invention containing the ionic compound represented by the above general formula (1) and a solvent is less likely to cause decomposition even in a high voltage range, and thus is suitable for the electrolytic solution provided in various storage devices. It is considered to be used. In addition, it is considered that the electricity storage device provided with the electrolytic solution of the present invention is less likely to cause deterioration of the electrolytic solution even when operated at a high potential, and can operate stably.
  • the measurement sample in which the reaction solution or the obtained salt is dissolved in heavy dimethyl sulfoxide so as to have a concentration of 1% by mass to 5% by mass is made of aluminum oxide containing no boron element and made of aluminum oxide
  • the sample was placed in an NMR tube of and measured at room temperature (25.degree. C.), 64 times of integration.
  • the sample injection volume was 0.1 ml to 3 ml according to the water content of the sample, and “Hydranal® Clomat AK” (manufactured by Sigma Aldrich) was used for the generation solution, “hydra” for the counter electrode solution. Nal.RTM. Clomat CG-K “(Sigma Aldrich) was used.
  • the sample was injected from the sample inlet using a syringe so as not to touch the outside air.
  • the water content of the solution containing the ionic compound (1) (the electrolyte material (ii) in the present invention) was measured using the above-described Karl Fischer moisture measuring device, using the ionic compound obtained in the following experimental example as a sample.
  • the ionic compound (1) in the solid state the water content is measured for a sample solution prepared by dissolving it in a solvent whose water content was previously measured, and the water content in the measurement solution (measurement value)
  • the water content of the solid (ionic compound (1)) was calculated by subtracting the amount of water derived from.
  • a polymer when included as a medium of electrolyte material (ii), it can be disperse
  • Measurement of Impurity Content The amount of impurities contained in the ionic compound obtained in the experimental example was measured. The measurement method of various impurity contents (CN - contents, metal and metalloid component contents) was performed in the same manner as in Experimental Example 2.
  • the obtained lithium tricyanomethoxyborate is dissolved in 228 g of a 5% by mass aqueous lithium hydroxide solution, 2273 g of butyl acetate is further added, and the mixture is shaken and agitated to extract the product into the organic layer did. After separating the organic layer from the aqueous layer, butyl acetate was distilled off. This operation was repeated twice to obtain lithium tricyanomethoxyborate (washed product) as a white solid (yield: 25.3 g).
  • Experimental Example 3-2 Production of Electrolyte Material
  • Experimental Example 3-2-1 1.01 g (water content: 531 ppm) of lithium tricyanomethoxyborate (LiB (CN) 3 OMe, recrystallized product) obtained in Experimental Example 3-1-1 with ⁇ -butyrolactone having a water content of 12.8 ppm It was dissolved in 9.61 g to obtain a homogeneous sample solution. The water content of the sample solution at this time was 62.1 ppm.
  • Experimental Example 3-2-2 1.12 g (water content: 593 ppm) of lithium tricyanoethoxyborate (LiB (CN) 3 OEt, recrystallized product) obtained in Experimental Example 3-1-2 is dissolved in 9.20 g of ⁇ -butyrolactone, A homogeneous sample solution was obtained. The water content of the sample solution at this time was 75.8 ppm.
  • Example 3-2-1 in a dry room at a temperature of 25 ° C. and a dew point temperature of ⁇ 70 ° C. to ⁇ 50 ° C., a sample solution and 33% by mass molecular sieve based on the mass of this sample solution 2 into a polypropylene screw tube, and sealed up, and the temperature: 25 ° C., dew point temperature -70 ° C. to -50 ° C., using a shaker (SHAKER RS-2, manufactured by As One Co., Ltd.) for 24 hours Stir and measure the water content.
  • Table 4 the water content (powder) calculated from the water content (solution) obtained at this time and the amount of powder obtained when all the solvent is removed from the sample solution after stirring for 24 hours is shown in the table. It shows according to 4.
  • an electrolyte material (ii), (iii) having a reduced water content which adversely affects electrochemical properties and a method for producing them. Accordingly, the electrolyte materials (ii) and (iii) of the present invention having a reduced water content exhibit good withstand voltage characteristics, and are considered to be suitably used for various electrochemical devices.
  • the organic solvent is distilled off under reduced pressure from the obtained yellow solution and concentrated, and after cooling to room temperature, 50 g of ethyl acetate and 10 g of pure water are added to the obtained powder to separate it and separate the ethyl acetate layer. I divided it. Then, ethyl acetate was distilled off to obtain a crude product of a brown solid (triethylmethylammonium tricyanophenyl borate). The crude product was purified by recrystallization (solvent: diethyl ether / acetonitrile) to give white crystals (yield: 0.43 g (1.51 mmol), yield: 30%).
  • Experimental Example 4-2 Measurement of Withstand Voltage Range Experimental Example 4-2-1 LSV Measurement of Triethylmethylammonium Tricyanophenylborate The triethylmethylammonium trisiae synthesized in Experimental Example 4-1-1 by linear sweep voltammetry (LSV) measurement The withstand voltage range of nophenyl borate was measured.
  • LSV linear sweep voltammetry
  • the one obtained by dissolving the salt obtained in Experimental Example 4-1-1 in dehydrated propylene carbonate (manufactured by Kishda Kagaku) and adjusting the concentration to 19 mass% (1.0 M) was used. The measurement conditions are shown below, and the results are shown in FIG.

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Abstract

シアノボレートを含むイオン性化合物及びその製造方法並びにこれを用いた電解液及びデバイスを提供する。本発明の電解液は、式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒を含有する。また、本発明の製造方法とは、式(8)で表される化合物と置換反応試剤とを反応させて、一般式(1)で表される化合物を製造する方法である。 Mn+([B(CN)4-mm-n (1) Mn+([B(CN)4-m(XR13m-n (8) (式中、Mn+は1価~3価の有機又は無機カチオン、Yはハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、C(O)R14、S(O)l14、Z(R142又はXR14、R14はH、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基、ZはN又はP、XはO又はS、R13はH又は主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、lは1~2の整数、m及びnは夫々1~3の整数を表す。)

Description

イオン性化合物、その製造方法、並びに、これを用いた電解液、及び、蓄電デバイス
 本発明は、イオン性化合物、その製造方法、並びに、これを用いた電解液、及び、蓄電デバイスに関する。
 イオン性化合物やこれを含む電解質材料は、イオン伝導による各種電池などのイオン伝導体に使用されており、一次電池、リチウムイオン二次電池や燃料電池などの充放電機構を有する電池の他、電界コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、太陽電池、エレクトロクロミック表示素子などの電気化学デバイスに用いられている。
 これらの電気化学デバイスに好適に用いられるイオン性化合物としては種々多様な化合物が検討されており、例えば、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、トリフルオロメチルスルホニルイミド(TFSI)、ジシアノアミド(DCA)、トリシアノメチド(TCM)などのアルカリ金属塩又は有機カチオン塩が提案されている。
 特許文献1、2では、上記イオン性化合物の中でも、N、C、Bなどを中心元素とし、ここにシアノ基が結合した構造のアニオンを有する化合物が検討されており、これらの特許文献では、上記構造のアニオンを有するイオン性化合物が、イオン伝導性に優れ、熱的、物理的、電気化学的にも安定といった性質を示すことから、各種電気化学デバイスの電解質として好適に用いられることが示されている。
 特に、中心元素がホウ素であるシアノボレートをアニオンとするイオン性化合物に関して、例えば、特許文献3、4には、テトラシアノボレート([B-(CN)4]、以下TCBと称することがある)をアニオンとするイオン性化合物(TCB塩)が記載されている。TCB塩は、イオン性液体としての性質、すなわち、室温でも液体であり、熱的、物理的、電気化学的にも安定といった性質を示すことから、その製造方法に加えて、様々な用途への応用が検討されている(特許文献3、4)。
 また、特許文献5には、TCBのホウ素に結合するシアノ基の一部がアルコキシ基又はチオアルコキシ基で置換されたイオン性化合物が開示されており、当該イオン性化合物がイオン性液体などとして有用である旨記載されている。
特開2004-165131号公報 特開2004-6240号公報 特表2006-517546号公報 国際公開第2010/021391号パンフレット 国際公開第2010/086131号パンフレット
 例えば、上記イオン性化合物の用途としては、携帯電話、パーソナルコンピューター、家庭用電化製品、さらには自動車等の電源に用いられる蓄電デバイスが検討されている。これらの用途では、小型化や高性能化の要求が年々高まっており、蓄電デバイスには高出力化が求められている。
 蓄電デバイス性能の向上については、イオン性化合物の検討も考えられる。すなわち、シアノボレートの置換基を任意の置換基に変換できれば、TCBとしての性質を持ちつつも、用途に応じて、融点や有機溶媒への溶解性等の物性が変更できるようになり、上記要望にかなうイオン性化合物の提供が可能になると考えられる。
 なお、イオン性化合物が良好な物性を有するものであっても、イオン性化合物に不純物が含まれている場合には、イオン性化合物が有する本来の特性が十分に発揮されず、イオン性化合物自体の劣化も生じ易くなることがある。したがって、このようなイオン性化合物を各種用途に用いた場合に所期の性能が得られ難いといった問題があった。特に、シアノボレート塩は水との親和性が非常に高く、高温に加熱しても水分量を低減し難いことが本発明者らの研究により明らかになった。すなわち、シアノボレートアニオンを含む化合物においては、水分や遊離のCN-が生成したイオン性化合物中に残留し易く、斯かる不純物が含まれている場合には、イオン性化合物の耐熱性が低くなる傾向がある。したがって、このイオン性化合物を蓄電デバイスの電解液に用いると、電解液の分解、耐電圧性の低下、さらには、蓄電デバイスに備えられる電極や他の周辺材料の腐食が生じ易くなり、その結果、蓄電デバイスのサイクル特性などの性能を低下させるといった問題があった。
 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、シアノボレートを含むイオン性化合物、特に、所定の不純物の含有量が低減されたイオン性化合物を提供すること;このようなイオン性化合物の製造方法を提供すること;高電圧下においても分解し難い蓄電デバイス用電解質材料、蓄電デバイスの電気化学的特性に悪影響を与える水分含有量が低減された電解質材料、及びこの電解質材料を用いた蓄電デバイスを提供することにある。
 本発明の電解液とは、一般式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒を含有するところに特徴を有する。
n+([B(CN)4-mm-n   (1)
(式中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14を表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、ZはN又はPを表し、XはO又はSを表し、lは1~2の整数を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
 本発明に係るイオン性化合物は、上記一般式(1)において、Yが、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14であるのが好ましく、Yは、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基又は-OR14であるのがより好ましい。また、上記一般式(1)において、Mn+が金属イオンであるイオン性化合物、上記Mn+が有機カチオンであるイオン性化合物は、いずれも本発明の好ましい実施態様である。
 本発明には、上記電解液を用いたデバイスも含まれる。
 また、本発明には、一般式(1)で表されるイオン性化合物を製造する方法も含まれる。本発明の製造方法とは、一般式(8)で表される化合物と、置換反応試剤とを反応させるところに特徴を有する。
n+([B(CN)4-mm-n   (1)
(式(1)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14を表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、ZはN又はPを表し、XはO又はSを表し、lは1~2の整数を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
n+([B(CN)4-m(XR13m-n   (8)
(式(8)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、XはO又はSを表し、R13は、H又は主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
 上記置換反応試剤は、アルキルシリルシアニド、有機マグネシウム試薬、有機リチウム試薬、脂肪族アルコール類、ハロゲン化アルコール類、フェノール類、カルボン酸無水物類、スルホン酸又はスルホン酸無水物類であるのが好ましい。
 また、本発明に係るイオン性化合物は、一般式(1)において、上記Yが-OR14であり、R14で表される有機置換基が、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10のアルキル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリール基、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10のアルカノイル基、ハロスルフィニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数1~10のアルキルスルフィニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリールスルフィニル基、ハロスルホニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数1~10のアルキルスルホニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリールスルホニル基、又は、炭素数が1~10のアルキルシリル基であるものが好ましい。
 さらに、本発明には、一般式(6)で表されるイオン性化合物であって、不純物である水分の含有量が3000ppm以下であるところに特徴を有するイオン性化合物も含まれる。
n+([B(CN)4-m(XR14m-n   (6)
(式(6)中、Mn+は1価、2価、又は3価の有機又は無機カチオンを表し、XはO又はSを表し、R14はH、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
 上記イオン性化合物は、不純物であるCN-含有量が10000ppm以下であるのが好ましい。
 さらにまた、本発明には一般式(6)で表されるイオン性化合物の製造方法も含まれる。本発明の製造方法とは、シアン化合物と、ホウ素化合物と、有機又は無機カチオンのハロゲン塩とを反応させるところに特徴を有する。
n+([B(CN)4-m(XR14m-n   (6)
(式(6)中、Mn+は1価、2価、又は3価の有機又は無機カチオンを表し、Xは、O又はSを表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
 上記シアン化合物は、トリアルキルシリルシアニドであるのが好ましい。
 上記一般式(1)で表される本発明のイオン性化合物は、所定の不純物の含有量が低減されているので、イオン性化合物に含まれる不純物に由来する物性の低下が生じ難いものと考えられる。
 また、イオン性化合物(1)と溶媒とを含有する本発明の電解液は、高電圧域においても分解を生じ難いものである。
 さらに、本発明によれば、蓄電デバイスの電気化学的特性に悪影響を与える水分含有量等が低減された電解液などの電解質材料が得られる。したがって、本発明の電解質材料を電解液に用いることで耐電圧性の良好な電解液が得られる。また、この電解液は、電極等の蓄電デバイス部材を腐食劣化させ難いものと考えられ、その結果、蓄電デバイスの電気化学的特性の劣化も抑制できるものと考えられる。
 また、本発明法によれば、1~3個のシアノ基と任意の置換基とを有するシアノボレート塩を得ることができる。
図1は、実験例2-3-1のLSV測定結果を示す図である。 図2は、実験例2-3-2のLSV測定結果を示す図である。 図3は、実験例2-4の初回充放電試験結果を示すグラフである。 図4は、実験例4-2のLSV測定結果を示す図である。
1.イオン性化合物
 本発明に係るイオン性化合物は、一般式(1);Mn+([B(CN)4-mm-nで表される化合物(以下、イオン性化合物(1)と称する)であって、Mn+で示される有機又は無機カチオンと、([B(CN)4-mm-)で表されるシアノボレートアニオンとからなるイオン性化合物である。なお、上記式(1)中、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14を表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、ZはN又はP(好ましくはN)を表し、XはO又はS(好ましくはO)を表し、lは1~2の整数を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。
 本発明に係るイオン性化合物(1)は、このイオン性化合物(1)を構成するシアノボレートアニオンにおいて、ホウ素に結合するシアノ基の一部がY基で置換されている点でTCB塩とは異なっている。すなわち、TCB塩がホウ素に直接シアノ基のみが結合した構造を有するのに対して、本発明に係るイオン性化合物(1)は、ホウ素にシアノ基と、Y基が結合した構造を有している。したがって、斯かる構造の違いから、融点や有機溶媒への溶解性の点で、TCB塩とは異なる物性を有することが期待される。よって、このシアノボレート塩を電解質とする電解液を各種蓄電デバイスに用いることで、TCB塩と同等又は類似の性能が得られ、また、TCB塩に比べて溶媒選択の幅が広がるため、TCB塩には使用できなかった溶媒を使用できる可能性があり、より汎用性の高い電解質となることが期待できる。以下、本発明に係るイオン性化合物を構成するアニオン、カチオンについて順に説明する。
 シアノボレートアニオン:[B(CN)4-mm-
 本発明に係るシアノボレートアニオンは、ホウ素に、シアノ基:-CNと、-Yが結合した一般式:[B(CN)4-mm-で表される構造を有する。なお、上記一般式中、mは1~3の整数であるので、本発明に係るシアノボレートアニオンには、mが1であるトリシアノボレートアニオン:[B(CN)3Y]-;mが2であるジシアノボレートアニオン:[B(CN)22-;mが3であるモノシアノボレートアニオン:[B(CN)Y3-;のシアノボレートアニオン類が含まれる。
 上記一般式で表されるシアノボレートアニオン中、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、Z(R142又はXR14を表す。なお、mが2又は3である場合、2以上のYは同一でも異なってもよく、また、2以上のYが互いに結合してB原子を含む環状構造を形成していてもよい。
 上記シアノボレートアニオンを構成するYがハロゲンの場合、Yとしては、F、Cl、Br又はIが挙げられる。なお、Yがハロゲンである場合、mは2以上であることが好ましい。また、このとき、2以上のYは異なるハロゲンであるか、ハロゲンとハロゲン以外の置換基であるのが好ましい。
 主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基等の炭素数1~10のアルキル基;ビニル基、プロペニル基、イソプロペニル基、アリル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1,3-ブタジエニル基、1-シクロヘキセニル基、2-シクロヘキセニル基、3-シクロヘキセニル基、メチルシクロヘキセニル基、エチルシクロヘキセニル基等の炭素数1~10のアルケニル基;エチニル基、プロパルギル基、シクロヘキシルエチニル基、フェニルエチニル基等の炭素数1~10のアルキニル基;フェニル基、ベンジル基、チエニル基、ピリジル基、イミダゾリル基等の炭素数6~10のアリール基又はヘテロ原子含有アリール基;が挙げられる。
 主鎖の炭素数が1~10のハロゲン化炭化水素基としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、ジフルオロクロロメチル基、フルオロジクロロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、フルオロクロロエチル基、クロロエチル基、フルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、フルオロクロロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基、ペンタフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシル基、ペンタフルオロフェニル基、パークロロフェニル基、フルオロメチレン基、フルオロエチレン基、フルオロシクロヘキセン基等、上記炭化水素基の水素原子の一部又は全てがハロゲン(F、Br又はI)で置換されたハロゲン化アルキル基又はハロゲン化アリール基等が挙げられる。
 上記ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基Yは、置換基(たとえば、アルコキシ基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、スルホニル基等)を有していてもよい。
 上記の通り、Yがハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基である場合、シアノボレート塩の有機溶媒への溶解性が向上するため、蓄電デバイス等の電解液として用いる際に高性能な電解液とすることが可能となり、好ましい。
 上記-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142及び-XR14中、R14は、H、ハロゲン、又は、主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表す。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、又は、ヨウ素などが好ましい。上記有機置換基は、直鎖状、分岐鎖状、環状の何れであってもよく、これらの内2以上の構造を併せ持っていてもよく、また、置換基を有していてもよい。さらに、有機置換基R14は不飽和結合を含んでいてもよい。有機置換基R14の主鎖の原子数は上述の通りであるが、有機置換基R14に含まれる炭素の数(置換基を含む)は1~20の範囲であることが好ましく、より好ましくは1~10の範囲である。有機置換基R14の価数、即ち結合末端数は、一つでも二つ以上でもよい。有機置換基R14には、炭素および水素以外のヘテロ原子(O、N、Si等)やハロゲン原子(F、Cl、Br等)が含まれていてもよく、その数や位置にも特に制限は無い。したがって、例えば、一般式(1)中のYについて、YがXR14の場合、Xに隣接する原子の種類は、特に炭素に限定されるものではなく、例えばSiやAl等のヘテロ原子であってもよい。また、有機置換基R14は、炭素以外の原子のみから構成されるものであってもよい。
 具体的な有機置換基R14としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチル基等の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む飽和炭化水素基;ビニル基、プロペニル基、イソプロペニル基、アリル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、1,3-ブタジエニル基、1-シクロヘキセニル基、2-シクロヘキセニル基、3-シクロヘキセニル基、メチルシクロヘキセニル基、エチルシクロヘキセニル基、シクロヘキセニルメチル基、フェニル基、トリル基(メチルフェニル基)、ベンジル基、フェニルエチル基、メチルフェニルエチル基、シクロヘキシルフェニル基、ビニルフェニル基、ジメチルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基、メチレン基(メチリデン基)、エチレン基(エチリデン基)、プロピレン基(プロピリデン基)、シクロヘキセン(1,2-、1,3-、1,4-)基、フェニレン(o-、m-、p-)基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む不飽和炭化水素基;フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、ジフルオロクロロメチル基、フルオロジクロロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、フルオロクロロエチル基、クロロエチル基、フルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、フルオロクロロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基、ペンタフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシル基、ペンタフルオロフェニル基、パークロロフェニル基、フルオロメチレン基、フルオロエチレン基、フルオロシクロヘキセン基、フルオロフェニレン基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むハロゲン化炭化水素基;シアノメチル基、ジシアノメチル基、トリシアノメチル基、シアノエチル基、ジシアノエチル基、トリシアノエチル基、テトラシアノエチル基、シアノプロピル基、シアノブチル基、シアノオクチル基、シアノシクロヘキシル基、シアノフェニル基、シアノメチレン基、シアノエチレン基、ジシアノエチレン基、シアノシクロヘキセン基、シアノフェニレン基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むシアノ化炭化水素基;メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、メトキシブチル基、メトキシシクロヘキシル基、メトキシビニル基、メトキシフェニル基、メトキシナフチル基、エトキシメチル基、プロポキシメチル基、ブトキシメチル基、ペンチルオキシメチル基、ヘキシルオキシメチル基、シクロヘキシルオキシメチル基、フェニルオキシメチル基、ビニルオキシメチル基、イソプロペニルオキシメチル基、tert-ブチルオキシメチル基、ナフチルオキシメチル基、メトキシエトキシメチル基、エトキシエトキシメチル基、エトキシエチル基、プロポキシエチル基、ブトキシエチル基、ペンチルオキシエチル基、ヘキシルオキシエチル基、シクロヘキシルオキシエチル基、フェニルオキシエチル基、ビニルオキシエチル基、イソプロペニルオキシエチル基、tert-ブチルオキシエチル基、ナフチルオキシエチル基、メトキシエトキシエチル基、エトキシエトキシエチル基、メチレンオキシメチル基、エチレンオキシエチル基、フェニレンオキシフェニル基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むアルコキシ化及び又はアリールオキシ化炭化水素基;アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、イソブタノイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メチルオキサリル基、メチルマロニル基、メチルスクシニル基、オキサリル基、マロニル基、スクシニル基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むアルカノイル基又はアルカノイル基を含む有機置換基;アセチルオキシメチル基、アセチルオキシエチル基、ベンゾイルオキシエチル基、ブチロラクチル基、カプロラクチル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、メトキシエチレンオキシカルボニル基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むエステル結合を有する有機置換基;アミノ基、ジメチルアミノ基、エチルメチルアミノ基、メチルフェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、アセチルアミノ基、tert-ブトキシカルボニルアミノ基、ベンジルオキシカルボニルアミノ基、9-フルオレニルメチルオキシカルボニルアミノ基、ジメチルアミノエチル基、ピロリジニルエチル基、ピロリドニルエチル基等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む含窒素有機置換基;メチルチオ基、エチルチオ基、トリルチオ基等のアルキル又はアリールチオ基;フルオロチオ基、クロロチオ基等のハロチオ基;トリフルオロメチルチオ基、ペンタフルオロエチルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基等のハロゲン化アルキル又はアリールチオ基といったチオアルコキシ構造を有する基;メチルスルフィニル基等のアルキルスルフィニル基、トリルスルフィニル基等のアリールスルフィニル基、フルオロスルフィニル基、クロロスルフィニル基等のハロスルフィニル基、トリフルオロメチルスルフィニル基、ペンタフルオロフェニルスルフィニル基等のハロゲン化アルキル又はアリールスルフィニル基等のスルフィニル基を有する有機置換基;メチルスルホニル基、トリルスルホニル基、フルオロスルホニル基、トリフルオロメチルスルホニル基、ペンタフルオロフェニルスルホニル基等のスルホニル基を有する有機置換基;トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメトキシアルミ等の、ヘテロ原子を有する有機置換基;-CH2CH2OB(CN)3、-C36OB(CN)3;などを挙げることができる。また、有機置換基R14は、上述の有機置換基から選ばれる1種、或いは、2種以上の有機置換基が2以上連結した構造を有するものであってもよい。
 上記有機置換基R14の中でも、フッ素、塩素等のハロゲン、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基及び2-エチルヘキシル基、エチレン基、プロピレン基等の炭素数が1~10の炭化水素基;フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、ジフルオロクロロメチル基、フルオロジクロロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、フルオロクロロエチル基、クロロエチル基、フルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、フルオロクロロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基、ペンタフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシル基、フルオロメチレン基、フルオロエチレン基及びフルオロシクロヘキセン基等の炭素数が1~10のハロゲン化炭化水素基;フェニル基、トリル基、ベンジル基、フェニルエチル基、メチルフェニルエチル基、シクロヘキシルフェニル基、ビニルフェニル基、ナフチル基、メチルナフチル基及びフェニレン(o-、m-、p-)基、ペンタフルオロフェニル基、パークロロフェニル基等の炭素数6~10のアリール基又はハロゲン化アリール基;シアノメチル基、ジシアノメチル基、トリシアノメチル基、シアノエチル基等のシアノ化炭化水素基;アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、イソブタノイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メチルオキサリル基、メチルマロニル基、メチルスクシニル基、オキサリル基及びマロニル基、スクシニル基等の炭素数が1~10のアルカノイル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、メトキシエチレンオキシカルボニル基等の炭素数が1~10のエステル結合を有する有機置換基、又は、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基等の炭素数が1~10のアルキルシリル基;が好ましい。
 より好ましい有機置換基R14としては、フッ素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、フェニル基、エチレン基、プロピレン基、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、シアノエチル基、アセチル基、プロパノイル基、オキサリル基、メトキシエチレンオキシカルボニル基、トリメチルシリル基が挙げられる。
 したがって、-C(O)R14で表される基としては、R14が、ハロゲン、飽和又は不飽和の炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基、アルコキシ化又はアリールオキシ化炭化水素基、又は、含窒素有機置換基であるものが好ましく、R14が、メチル基、エチル基、フェニル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロフェニル基であるものがより好ましい。
 -S(O)l14で表される基としては、R14が、ハロゲン、又は、飽和又は不飽和の炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基であるものが好ましく、具体的には、フルオロスルフィニル基、クロロスルフィニル基、トリフルオロメチルスルフィニル基、ペンタフルオロエチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ペンタフルオロフェニルスルフィニル基、トリルスルフィニル基等のスルフィニル基(l=1)、フルオロスルホニル基、クロロスルホニル基、トリフルオロメチルスルホニル基、ペンタフルオロエチルスルホニル基、トリルスルホニル基、フェニルスルホニル基、ペンタフルオロフェニルスルホニル基等のスルホニル基(l=2)がより好ましいものとして挙げられる。
 -C(O)R14や-S(O)l14は、シアノ基同様電子求引性の置換基であり、中心元素に帯電した負電化を非局在化させる。その結果、シアノボレートアニオンが安定することで、高電圧下や高温下においても分解し難い塩を形成することが可能となる。
 -Z(R142で表される基としては、ジメチルアミノ基、エチルメチルアミノ基等のZがNであるアミノ基;ジフェニルホスフィノ基、ジシクロヘキシルホスフィノ基等のZがPであるホスフィノ基;が挙げられる。
 -XR14で表される基としては、XがOであって、R14がハロゲンを有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基(例えば、メチル基、エチル基、フェニル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基等)である基; XがOであって、R14がアルキルシリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基等)である基;XがOであって、R14が1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せから選択されるアルカノイル基(例えば、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、イソプロパノイル基、イソブタノイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メチルオキサリル基、メチルマロニル基、メチルスクシニル基、オキサリル基、マロニル基、スクシニル基等)である基;XがOであって、R14がスルフィニル基(例えば、フルオロスルフィニル基、クロロスルフィニル基、トリフルオロメチルフィニル基、トリルスルフィニル基等)、又は、スルホニル基(フルオロスルホニル基、クロロスルホニル基、トリフルオロメチルスルホニル基、トリルスルホニル基等)である基;XがSであって、R14がハロゲンを有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である基(例えば、メチルチオ基、トリフルオロメチルチオ基等);等が挙げられる。また、2以上のXR14がBに結合する場合、2以上のR14は結合して環を形成していてもよい。なお、Xは、O又はSであるが、原料の入手のしやすさ、コストの面から、XはOであることが好ましい。
 シアノボレート塩にZ(R142やXR14を導入すると、高耐電圧はもちろん、溶媒への溶解性に優れた塩となる。この場合、R14に電子吸引性の置換基が含まれていると、シアノボレートアニオンの安定性が増すため好ましい。具体的には、R14にアルカノイル基、スルフィニル基、スルホニル基が含まれていることが好ましい。同様に、R14はフッ素、又は、フルオロアルキル基等フッ素を含む基であることも好ましい。
 具体的なシアノボレートアニオンとしては、[B(CN)3(OMe)]-、[B(CN)3(OEt)]-、[B(CN)3(O-i-Pr)]-(なお、“-i-”は“iso”を示す。以下同様。)、[B(CN)3(OBu)]-、[B(CN)3(OPh)]-、[B(CN)3(OCH2CH2O)B(CN)32-、[B(CN)3(OC36O)B(CN)32-等のアルコキシトリシアノボレートアニオン類;[B(CN)2(OMe)2-、[B(CN)2(OEt)2-、[B(CN)2(Oi-Pr)2-、[B(CN)2(OBu)2-,[B(CN)2(OPh)2-等のジアルコキシジシアノボレートアニオン類;[B(CN)(OMe)3-、[B(CN)(OEt)3-、[B(CN)(Oi-Pr)3-、[B(CN)(OBu)3-、[B(CN)(OPh)3-等のトリアルコキシシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(SMe)]-等のチオアルコキシトリシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(CF3)]-、[B(CN)3(C25)]-等のハロゲン化又はハロゲン化アルキルシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(Ph)]-、[B(CN)3(Me)]-、[B(CN)3(CH26B(CN)32-、等のアルキル化又はアリール化シアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OCF)]-、[B(CN)3(OC25)]-、等のハロゲン化アルコキシシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OC24CN)]-、等のシアノ化アルコキシシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OCOCH3)]-、[B(CN)3(OCOCF3)]-、[B(CN)3(OCOC25)]-、[B(CN)3(OCOOCH3)]-、[B(CN)3(OCOOC25)]-、等のエステル系シアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OSO2F)]-、[B(CN)3(OSO2CF3)]-、[B(CN)3(OSOCH3)]-、[B(CN)3(OSO264CH3)]、[B(CN)3(SO2F)]-、[B(CN)3(SO2CF3)]-、[B(CN)3(SO2CH3)]-、[B(CN)3(SO264CH3)]-等のスルホニル基を有するシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(COCH3)]-、[B(CN)3(COCF3)]-等のアシル化シアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OSiCH)]-、等のアルキルシロキシシアノボレートアニオン類;下記一般式(8-1)、(8-2)で表されるシアノボレートアニオン類等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

(一般式(8-1)、(8-2)中、pは0~10の整数を表す。好ましくは、pは0~4であり、0~1であるのがより好ましい。)
 また、Y(ハロゲンである場合を除く)は、Si、B、O、N、Alなどのヘテロ原子を含む官能基を有していてもよい。官能基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメトキシアルミニウム基、-CH2CH2B(CN)3、-C36B(CN)3などが挙げられる。
 有機又は無機カチオン;Mn+
 本発明に係るイオン性化合物を構成する有機カチオンMn+としては、一般式(2):L+-RS(式中、Lは、C、Si、N、P、S又はOを表し、Rは、同一若しくは異なる有機基であり、互いに結合していてもよい。sはLに結合するRの数を表し、3又は4である。なお、sは、元素Lの価数およびLに直接結合する二重結合の数によって決まる値である)で表されるオニウムカチオンが好適である。
 上記Rで示される「有機基」としては、水素原子、フッ素原子、又は、炭素原子を少なくとも1個有する基を意味する。上記「炭素原子を少なくとも1個有する基」は、炭素原子を少なくとも1個有してさえいればよく、また、ハロゲン原子やヘテロ原子などの他の原子や、置換基などを有していてもよい。置換基としては、例えば、アミノ基、イミノ基、アミド基、エーテル結合を有する基、チオエーテル結合を有する基、エステル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、カルバモイル基、シアノ基、ジスルフィド基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホニル基などが挙げられる。
 一般式(2)で表されるオニウムカチオンとしては、たとえば、下記一般式で表されるものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002


(式中のRは、一般式(2)と同様)
 上記一般式で表される6つのオニウムカチオンの中でも、LがN,P,SまたはOであるものがより好ましく、さらに好ましいのはLがNのオニウムカチオンである。上記オニウムカチオンは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。具体的に、LがN,P,SまたはOであるオニウムカチオンとしては、下記一般式(3)~(5)で表されるものが好ましいオニウムカチオンとして挙げられる。
 一般式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

で表される15種類の複素環オニウムカチオンの内の少なくとも一種。
 上記有機基R1~R8は、一般式(2)で例示した有機基Rと同様のものが挙げられる。より詳しくは、R1~R8は、水素原子、フッ素原子、又は、有機基であり、有機基としては、直鎖、分岐鎖又は環状(但し、R1~R8が互いに結合して環を形成しているものを除く)の炭素数1~18の炭化水素基、あるいは炭化フッ素基であるのが好ましく、より好ましいものは炭素数1~8の炭化水素基、炭化フッ素基である。また、有機基は、上記一般式(2)に関して例示した置換基や、N、O、Sなどのヘテロ原子及びハロゲン原子を含んでいてもよい。
 一般式(4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

(式中、R1~R12は、一般式(3)のR1~R8と同様)
で表される9種類の飽和環オニウムカチオンの内の少なくとも一種。
 一般式(5):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

(式中、R1~R4は、一般式(3)のR1~R8と同様)
で表される鎖状オニウムカチオン。
 例えば、一般式(5)で表される鎖状オニウムカチオンとしては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、メトキシエチルジエチルメチルアンモニウム、トリメチルフェニルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ジメチルジステアリルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、2-メトキシエトキシメチルトリメチルアンモニウムおよびテトラキス(ペンタフルオロエチル)アンモニウム、N-メトキシトリメチルアンモニウム、N-エトキシトリメチルアンモニウム、N-プロポキシトリメチルアンモニウム等の第4級アンモニウム類、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジエチルメチルアンモニウム、ジメチルエチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム等の第3級アンモニウム類、ジメチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、ジブチルアンモニウム等の第2級アンモニウム類、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム等の第1級アンモニウム類、およびNH4で表されるアンモニウム化合物等が挙げられる。
 上記一般式(3)~(5)のオニウムカチオンの中でも、窒素原子を含むオニウムカチオンがより好ましく、さらに好ましいものとしては、下記一般式;
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

(式中、R1~R12は、一般式(3)のR1~R8と同様である。)
で表される6種類のオニウムカチオンの少なくとも1種が挙げられる。
 上記6種類のオニウムカチオンの中でも、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム及びトリエチルメチルアンモニウム等の鎖状第4級アンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム及びジメチルエチルアンモニウム等の鎖状第3級アンモニウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム及び1,2,3-トリメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム、N,N-ジメチルピロリジニウム及びN-エチル-N-メチルピロリジニウム等のピロリジニウムは入手容易であるためより好ましい。さらに好ましいものとしては、第4級アンモニウム、イミダゾリウムが挙げられる。なお、耐還元性の観点からは、上記鎖状オニウムカチオンに分類されるテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムおよびトリエチルメチルアンモニウムなどの第4級アンモニウムがさらに好ましい。
 無機カチオンMn+としては、Li+、Na+、K+、Cs+、Pb+等の1価の無機カチオンM1+;Mg2+、Ca2+、Zn2+、Pd2+、Sn2+、Hg2+、Rh2+、Cu2+、Be2+、Sr2+、Ba2+等の2価の無機カチオンM2+;および、Ga3+等の3価の無機カチオンM3+が挙げられる。これらの中でも、Li+、Na+、Mg2+およびCa2+はイオン半径が小さく蓄電デバイス等に利用し易いため好ましく、より好ましい無機カチオンMn+はLi+である。
 イオン性化合物;Mn+([B(CN)4-mm-n
 本発明に係るイオン性化合物(1)には、上記カチオンとアニオンの組み合わせからなるものは全て含まれる。具体的なイオン性化合物(1)としては、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリブチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリエチルアンモニウムトリシアノイソプロポキシボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリシアノメトキシボレート、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレート、トリエチルメチルアンモニウムジシアノオキサリルボレート、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノ(トリフルオロメチル)ボレート、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノ(シアノエトキシ)ボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリシアノフェニルボレート等の有機カチオンの塩;リチウムトリシアノメトキシボレート、ナトリウムトリシアノメトキシボレート、マグネシウムビス(トリシアノメトキシボレート)、リチウムトリシアノイソプロポキシボレート、リチウムトリシアノエトキシボレート、リチウムトリシアノブトキシボレート、リチウムトリシアノフェノキシボレート、リチウムトリシアノメチルチオボレート、リチウムトリシアノ(トリフルオロメチル)ボレート、リチウムトリシアノフェニルボレート、リチウムトリシアノメチルボレート、リチウムトリシアノ(トリフルオロメトキシ)ボレート、リチウムトリシアノ(ヘキサフルオロイソプロポキシ)ボレート、リチウムトリシアノ(ペンタフルオロフェノキシ)ボレート、リチウムトリシアノアセトキシボレート、リチウムトリシアノ(トリフルオロアセトキシ)ボレート、リチウムトリシアノ((メトキシカルボニル)オキソ)ボレート、リチウムトリシアノ(フルオロスルホナート)ボレート、リチウムトリシアノ(トリフルオロメタンスルホナート)ボレート、リチウムトリシアノ(メタンスルホナート)ボレート、リチウムトリシアノ(p-トルエンスルホナート)ボレート、リチウムトリシアノ(フルオロスルホニル)ボレート、リチウムトリシアノアセチルボレート、リチウムトリシアノ(トリフルオロアセチル)ボレート、リチウムトリシアノ(トリメチルシロキシ)ボレート、リチウムジシアノオキサリルボレート、リチウムシアノフルオロオキサリルボレート、リチウムジシアノジメトキシボレート、リチウムシアノトリメトキシボレート等の無機カチオンの塩;が挙げられる。
 本発明に係るイオン性化合物(1)は、不純物である水分の含有量が3000ppm以下であるのが好ましい。殊に、イオン性化合物(1)の中でも、一般式(6);Mn+([B(CN)4-m(XR14m-nで表される化合物において、不純物である水分の含有量が約3000ppm以下であるものが好ましい(一般式(6)中の記号は、イオン性化合物(1)の場合と同様である)。
 本発明者らは、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の特性について検討を重ねていたところ、イオン性化合物に含まれる水分などの不純物の量が、イオン性化合物の特性低下に影響を与えていることを見出し、特性低下の生じ難いイオン性化合物を提供するため、さらに検討を重ねた結果、一般式(1)で表されるイオン性化合物(特にイオン性化合物(6))に含まれる不純物の内、水分の含有量が約3000ppm以下(質量基準、以下同様)であれば、イオン性化合物の特性の低下が生じ難いことを見出した。
 イオン性化合物中の水分は、本発明のイオン性化合物の製造工程において、反応溶媒として、あるいは、精製の際に使用される水や、空気中等の環境からの吸湿により混入した水分が、最終生成物中にも残留したものと考えられる。本発明のイオン性化合物は、後述するように各種蓄電デバイスの電解液として用いられる場合があるが、イオン性化合物中に水分が含まれていると、蓄電デバイス稼動時にこの水分が電気分解され、水素イオンが生成し、これにより電解液のpHが低下する(酸性)。その結果、電解液中に生成した酸性成分により電極材料が溶解し、蓄電デバイスの性能が低下すると考えられる。また、水分が電気分解される際にガスが発生し、これにより密閉構造の各種蓄電デバイスの内圧が上昇し変形や破損に至る場合がある。そのためデバイスが使用できない状態となるばかりか、安全上も問題となることがある。したがって、本発明のイオン性化合物に含まれる水分量は約1000ppm以下であるのが好ましく、より好ましくは約550ppm、より一層好ましくは約500ppm、さらに一層好ましくは約200ppm以下である。なお、水分は不純物であるので、その含有量は低ければ低いほどよく、最も好ましいのは0ppmであるが、0ppmまで低減することは技術的に困難であったり、経済的理由から好ましくない場合がある。したがって、本発明においては水分含有量の下限が1ppm程度であればイオン性化合物の特性に対する影響は少ないので好ましく、また、下限が5ppm程度であってもよい。顕著な特性の低下は見られ難く実用上の問題は生じ難いからである。なお、本発明における水分の含有量は、カールフィッシャー水分測定装置(例えば、平沼産業株式会社製のカールフィッシャー水分計)を使用して、後述する実施例に記載の手順により測定される値である。
 また、本発明のイオン性化合物は、シアン化物イオン(CN-)含有量が低いものであるのが好ましい。好ましいシアン化物イオン含有量は約10000ppm以下である。後述するように、本発明のイオン性化合物は各種蓄電デバイスの電解液に好適に用いられるが、当該電解液中にシアン化物イオンが含まれていると、これが電極と反応し、イオン伝導性を低下させたり、また、ガスが発生しデバイスが変形する虞があるといった問題が生じることがある。好ましいシアン化物イオンの含有量は約5000ppm以下であり、より好ましくは約1000ppm、さらに好ましくは約300ppm以下であり、よりさらに好ましくは約100ppm以下であり、さらに好ましくは約50ppm以下である。なお、本発明のイオン性化合物におけるシアン化物イオン含有量は少ないほど好ましく、0ppmである場合が最も好ましいが、例えば、シアン化物イオンの含有量が0.02ppm程度であればイオン性化合物の特性に対する影響は少なく、また、下限が0.1ppm程度であっても顕著な特性の低下は見られ難く実用上の問題は生じ難い。
 さらに、本発明のイオン性化合物は、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物を構成しない、アルカリ金属及びアルカリ土類金属よりなる群から選択される1種以上の不純物イオンの含有量が総量で約20000ppm以下(約2質量%以下)であるのが好ましい。不純物としてのアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属イオンのより好ましい含有量は約10000ppm以下であり、より好ましくは約5000ppmである。さらに好ましい含有量としては約1000ppm以下であり、より一層好ましくは約500ppm以下であり、さらに一層好ましくは約100ppm以下である。本発明のイオン性化合物中には、上記不純物イオンが含まれない(0ppm)のが最も好ましいが、アルカリ金属、アルカリ土類金属よりなる群から選択される1種以上の不純物イオンの含有量の下限が0.1ppm程度であれば、イオン性化合物の特性に対する影響は少なく、また、1ppm程度であっても顕著な特性の低下は見られ難い。なお、不純物であるアルカリ金属としては、Li、Na、K、Cs等;アルカリ土類金属としては、Mg、Ca、Sr、Ba等が挙げられる。これらの中でも、特にNa、K、Caの含有量を上記範囲とすることが好ましい。
 なお、上記「一般式(1)で表されるイオン性化合物を構成しない、アルカリ金属及びアルカリ土類金属」とは、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の内、一般式(1)を構成するカチオンMn+ではないものを意味する。後述するように、本発明のイオン性化合物は、カチオンMn+としてアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む場合があるが、本発明では、このように、イオン性化合物を構成するアルカリ金属又はアルカリ土類金属は不純物とは見なさない。すなわち、本発明では、目的物であるイオン性化合物を構成するカチオン以外の成分としてアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が含まれる場合、これらの成分を不純物とする。例えば、一般式(1)で表されるイオン性化合物が、Li+をカチオンMn+とする場合は、Li+以外のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を不純物とする。すなわち、この場合は、Na+、K+、Rb+、Cs+、Fr+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+およびRa2+の中の一種以上の含有量(総量)が上記範囲であることが好ましい。また、Mn+がK+であるイオン性化合物の場合は、K+以外のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が不純物となる。Mn+がMg2+であるイオン性化合物である場合には、Mg2+以外のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が不純物となる。Mn+が上記以外のアルカリ金属やアルカリ土類金属である場合も同様である。
 本発明のイオン性化合物(1)は、出発原料や反応中に混入する成分などに由来する不純物の含有量も少ないものであるのが好ましく、具体的には、周期律表第5族~第11族の元素の含有量(総量、質量基準)が約1000ppm以下であるのが好ましく、より好ましくは約100ppm以下であり、さらに好ましくは約10ppm以下である。周期律表第5族~第11族の元素の含有量は、本発明のイオン性化合物(1)中に含まれていないことが最も好ましいが、例えば、下限は0.1ppm程度であればよく、さらに下限は0.5ppm程度であってもよい。不純物の含有量が上記範囲であれば、イオン性化合物の特性に対する影響は少なく、また、顕著な特性の低下は見られ難い。なお、周期律表第5族~第11族の元素の中でも、低減されることが好ましい元素は、Fe、V、Cr、Mo、W、Mn、Re、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Cu、Ag、Auであり、より好ましくは、Fe、V、Cr、Mo、Mn、Co、Ni、Cuである。
 上記不純物イオンの含有量の測定には、従来公知の測定方法がいずれも使用可能であるが、例えば、原子吸光分析法や、ICP発光分光分析法(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法)、イオンクロマトグラフィーなど実施例に記載の方法が挙げられる。
 なお、不純物の含有量を上述の範囲とする方法は特に限定されないが、例えば、後述する本発明の製造方法を採用することにより、あるいは、本発明の製造方法や公知の方法で得られたイオン性化合物を酸化剤処理法、活性炭処理法、水・有機溶媒による分液抽出法、電気化学処理法、再結晶法、再沈殿法、クロマトグラフィーによる精製法により精製することにより、上記不純物量が低減されたイオン性化合物を得ることができる。
2.イオン性化合物(1)の製造方法
 本発明には、上記イオン性化合物(1)の製造方法も含まれる。本発明の製造方法としては、出発原料から直接イオン性化合物(1)を製造する製造方法[1]、[2]と、あらかじめ合成した中間体を原料として目的とするイオン性化合物(1)を製造する製造方法[3]が含まれる。
2-1.製造方法[1]
 まず、本発明のイオン性化合物(1)の製造方法[1]について説明する。本発明の製造方法[1]では、シアン化合物と、ホウ素化合物と、有機又は無機カチオンのハロゲン塩との反応によりイオン性化合物(1)を製造する。
 シアン化合物
 上記一般式(1)で表されるイオン性化合物(1)のCN源として、シアン化合物を用いる。具体的なシアン化合物としては、トリメチルシリルシアニド、トリエチルシリルシアニド、トリイソプロピルシリルシアニド、エチルジメチルシリルシアニド、イソプロピルジメチルシリルクロリド、tert-ブチルジメチルシリルシアニド等のアルキルシリルシアニド;ジメチルフェニルシリルシアニド、フェニルジメチルシリルシアニド等のアルキルアリールシリルシアニド;銅シアニド、亜鉛シアニド、シアン化カリウム、シアン化ナトリウム、シアン化リチウム等の金属シアニド;が挙げられる。これらの中でも、アルキルシリルシアニドが好ましく、より好ましくはトリアルキルシリルシアニドである。さらに好ましくはトリメチルシリルシアニド(以下、TMSCNと略す場合がある。)である。
 シアン化合物は、市販のものを用いてもよく、また、公知の方法で合成したものを用いてもよい。
 ホウ素化合物
 上記一般式(1)で表されるイオン性化合物(1)は、上記シアン化合物と、有機又は無機カチオンのハロゲン塩と、ホウ素化合物とを含む出発原料を反応させることにより得られる。ホウ素化合物は、本発明に係るイオン性化合物のホウ素源となるものであり、具体的なホウ素化合物としては、ホウ酸、ホウ酸エステル又はホウ酸チオエステルが挙げられる。
 上記ホウ素化合物の内、ホウ酸エステルとしては、一般式;B(OR143(R14は、主鎖の原子数が1~10の有機置換基を示し、上記一般式(1)における有機置換基R14と同様である。以下同様。)で表されるものが好ましく用いられる。本発明に係るホウ酸エステルとしては、B(OMe)3、B(OEt)3、B(O-i-Pr)3、B(O-t-Bu)3(“-t-”は“tert”を示す。以下、同様。)及びB(OPh)3が挙げられる。これらの中でも、B(OMe)3およびB(OEt)3は比較的反応性が高いため好ましい。
 また、ホウ酸チオエステルとしては、一般式;B(SR143で表されるものが好ましく用いられる。本発明に係るホウ酸チオエステルとしてはB(SMe)3およびB(SEt)3、B(S-i-Pr)3、B(S-t-Bu)3、B(SPh)3等が挙げられる。これらの中でも、B(SMe)3およびB(SEt)3が好ましく、より好ましくはB(SMe)3である。上記に挙げたホウ素化合物の中でも、ホウ酸エステルを用いるのが汎用性の面からは好ましい。なお、シアノボレート塩の製造方法では、BCl3を必須の出発原料とするものが多いが、BCl3は毒性が高く、反応性が高いため取り扱い難いという問題点があった。BCl3に比べてホウ酸エステルは、安価であり、また、毒性が低く取り扱いが容易であるといった利点がある。
 上記原料の配合割合は、目的生成物であるイオン性化合物(1)において、ホウ素に置換するシアノ基の数に応じてその割合を変更すればよく、これにより、シアノ基の1置換体であるモノシアノボレートから、ジシアノボレート(2置換体)、又は、トリシアノボレート(3置換体)を得ることができる。なお、本発明の製造方法[1]においては、例えば、ホウ素化合物に対するシアン化合物の配合量は0.5:1~10:1(シアン化合物:ホウ素化合物、モル比)とするのが好ましい。より好ましくは0.8:1~5:1であり、さらに好ましくは1:1~4:1である。シアン化合物の配合量が少なすぎると、目的のイオン性化合物の生成量が少なくなったり、副生物が生成する場合がある。一方、シアン化合物の配合量が多すぎると、CN由来の不純物量が増加し、目的生成物の精製が困難になる傾向がある。
 有機又は無機カチオンのハロゲン塩
 上記シアン化合物とホウ素化合物との反応は、有機又は無機カチオンのハロゲン塩の存在下で行うのが好ましい。
 有機又は無機カチオンのハロゲン塩を構成するハロゲンとしては、F、Cl、Br及びIが好ましく、より好ましくはCl又はBrである。一方、有機又は無機カチオンのハロゲン塩を構成する有機又は無機カチオンとしては、上述した有機又は無機カチオンが挙げられる。
 好ましい有機又は無機カチオンのハロゲン塩としては、トリエチルアンモニウムブロマイド、トリブチルアンモニウムブロマイド、トリエチルメチルアンモニウムブロマイド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロマイド、リチウムブロマイド、トリエチルアンモニウムクロライド、トリブチルアンモニウムクロライド、トリエチルメチルアンモニウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、トリエチルメチルアンモニウムクロライド、リチウムクロライドが挙げられる。より好ましい有機又は無機カチオンのハロゲン塩は、トリエチルアンモニウムブロマイド、トリエチルメチルアンモニウムブロマイド、リチウムブロマイド、トリエチルアンモニウムクロライド、トリエチルメチルアンモニウムクロライド、リチウムクロライドであり、さらに好ましくは、トリエチルアンモニウムブロマイド、トリエチルメチルアンモニウムブロマイド、リチウムブロマイドである。
 なお、上述した各種不純物量を低減させる観点からは、原料であるシアン化合物、ホウ素化合物、および有機又は無機カチオンのハロゲン塩として、上記不純物イオンを含有しないものを採用するのが好ましい。
 上記有機又は無機カチオンのハロゲン塩の使用量は、ホウ素化合物に対して、1:5~5:1(ホウ素化合物:有機又は無機カチオンのハロゲン塩、モル比)とするのが好ましい。より好ましくは1:2~2:1であり、さらに好ましくは1:0.8~1:1.2である。有機又は無機カチオンのハロゲン塩の配合量が少なすぎると、副生成物の除去が不十分となったり、カチオン量が不足して効率よく目的物を生成できない場合がある。一方、有機又は無機カチオンのハロゲン塩の配合量が多すぎると、有機又は無機カチオンのハロゲン塩が不純物として残存する傾向がある。
 製造方法[1]では、反応を均一に進行させるため、反応溶媒を用いるのが好ましい。反応溶媒としては、上記原料が溶解するものであれば特に限定されず、水又は有機溶媒が用いられる。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン、へキサン等の炭化水素系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、ジエチルエーテル、シクロヘキシルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、2-ブタノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン等が挙げられる。これらの反応溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 製造方法[1]において、上述の原料を添加し、混合する順序は特に限定されない。なお、有機又は無機カチオンのハロゲン塩には水以外の有機溶媒への溶解度が低いものが含まれているので、予め反応溶媒とアンモニウム塩とを混合した後、この混合溶液に、残りの原料であるホウ素化合物とシアン化合物を添加するのが好ましい。より好ましくは、アンモニウム塩と反応溶媒との混合溶液に、ホウ素化合物を添加し、その後、シアン化合物を添加する態様である。
 上記出発原料を反応させる際の条件は特に限定されず、反応の進行状態に応じて適宜調節すればよいが、例えば、反応温度は20℃~180℃とするのが好ましい。より好ましくは40℃~120℃であり、さらに好ましくは50℃~80℃である。反応時間は1時間~50時間とするのが好ましく、より好ましくは5時間~40時間であり、さらに好ましくは10時間~30時間である。
 上記反応後、生成したイオン性化合物(シアノボレート塩)の純度を高めるため精製を行ってもよい。精製法は特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒、およびこれらの混合溶媒での洗浄、吸着精製法、再沈殿法、分液抽出法、再結晶法、晶析法及びクロマトグラフィーによる精製法が挙げられる。
2-2.製造方法[2]
 また、本発明に係るイオン性化合物(1)の内、一般式(1)において、一般式;Mn+([B(CN)4-m 15 r-nで表される化合物(以下、イオン性化合物(7)と称する。一般式(7)中、Yは、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14であり、X15は同一又は異なって、F、Cl、Br、又はIであり、qは1から3の整数、rは0から2の整数であって、q+rはmであり、その他の記号は一般式(1)と同様。)は、特定のホウ素化合物とアルキルシリル化合物とを反応させることにより製造することもできる(製造方法[2])。なお、上記反応には、必要に応じて、有機又は無機カチオンのハロゲン塩を用いてもよい。
 製造方法[2]で使用できる好ましいホウ素化合物としては、B(Y’)q(X153-q又はMn+B(Y’)q(X154-qの一般式で表されるものが挙げられ、具体的には、PhB(Cl)2、C65B(Cl)2、MeB(Cl)2、Me2B(F)、n-C611B(F)2、Me2NB(F)2、(Me2N)2BF、LiB(F)2(OCOCOO)、LiB(F)2(OCOCH32、LiB(F)2(OCOCF32等の、ハロゲンと、アルキル基、アリール基、アミノ基又はアルカノイル基等の有機基とが、ホウ素に結合した有機ハロゲン化ホウ素化合物が挙げられる。有機ハロゲン化ホウ素化合物の中でも、アリール基、アルキル基がホウ素に結合した有機ハロゲン化ホウ素化合物が好ましく、中でも、PhB(Cl)2及びMeB(Cl)2は比較的反応性が高いため好適に使用できる。
 一方、アルキルシリル化合物としては、製造方法[1]で例示したアルキルシリルシアニド又はアルキルアリールシリルシアニドが好適に用いられる。中でも、アルキルシリルシアニドが好ましく、より好ましくはトリアルキルシリルシアニドである。さらに好ましくはトリメチルシリルシアニドである。
 有機又は無機カチオンのハロゲン塩としては、製造方法[1]で述べたものが同様に適用できる。
 反応溶媒としては、製造方法[1]と同様のものが使用できる。好ましくは、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、アセトニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒である。反応条件は特に限定されず、例えば、反応温度は20℃~80℃(より好ましくは30℃~120℃、さらに好ましくは50℃~100℃)とすればよく、反応時間は1時間~50時間(より好ましくは2時間~10時間)とすればよい。
 製造方法[2]は、イオン性化合物(7)の中でも、リチウムシアノ(フルオロ)オキサリルボレート、リチウムジシアノオキサリルボレート、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレート等の製造方法として好適である。
2-3.製造方法[3]
 上記製造方法[1]又は[2]により、目的とするイオン性化合物(1)を直接製造することもできるが、製造方法[1]、[2]等により、一旦イオン性化合物を合成した後、一般式(1)中の有機置換基R14を修飾あるいは置換して、当初とは異なる有機置換基とすることにより、目的とするイオン性化合物(1)を製造することもできる(製造方法[3])。
 すなわち、本発明の製造方法[3]とは、一般式(1)で表されるイオン性化合物を製造する方法であって、一般式(8)で表される化合物と、置換反応試剤とを反応させることを特徴とする。
n+([B(CN)4-m(XR13m-n   (8)
(式(8)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、XはO又はSを表し、R13は、H又は主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
n+([B(CN)4-mm-n   (1)
 製造方法[3]では、イオン性化合物(1)を製造する際の中間体として、上記一般式(8)で表される化合物(以下、単に「中間体(8)」という場合がある)を用いる。この中間体(8)を用いることで、目的に応じて任意の置換基を有するシアノボレート塩を得ることができる。
2-3-1.中間体(8)
 本発明に係る中間体(8):Mn+([B(CN)4-m(XR13m-nは、本発明に係るイオン性化合物(1)であると同時に、イオン性化合物(1)の原料として使用できる。
 有機又は無機カチオン:Mn+としては、イオン性化合物(1)と同様のものが挙げられる。好ましい有機又は無機カチオンも同様である。
 シアノボレートアニオン:[B(CN)4-m(XR13m-
 中間体(8)に係るアニオン:[B(CN)4-m(XR13m-において、XはO又はSを表す。好ましくはOである。R13は、H又は主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基を表す。なお、炭化水素基は置換基を有していてもよく、この場合、置換基を構成する炭素の数は、前述の炭素数には含まれない。炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖、分枝鎖又は環状の飽和及び/又は不飽和炭化水素基が好ましく、より好ましい炭化水素基としては、炭素数1~10のアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及び、アラルキル基等が挙げられる。具体的な炭化水素基R13としては、例えば、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、tert-ブチル基、sec-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基等の直鎖又は分枝鎖状のアルキル基;シクロヘキシル基、シクロペンチル基等のシクロアルキル基;ビニル基などのアルケニル基;フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ジメチルフェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基;等が挙げられる。好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、フェニル基である。
 中間体(8)を構成する具体的なシアノボレートアニオンとしては、[B(CN)3(OMe)]-、[B(CN)3(OEt)]-、[B(CN)3(O-i-Pr)]-(、[B(CN)3(OBu)]-、[B(CN)3(OPh)]-等のアルコキシトリシアノボレートアニオン;[B(CN)2(OMe)2-、[B(CN)2(OEt)2-,[B(CN)2(O-i-Pr)2-、[B(CN)2(OBu)2-,[B(CN)2(OPh)2-等のジアルコキシジシアノボレートアニオン;[B(CN)(OMe)3-、[B(CN)(OEt)3-、[B(CN)(O-i-Pr)3-、[B(CN)(OBu)3-、[B(CN)(OPh)3-等のトリアルコキシシアノボレートアニオン;[B(CN)3(SMe)]-等のチオアルコキシトリシアノボレートアニオン;等が挙げられる。
 本発明の中間体(8)には、上記カチオン:Mn+とアニオン:[B(CN)4-m(XR13m-の組み合わせからなるものが全て含まれる。具体的な中間体(8)としては、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリブチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、トリエチルアンモニウムトリシアノイソプロポキシボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリシアノメトキシボレート等の有機カチオンの塩;リチウムトリシアノメトキシボレート、ナトリウムトリシアノメトキシボレート等の無機カチオンの塩;が挙げられる。これらの中でも、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート、リチウムトリシアノメトキシボレートが好ましい。
 なお、本発明に係る中間体(8)の製造方法は特に限定されず、上記製造方法[1]、[2]、又は、特許文献5等の従来公知の方法に基づいて製造することができる。
 本発明の製法方法[3]には、[3-1]上記中間体(8)と置換反応試剤と反応させることで、中間体(8)を構成するアニオン中のXR13が置換されたイオン性化合物(1)を製造する方法と(以下、製造方法[3-1]と称する)、[3-2]上記中間体(8)と置換反応試剤と反応させることで、中間体(8)を構成するアニオン中のR13が置換されたイオン性化合物(1)を製造する方法(以下、製造方法[3-2]と称する)とが含まれる。以下、これらの方法について順に説明する。
2-3-2.製造方法[3-1]
 本発明の製造方法[3-1]で使用する置換反応試剤としては、トリメチルシリルシアニド、トリエチルシリルシアニド、トリイソプロピルシリルシアニド、エチルジメチルシリルシアニド、イソプロピルジメチルシリルシアニド、tert-ブチルジメチルシリルシアニド等のアルキルシリルシアニド;ジメチルフェニルシリルシアニド、ジフェニルジメチルシリルシアニド等のアルキルアリールシリルシアニド;銅シアニド、亜鉛シアニド、シアン化カリウム、シアン化ナトリウム、シアン化リチウム等の金属シアニド;メチルマグネシウムブロミド、エチルマグネシウムブロミド、プロピルマグネシウムブロミド、イソプロピルマグネシウムブロミド、ブチルマグネシウムブロミド、フェニルマグネシウムブロミド、トリルマグネシウムブロミド、ビニルマグネシウムブロミド、ヘキシルジマグネシウムジブロミド(BrMg(CH26MgBr)等の有機マグネシウム試薬;メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n-ブチルリチウム、s-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、フェニルリチウム、ペンタフルオロエチルリチウム、ペンタフルオロフェニルリチウム、リチウムジメチルアミド、ジフェニルホスフィノリチウム、リチウムアセチリド等の有機リチウム試薬;フェニルジンクヨージド、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、メチルジジンクジヨージド(IZnCH2ZnI)等の有機亜鉛試薬;ジメチル銅リチウム、ジフェニル銅リチウム等の有機銅試薬;トリメチルアルミニウム、ジメチルアルミニウムクロリド等の有機アルミニウム試薬;フッ化亜鉛、フッ化銅、塩化亜鉛、臭化亜鉛等の金属ハロゲン化物;トリメチル(トリフルオロメチル)シラン(Ruppert-Prakash試薬)等が挙げられる。上述のように、本発明の製造方法[3-1]で使用できる置換反応試剤には、反応点が1点の単官能性試薬のみならず、2点以上の反応点を有する多官能性試薬も含まれる。好ましくは、アルキルシリルシアニド、有機マグネシウム試薬、有機リチウム試薬、金属ハロゲン化物である。
 置換反応試剤の使用量は、中間体(8)の有する-XR13基の数に応じて適宜決定すればよいが、例えば、中間体(8)の一般式においてmが1の場合は、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、5:1~1:9(中間体(8):置換反応試剤。モル比。以下同様。)とするのが好ましい。より好ましくは、2:1~1:5であり、さらに好ましくは1:1~1:3である。mが2の場合、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、4:1~1:12とするのが好ましく(より好ましくは、1:1~1:6であり、さらに好ましくは1:2~1:4)、mが3の場合は、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、3:1~1:15とするのが好ましい(より好ましくは、1:1.5~1:7であり、さらに好ましくは1:3~1:5)である。いずれの場合も、置換反応試剤の使用量が少なすぎる場合には、目的のイオン性化合物の生成量が少なくなったり、副生成物が生じる場合があり、一方多すぎると、置換反応試剤に由来する不純物量が増加し、目的生成物の生成が困難になる傾向がある。
 製造方法[1]では、中間体(8)及び置換反応試剤に加えて、カチオン交換試剤として、有機カチオンのハロゲン塩を使用してもよい。有機カチオンのハロゲン塩としては、中間体(8)の製造時に使用するものと同じものが使用できる。上記例示の有機カチオンのハロゲン塩の中でも、一般式(3)~(5)に示されるオニウムカチオンの内のアンモニウムの塩を用いるのが好ましく、より好適なものとしては、トリエチルアンモニウムクロライド、トリエチルアンモニウムブロマイド、トリエチルアンモニウムヨーダイド等が挙げられる。
 また、製造方法[3-1]では、置換反応を促進するため触媒を使用してもよい。この際、使用できる触媒としては特に限定されないが、例えば、硫酸、塩酸、燐酸、硝酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等のブレンステッド酸類;フッ化ホウ素、塩化ホウ素、塩化アルミニウム、塩化鉄、トリフルオロメタンスルホン酸無水物、無水酢酸等のルイス酸類;アンモニア、トリエチルアミン、アニリン、ピリジン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等のルイス塩基類が使用できる。上記触媒は1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 中間体(8)と置換反応試剤との反応には、反応溶媒を用いてもよい。反応溶媒としては、中間体(8)と置換反応試剤とが溶解するものであればよく、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;等が挙げられる。好ましくは塩素系溶媒である。上記溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
 本発明の製造方法[3-1]では、反応温度は20℃~250℃とするのが好ましく(より好ましくは40℃~180℃、さらに好ましくは50℃~120℃)、反応時間は1時間~80時間とするのが好ましい(より好ましくは5時間~70時間、さらに好ましくは10時間~60時間)。
 本発明の製造方法[3-1]では、中間体(8)を構成するアニオン中のXR13が置換されたイオン性化合物(1):Mn+([B(CN)4-mm-nが生成する。
 本発明の製造方法[3-1]により得られるイオン性化合物(2)を構成する具体的なシアノボレートアニオンとしては、例えば、[B(CN)3(F)]-、[B(CN)3(Cl)]-、[B(CN)3(CF3)]-、[B(CN)3(C25)]-、[B(CN)3(Ph)]-、[B(CN)3(Me)]-、[B(CN)3(CH26B(CN)32-等のトリシアノボレートアニオン;[B(CN)2(F)2-、[B(CN)2(Cl)2-、[B(CN)2(CF32-、[B(CN)2(Me)2-,[B(CN)2(NMe22-、等のジシアノボレートアニオン;[B(CN)(F)3-、[B(CN)(Cl)3-、[B(CN)(CF33-、[B(CN)(Me)3-、[B(CN)(Ph)3-等のシアノボレートアニオン;が好ましく挙げられる。
 したがって、本発明の製造方法[3-1]によれば、上記有機又は無機カチオンMn+と上述のYを有するシアノボレートアニオンからなるイオン性化合物(1)が得られる。
2-3-3.製造方法[3-2]
 本発明の製造方法[3-2]で使用する置換反応試剤としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、iso-プロパノール、n-ブタノール基、iso-ブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、シクロヘキサノール、アダマンチルアルコール等の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む飽和脂肪族アルコール類;2-プロペニルアルコール、アリルアルコール、2-ブテノール、3-ブテノール、2-シクロヘキセノール、3-シクロヘキセノール、メチルシクロヘキセノール、エチルシクロヘキセノール、シクロヘキセニルメチルアルコール、ベンジルアルコール、フェニルエチルアルコール、メチルフェニルエチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、シクロヘキセンジオール等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む不飽和脂肪族および/または芳香族アルコール類;フェノール、メチルフェノール、シクロヘキシルフェノール、ビニルフェノール、ナフトール、メチルナフトール、ハイドロキノン、メトキシフェノール等の1価または2価以上のフェノール類;フルオロメチルアルコール、ジフルオロメチルアルコール、トリフルオロメチルアルコール、クロロメチルアルコール、ブロモメチルアルコール、ヨードメチルアルコール、ジフルオロクロロメチルアルコール、フルオロジクロロメチルアルコール、フルオロエチルアルコール、ジフルオロエチルアルコール、トリフルオロエチルアルコール、テトラフルオロエチルアルコール、パーフルオロエチルアルコール、フルオロクロロエチルアルコール、クロロエチルアルコール、フルオロプロピルアルコール、パーフルオロプロピルアルコール、ヘキサフルオロイソプロピルアルコール、フルオロクロロプロピルアルコール、パーフルオロブチルアルコール、パーフルオロオクチルアルコール、ペンタフルオロシクロヘキシルアルコール、パーフルオロシクロヘキシルアルコール、ペンタフルオロフェノール、パークロロフェノール、フルオロエチレングリコール、ジフルオロエチレングリコール、トリフルオロエチレングリコール、テトラフルオロエチレングリコール、フルオロシクロヘキセノール、フルオロハイドロキノン、ビスフェノールF等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むハロゲン化アルコール類および/またはハロゲン化フェノール類;シアノメチルアルコール、ジシアノメチルアルコール、トリシアノメチルアルコール、シアノエチルアルコール、ジシアノエチルアルコール、トリシアノエチルアルコール、テトラシアノエチルアルコール、シアノプロピルアルコール、シアノブチルアルコール、シアノオクチルアルコール、シアノシクロヘキシルアルコール、シアノフェノール、シアノエチレングリコール、ジシアノエチレングリコール、シアノシクロヘキセングリコール、シアノハイドロキノン等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むシアノ化アルコール類及び又はシアノ化フェノール類;メトキシメチルアルコール、メトキシエチルアルコール、メトキシプロピルアルコール、メトキシブチルアルコール、メトキシシクロヘキシルアルコール、メトキシフェノール、メトキシナフトール、エトキシメチルアルコール、プロポキシメチルアルコール、ブトキシメチルアルコール、ペンチルオキシメチルアルコール、ヘキシルオキシメチルアルコール、シクロヘキシルオキシメチルアルコール、フェニルオキシメチルアルコール、ビニルオキシメチルアルコール、イソプロペニルオキシメチルアルコール、tert-ブチルオキシメチルアルコール、ナフチルオキシメチルアルコール、メトキシエトキシメチルアルコール、エトキシエトキシメチルアルコール、エトキシエチルアルコール、プロポキシエチルアルコール、ブトキシエチルアルコール、ペンチルオキシエチルアルコール、ヘキシルオキシエチルアルコール、シクロヘキシルオキシエチルアルコール、フェニルオキシエチルアルコール、ビニルオキシエチルアルコール、イソプロペニルオキシエチルアルコール、tert-ブチルオキシエチルアルコール、ナフチルオキシエチルアルコール、メトキシエトキシエチルアルコール、エトキシエトキシエチルアルコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール等の1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むアルコキシ化及び又はアリールオキシ化アルコール及び又はフェノール類;ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン(メタホルムアルデヒド)、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、アクロレイン、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むアルデヒド類;アセトン、メチルエチルケトン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むケトン類;無水酢酸、無水プロピオン酸、無水ブタン酸、無水ペンタン酸、無水ヘキサン酸、無水ヘプタン酸、無水オクタン酸、イソプロパン酸無水物、イソブタン酸無水物、アクリル酸無水物、メタクリル酸無水物、シュウ酸無水物、マロン酸無水物、スクシン酸無水物(コハク酸無水物)、安息香酸無水物等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むカルボン酸無水物類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル、酢酸フェニル、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、プロピオン酸メチル、ブタン酸メチル、ペンタン酸メチル、ヘキサン酸メチル、ヘプタン酸メチル、オクタン酸メチル、イソプロパン酸メチル、イソブタン酸メチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、シュウ酸ジメチル、マロン酸ジメチル、スクシン酸ジメチル(コハク酸ジメチル)、安息香酸ジメチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、炭酸ジメチル、炭酸メチルエチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチル、シアノ酢酸エチル、グリセリンカーボネート等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含む有機酸エステル類および/またはオルトエステル類;ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルアセトアミド、ジブチルアセトアミド、ジフェニルアセトアミド、アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジブチルアクリルアミド、メタクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、シュウ酸ジアミド、マロン酸ジアミド、スクシン酸ジアミド(コハク酸ジアミド)、スクシンイミド、メチルスクシンイミド、安息香酸アミド、γ-ブチロラクタム、ε-カプロラクタム等の、1価または2価以上の、直鎖状、分岐鎖状、環状或いはその組合せを含むカルボン酸アミド類および/またはイミド類;トリメチルシリルシアニド、トリメチルシリルメトキシド等のアルキルシリルシアニド、トリメチルシリルクロライド、トリメチルシリルブロマイド等の有機シラン化合物類;アルミン酸トリメチル、アルミン酸トリエチル等の、有機アルミ化合物類;フルオロスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物等のスルホン酸及び/又はスルホン酸無水物類;等が挙げられる。好ましくは、アルキルシリルシアニド、脂肪族アルコール類、ハロゲン化アルコール類、フェノール類、カルボン酸無水物、スルホン酸及び/又はスルホン酸無水物類である。
 置換反応試剤の使用量は、中間体(8)の有する-R13基の数に応じて適宜決定すればよいが、例えば、中間体(8)の一般式においてmが1の場合は、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、5:1~1:10(中間体(8):置換反応試剤。モル比。以下同様。)とするのが好ましい。より好ましくは、2:1~1:9であり、さらに好ましくは1:1~1:8である。mが2の場合、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、4:1~1:12とするのが好ましく(より好ましくは、1:1~1:6であり、さらに好ましくは1:2~1:4)、mが3の場合は、中間体(8)に対する置換反応試剤の使用量は、3:1~1:15とするのが好ましい(より好ましくは、1:1.5~1:7であり、さらに好ましくは1:3~1:5)である。いずれの場合も、置換反応試剤の使用量が少なすぎる場合には、目的のイオン性化合物の生成量が少なくなったり、副生成物が生じる場合があり、一方多すぎると、置換反応試剤に由来する不純物量が増加し、目的生成物の生成が困難になる傾向がある。
 製造方法[3-2]でも、製造方法[3-1]と同様、中間体(8)及び置換反応試剤に加えて、カチオン交換試剤として有機カチオンのハロゲン塩を使用してもよい。有機カチオンのハロゲン塩としては、製造方法[3-1]と同様のものが使用できる。
 また、製造方法[3-2]では、置換反応を促進するため触媒を使用してもよい。この際、使用できる触媒としては特に限定されないが、例えば、硫酸、塩酸、燐酸、硝酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等のブレンステッド酸類;フッ化ホウ素、塩化ホウ素、塩化アルミニウム、塩化鉄等のルイス酸類、アンモニア、トリエチルアミン、アニリン、ピリジン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等のルイス塩基;等が挙げられる。上記触媒は1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 中間体(8)と置換反応試剤との反応には、反応溶媒を用いてもよい。反応溶媒としては、中間体(8)と置換反応試剤とが溶解するものであればよく、製造方法[3-1]と同様のものが使用できる。また、置換反応試剤を反応溶媒として用いてもよい。なお、製造方法[3-2]では、上述の反応溶媒の中でも、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒等が好ましい。上記溶媒は単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、上記置換反応試剤には、溶媒としての作用を兼ねるものがあり、置換反応試剤を反応溶媒として使用してもよい。なお、置換反応試剤を、置換反応試剤としてだけではなく、反応溶媒としても使用したい場合は、反応条件を制御すればよく、例えば、反応の際の温度を調整すればよい。
 本発明の製造方法[3-2]では反応温度は20℃~250℃とするのが好ましく(より好ましくは40℃~180℃、さらに好ましくは50℃~120℃)、反応時間は1時間~80時間とするのが好ましい(より好ましくは5時間~70時間、さらに好ましくは10時間~60時間)。
 上述のように、本発明の製造方法[3-2]によれば、中間体(8)を構成するアニオン中のR13が置換されたイオン性化合物(1):Mn+([B(CN)4-mm-nが生成する。
 よって、製造方法[3-2]で得られるイオン性化合物を構成する具体的なシアノボレートアニオンとしては、[B(CN)3(OMe)]-、[B(CN)3(OEt)]-、[B(CN)3(O-i-Pr)]-、[B(CN)3(OBu)]-、[B(CN)3(OPh)]-、[B(CN)3(OCH2CH2O)B(CN)32-、[B(CN)3(OC36O)B(CN)32-等のアルコキシトリシアノボレートアニオン;[B(CN)2(OMe)2-、[B(CN)2(OEt)2-、[B(CN)2(O-i-Pr)2-、[B(CN)2(OBu)2-、[B(CN)2(OPh)2-等のジアルコキシジシアノボレートアニオン;[B(CN)(OMe)3-、[B(CN)(OEt)3-、[B(CN)(O-i-Pr)3-、[B(CN)(OBu)3-、[B(CN)(OPh)3-等のトリアルコキシシアノボレートアニオン;[B(CN)3(SMe)]-等のチオアルコキシトリシアノボレートアニオン;[B(CN)3(OCF)]-、[B(CN)3(OC25)]-、等のハロゲン化アルコキシシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OC24CN)]-、等のシアノ化アルコキシシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OCOCH3)]-、[B(CN)3(OCOC25)]-、[B(CN)3(OCOOCH3)]-、[B(CN)3(OCOOC25)]-、[B(CN)3(OCH2CH2OCOOCH3)]-、等のエステル系シアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OSO2F)]-、[B(CN)3(OSO2CF3)]-、[B(CN)3(OSO2CH3)]-、[B(CN)3(OSO264CH3)]-等のスルホニル基を有するシアノボレートアニオン類;[B(CN)3(OSiCH3)]-、等のアルキルシロキシシアノボレートアニオン類等が挙げられる。
 したがって、本発明の製造方法[3-2]によれば、上記有機又は無機カチオンMn+と上述のYを有するシアノボレートアニオンからなるイオン性化合物(1)が得られる。なお、置換反応試剤として、製造方法[3-1]、[3-2]のいずれにも挙げられている化合物を用いる場合、反応温度を高くすると(例えば110℃以上)、製造方法[1]における生成物が得られ易くなる場合がある。
 製造方法[3-1]、[3-2]では、一旦、合成したイオン性化合物(中間体)を原料とし、その一部である有機置換基R13を修飾あるいは置換して、目的のイオン性化合物(1)を製造する方法について説明したが、置換反応試剤は、中間体(8)の合成時において、中間体(8)合成用の原料と共に反応系内に投入してもよい。また、中間体(8)を合成した後、その反応系内に置換反応試剤を投入してもよく、或いは、一旦合成した中間体(8)を精製した後に改めて中間体(8)と置換反応資材とを混合し反応させてもよい。
2-4.精製
 製造方法[1]~[3]のいずれにおいても、上記反応後、生成したイオン性化合物(2)(粗イオン性化合物)中の不純物量を一層低減させ、純度を高めるため精製を行ってもよい。精製法は特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒、およびこれらの混合溶媒での生成物の洗浄、生成物を酸化剤と接触させる酸化剤処理や、吸着精製法、再沈殿法、分液抽出法、再結晶法、晶析法及びクロマトグラフィー等による精製など従来公知の精製方法はいずれも採用できる。
 これらの精製法は1種を単独で実施しても、2種以上を組み合わせてもよい。なお、上記不純物を低減させる観点からは、酸化剤処理、吸着精製法、分液抽出法、晶析法の1種以上を採用するのが好ましく、特に、これらを全て実施することが好ましい。
2-4-1.分液抽出法
 分液抽出法による処理で使用する溶媒は特に限定されないが、上述したイオン性化合物の製造に使用する溶媒と2層状態を形成し得る溶媒であるのが好ましい。例えば、上述したイオン性化合物の製造において有機溶媒を用いる場合には、洗浄、分液抽出において水を用いるのが好ましい。水を用いることにより、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンおよびハロゲン化物イオン、さらにはケイ素を効率的に水層に抽出でき、イオン性化合物からこれらのイオン成分を除去することができる。なお、好ましい抽出溶媒の組み合わせとしては、水と層分離すること、および、イオン性化合物の回収率の観点から、水/ヘキサン、水/メチルエチルケトン、水/メチルイソブチルケトン、水/ジメチルエーテル、水/ジエチルエーテル、水/酢酸エチル、水/酢酸ブチル、および、水/ジクロロメタンの組み合わせが挙げられ、これらの中でも、水/酢酸エチル、水/酢酸ブチル、水/メチルイソブチルケトン、水/ジエチルエーテルの組み合わせが好ましく、より好ましいのは、水/酢酸エチル、水/酢酸ブチル、水/ジエチルエーテルの組み合わせである。
2-4-2.晶析法
 晶析法による処理で使用する溶媒は特に限定されないが、上述したイオン性化合物を溶解する溶媒(以下、良溶媒)を使用することが好ましく、また必要に応じてイオン性化合物の溶解性が低い溶媒(貧溶媒)を組合せて使用してもよい。良溶媒のみで晶析を行う場合は、一般に高温で可能な限り高濃度となるように粗イオン性化合物を溶解せしめ、しかる後に冷却し溶解度の差を利用して目的となるイオン性化合物のみを結晶化さてもよく、逆に不純物のみを結晶化させて、溶解しているもの(精製イオン性化合物)と分離してもよい(いわゆる再結晶法)。なお、この温度条件に制限はないが、好ましくは20℃~250℃の範囲内で実施することが好ましい。より好ましくは20℃~200℃の範囲内であり、更に好ましくは、20℃~160℃の範囲内である。
 良溶媒と合わせて、貧溶媒を使用する場合は、粗イオン性化合物を良溶媒にできるだけ高濃度で溶解せしめ、しかる後に貧溶媒を混合して溶解度の差を利用して目的となるイオン性化合物のみを沈殿または浮遊させてもよく、逆に不純物のみを沈殿または浮遊させて、溶解しているものと分離してもよい(いわゆる再沈法)。更にこの際、溶解度の差を制御することを目的に温度を変化させてもよい。この場合、温度条件に特に制限はないが、好ましくは20℃~250℃の範囲内で実施することが好ましい。より好ましくは20℃~180℃の範囲内であり、更に好ましくは20℃~120℃の範囲内である。なお、上記再結晶法と再沈法とは組み合わせて実施してもよい。
 これらの晶析法を実施する場合に使用する溶媒(良溶媒、貧溶媒)の種類には特に制限は無いが、どちらの溶媒であっても精製後の製品中に残留すると、これが用いられるデバイスへの性能に悪影響を与える虞がある。したがって、電気化学的に安定な溶媒を用いるのが好ましい。具体的には、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン等の炭化水素類やその混合物である石油エーテル類、アセトニトリル、ブチロニトリル、カプロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、スクシノジニトリル等の有機ニトリル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の有機エステル類、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類が好ましく、更には、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、石油エーテル類、アセトニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタンが好ましい。これらの溶媒は1種単独で用いてもよく、また、2種類以上を組合わせて使用してもよい。また上記溶媒を良溶媒として使用するか、貧溶媒として使用するかは、イオン性化合物の種類、晶析精製時の温度条件、濃度条件、あるいは、イオン性化合物の用途に応じた精製後の純度により変更することができ、特に制限されるものではない。
2-4-3.酸化剤処理
 酸化剤処理とは、粗イオン性化合物を酸化剤と接触させるものであって、当該酸化剤処理を採用することで、シアン化物イオン等の不純なイオン成分含有量が低く純度の高いイオン性化合物を得ることができる。
 上述のように、イオン性化合物中に含まれる不純なイオン成分は、イオン性化合物が用いられる電気化学デバイスやその周辺部材を劣化させ、ひいては、電気化学デバイスの性能を低下させる虞がある。また、本発明の製造方法では、シアン化合物を出発原料としているため、生成物中に遊離のシアン化物イオン(CN-)等、出発原料に由来する成分が残留したり、製造過程で不可避的に混入する不純物が存在することがある。本発明に係るイオン性化合物は、電気化学デバイスの構成材料に用いられる場合があり、イオン性化合物中に存在するCN-などの不純物は、イオン伝導性能の低下や電極の腐食を起こし、電気化学性能を劣化させる原因となる。
 なお、一般に有機化合物は酸化剤の存在下において酸化分解し易く、シアノボレート([B(CN)4-a(XR13a-)をアニオンとするイオン性化合物も、同様に酸化分解するものと考えられていた。したがって、イオン性化合物中の不純なイオン成分は、NaOH水溶液などを使用した抽出処理によりアルカリ金属塩(NaCN、NaCl)として、水層に移して除去していたが、シアン化物イオン(CN)は弱酸であり、アルカリ金属との塩の水への溶解度はそれほど高くないため抽出効率が低かった。また、不純物量を充分に低減するためには、抽出操作を複数回繰返す必要があり、イオン性化合物の収率を低減させるという問題があった。
 ところが、本発明者らの検討によれば、シアノボレートアニオンを有するイオン性化合物は、意外にも一般的な有機化合物に比べて酸化剤に対する安定性が高く、したがって、製造後のイオン性化合物を酸化剤と接触させることで、生成物中に含まれる過剰なシアン化物イオン(CN-)を分解でき、さらには、出発原料や製造工程で不可避的に混入する不純物の含有量も低減できることが明らかになっている。
 特に、トリメチルシリルシアニドとホウ素化合物とを反応させて得られた生成物と、酸化剤とを接触させる場合には、生成した粗イオン性化合物を酸化剤と接触させる酸化剤処理を行うことによって、ケイ素、ハロゲン化物イオンなどの不純物や水分量が低減された高純度イオン性化合物が得られる。
 上記酸化剤処理に用いる酸化剤としては、過酸化水素、過塩素酸ナトリウム、過酢酸、メタクロロ過安息香酸(mCPBA)などの過酸化物、過マンガン酸カリウム、酸化マンガンなどのマンガン化合物、二クロム酸カリウムなどのクロム化合物、塩素酸カリウム、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、二酸化塩素などの含ハロゲン化合物、硝酸、クロラミンなどの無機窒素化合物、酢酸、四酸化オスミウムなどが挙げられる。これらの中でも過酸化物が好ましく、過酸化水素、過塩素酸ナトリウムがより好ましい。特に、酸化剤に過酸化水素を用いた場合には、塩化物イオン(Cl-)、シアン酸イオン(NCO-)などの不純物が過酸化水素水層に効率よく分配され、イオン性化合物の抽出効率が向上するので特に好ましい。また、過酸化水素を用いた場合には、不純物のうち吸湿性のものや、水和しやすい成分が過酸化水素水層に効率よく分配されるため、イオン性化合物の純度が上がると同時に、イオン性化合物中の水分量も容易に低減できる。
 上記酸化剤は、固体状であっても液体状であってもよく、固体状の場合は溶媒に溶解させて用いてもよい。また、液体状の酸化剤、固体状の酸化剤を溶媒に溶解させた酸化剤溶液は、さらにこれを希釈して用いてもよい。
 酸化剤の使用量は、粗イオン性化合物中に含まれる不純物量(特にCN-など)にもよるが、粗イオン性化合物100質量部当たり、1質量部~1000質量部であるのが好ましく、より好ましくは10質量部~500質量部であり、さらに好ましくは20質量部~300質量部であり、特に50質量部~100質量部であるのが好ましい。なお、酸化剤量が多すぎる場合にはイオン性化合物が分解してしまう虞があり、一方、少なすぎる場合には、過剰なイオン成分や不純物を充分に低減させ難い場合がある。なお、上記「粗イオン性化合物」とは、製造後の反応溶液から溶媒を留去して得られる成分を意味する。但し、酸化剤処理は、製造直後、あるいは、上述した他の精製処理後、反応溶媒などを留去することなく、そのまま行ってもよい。
 酸化剤処理は、粗イオン性化合物と酸化剤とが接触する限り特に限定されず、製造(合成)後の粗イオン性化合物をそのまま酸化剤と接触させてもよいし、また、粗イオン性化合物溶液を調製し、この粗イオン性化合物溶液と酸化剤とを混合して接触させてもよい。すなわち、接触の態様としては、粗イオン性化合物溶液に固体状の酸化剤を添加して、両者を接触させる態様;粗イオン性化合物溶液と酸化剤溶液とを混合して、両者を接触させる態様;固体状の粗イオン性化合物を酸化剤溶液に添加して、両者を接触させる態様;が挙げられる。なお、粗イオン性化合物を溶解させる溶媒としては、後述する活性炭処理に用いられる溶媒が好適である。
 上述のように、本発明のイオン性化合物は、一般的な有機物に比べて酸化剤に対する耐性は高いが、酸化剤との過剰な接触はイオン性化合物の分解の原因となる。したがって、イオン性化合物の分解を抑制する観点からは、酸化剤処理は、低温且つ短時間で行うことが推奨される。例えば、酸化剤処理は、イオン性化合物を製造する際の反応温度以下とするのが好適であり、さらに、溶剤の沸点以下とするのが好ましい。具体的には、0℃~150℃であるのが好ましく、より好ましくは0℃~130℃であり、さらに好ましくは10℃~100℃であり、特に10℃~80℃であるのが望ましい。
2-4-5.吸着精製法
 吸着精製法に使用する吸着剤としては、活性炭、シリカゲル、アルミナ、ゼオライトなどが挙げられる。これらの中でも活性炭を吸着剤とする吸着処理(活性炭処理)は、イオン性化合物への不純物の混入が少ないため好ましい。
 吸着処理に使用可能な活性炭は特に限定されない。活性炭の形状としては、表面積の広いものであれば特に限定されず、粉末状、粉砕状、顆粒状、造粒状および球状等が挙げられるが、これらの中でも表面積の広さから粉末状の活性炭を用いるのが好ましい。また、活性炭は、表面積が100m2/g以上のものが好ましく、より好ましくは400m2/g以上のものであり、特に800m2/g以上のものが好ましい。なお、活性炭中に含まれる不純物がイオン性化合物中に混入するのを避けるためには、不純物含有量の少ない活性炭を用いるのが好ましく、かかる活性炭の一例としては、日本エンバイロケミカルズ株式会社製のカルボラフィン(登録商標)-6が挙げられる。
 活性炭などの吸着剤の使用量は、粗イオン性化合物100質量部に対して1質量部以上、500質量部以下とするのが好ましく、より好ましくは10質量部以上、300質量部以下、さらに好ましくは20質量部以上、200質量部以下である。
 活性炭処理に限らず、吸着処理時に使用可能な溶媒としては、特に限定されないが、粗イオン性化合物を溶解させられる溶剤であるのが好ましい。例えば、水;メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、sec-ブタノール、tert-ブタノール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、3-メチル-1-ブタノール、3-メチル-2-ブタノール、2-メチル-1-ブタノール、tert-アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、3-メチル-3-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、3,3-ジメチル-2-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、2-メチル-3-ヘキサノール、2,4-ジメチル-3-ペンタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、3-オクタノール、2-エチル-ノナノール、2,4,4-トリメチル-1-ペンタノール、1-ノナノール、2-ノナノール、2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、3,5,5-トリメチル-1-ヘキサノール、1-デカノール、2-デカノール、4-デカノール、および、3,7-ジメチル-1-オクタノールなどの脂肪族モノアルコール類、シクロペンタノール、シクロへキサノールなどの脂環式モノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,4-ジヒドロキシ-2-ブテン、1,2-ジヒドロキシ-3-ブテンおよびグリセリンなどの多価アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトンおよびメチルイソプロピルケトンなどのケトン類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチル-tert-ブチルエーテル、ブチルエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、テトラヒドロフランおよびテトラヒドロピランなどのエーテル類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチルなどのエステル類;n-ペンタン、n-へキサン、メチルペンタン、n-ヘプタン、メチルへキサン、ジメチルペンタン、n-オクタン、メチルヘプタン、ジメチルへキサン、トリメチルペンタン、ジメチルヘプタン、n-デカンなどの直鎖状、あるいは、分岐状の脂肪族飽和炭化水素類;1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘプテンなどの直鎖状、あるいは、分岐状の脂肪族不飽和炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサンなどの脂環式化合物類;クロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、テトラクロロメタン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、および、テトラクロロエチレンなどの含ハロゲン溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ヘキサンニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類などが挙げられる。これらの中でも、水、ケトン類、エーテル類、エステル類、脂肪族飽和炭化水素および含ハロゲン溶媒が挙げられる。これらの中でも、水、メチルエチルケトン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、およびヘキサンが好ましい。上記溶媒は単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いるのが好ましい。なお、活性炭処理に用いる水は、フィルターやイオン交換膜、逆浸透膜など、各種ろ材を備えた超純水装置で処理した、超純水(イオン抵抗1.0Ω・cm以上)であるのが好ましい。
 上記溶媒の使用量は、粗イオン性化合物100質量部に対して、10質量部以上、2000質量部以下とするのが好ましく、より好ましくは100質量部以上、1000質量部以下であり、さらに好ましくは200質量部以上、1000質量部以下である。溶剤量が多すぎる場合は、反応装置が大きくなり、コストが嵩む上に、収率が下がる傾向にあり、経済的な利点が低い。一方、使用量が少なすぎる場合には、イオン性化合物の純度が低下する場合がある。
 上記精製法を実施する順序は特に限定されないが、例えば、酸化剤処理、吸着精製法、分液抽出法を全て採用する場合であれば、分液抽出法、酸化剤処理、吸着精製法をこの順で実施するのが好ましい。
2-5.カチオン交換反応
 上記製造方法により得られたイオン性化合物は、さらに、カチオン交換反応を行ってもよい。一般式(2)で表されるイオン性化合物の特性はカチオン種に依存するので、カチオン交換反応を行うことで、特性の異なるシアノボレート塩を容易に得ることができる。
 カチオン交換反応は、上記製造方法により得られた一般式(2)で表されるイオン性化合物と所望のカチオンを有するイオン性物質とを反応させればよい。上記イオン性物質としては、所望のカチオンを有する化合物であれば良く、例えば水酸化物、ハロゲン塩、四フッ化ホウ酸塩、六フッ化リン酸塩、過塩素酸塩、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド塩等が挙げられる。カチオン交換反応の際の条件も特に限定されず、反応温度や時間は、反応の進行状況に応じて適宜調整すればよい。また、必要に応じて溶媒を使用してもよく、例えば、上述した反応溶媒が好ましく用いられる。
3.電解質材料
 本発明には、(i)イオン性化合物(1)と媒体とを含む電解質材料(以下、電解質材料(i)という場合がある)、(ii)イオン性化合物(1)と媒体とを含み、イオン性化合物の濃度が1質量%以上であり、且つ、水の含有量が50ppm以下である電解質材料(以下、電解質材料(ii)という場合がある)、又は、(iii)イオン性化合物(1)を含み、且つ、水の含有量が2000ppm以下である電解質材料(以下、電解質材料(iii)という場合がある)も含まれる。
 本発明者らは、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物を電解質として用いることで、電解液の耐電圧を向上でき、高電圧下で充放電を繰り返しても安定に蓄電デバイスを作動させ得ることを見出し、本発明を完成した。以下、これら電解質材料(i)~(iii)について説明する。
3-1.電解質材料(i)
 本発明の電解質材料(i)とは、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒(媒体)を含有するところに特徴を有する。以下、本発明の電解質材料(i)を、単に、電解液という場合がある。
3-1-1.イオン性化合物
 本発明の電解液には、上記イオン性化合物(1)が含まれる。イオン性化合物(1)の濃度は、電解液中、0.1質量%以上が好ましく、また、飽和濃度以下が好ましい。0.1質量%未満であると、イオン伝導度が低くなるため好ましくない。より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上、また、50質量%以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは40質量%以下である。電解質濃度が低すぎると、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約-20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でイオン性化合物(1)が分離、析出し、デバイスに悪影響を及ぼすことがある。また、イオン性化合物(1)の多量使用によるコスト上昇の問題も生じる。
3-1-2.媒体(溶媒)
 本発明の電解液に好適に使用し得る媒体(溶媒)としては、上記イオン性化合物(1)を溶解させられる非プロトン性の溶媒が挙げられる。
 通常、有機溶媒は高電圧下では分解してしまうため、電解液の劣化が生じる。しかしながら、本発明者らは、一般式(1)で表されるシアノボレート塩を含む本発明の電解液を用いることで、通常知られている溶媒の耐電圧を上回る高電圧下でも分解電流が流れず、電解液の劣化が生じ難くなることを知見した。この効果は、特に、イオン性化合物(1)に含まれる所定の不純物の量が低減されているときに特に顕著となる。すなわち、本発明の電解液は、従来の電解液に比べて耐電圧性が高いため、この電解液を用いた蓄電デバイスでは充放電サイクル特性が向上すると考えられる。また、この耐電圧特性やサイクル特性の向上効果は、電解液が、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物(1)に加えて、これ以外の他の電解質を添加した場合にも、同様に得られるものである。
 本発明の電解液に使用し得る非プロトン性溶媒としては、誘電率が大きく、電解質塩の溶解性が高く、沸点が60℃以上であり、且つ、電気化学的安定範囲が広い溶媒が好適である。より好ましくは、含有水分量が低い有機溶媒(非水系溶媒)である。このような有機溶媒としては、エチレングリコールジメチルエーテル(1,2-ジメトキシエタン)、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、2,6-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、クラウンエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエ-テル、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン等のエーテル類;炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル(メチルエチルカーボネート)、炭酸ジエチル(ジエチルカーボネート)、炭酸ジフェニル、炭酸メチルフェニル等の鎖状炭酸エステル類;炭酸エチレン(エチレンカーボネート)、炭酸プロピレン(プロピレンカーボネート)、2,3-ジメチル炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、2-ビニル炭酸エチレン等の環状炭酸エステル類;蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸、プロピオン酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸アミル等の脂肪族カルボン酸エステル類;安息香酸メチル、安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸エステル類;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン等のカルボン酸エステル類;リン酸トリメチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、2-メチルグルタロニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル、イソブチルニトリル等のニトリル類;N-メチルホルムアミド、N-エチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン、N-ビニルピロリドン等のアミド類;ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホラン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホラン等の硫黄化合物類:エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のアルコール類;ジメチルスルホキシド、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド類;ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香族ニトリル類;ニトロメタン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン、3-メチル-2-オキサゾリジノン等を挙げることができる。これらの中でも、鎖状炭酸エステル類、環状炭酸エステル類、脂肪族カルボン酸エステル類、カルボン酸エステル類、エーテル類が好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等がより好ましい。上記溶媒は1種を単独で用いてもよく、又、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
3-1-3.他の電解質
 本発明の電解液には、上記イオン性化合物(1)以外の他の電解質が含まれていてもよい。他の電解質としては、電解液中での解離定数が大きいものが好ましい。他の電解質に含まれるカチオン種としては、例えば、Li+、Na+、K+等のアルカリ金属イオン、Ca2+、Mg2+等のアルカリ土類金属イオン、及び、上述のオニウムカチオンが挙げられ、特に、鎖状第4級アンモニウム又はリチウムイオンが好ましいが好ましい。一方、アニオン種としては、PF6 -、BF4 -、Cl-、Br-、ClO4 -、AlCl4 -、C[(CN)3-、N[(CN)2-、N[(SO2CF32-、N[(SO2F)2-、CF3(SO3-、C[(CF3SO23-、AsF6 -、SbF6 -およびジシアノトリアゾレートイオン(DCTA)等が挙げられる。これらの中でも、PF6 -、BF4 -がより好ましく、BF4 -が特に好ましい。
 具体的には、カチオン成分としてトリエチルメチルアンモニウム、アニオン成分としてBF4 -を含むトリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、カチオン成分としてテトラエチルアンモニウム、アニオン成分としてBF4 -を含むトラエチルアンモニウムフルオロボレートなどが好ましい他の電解質として挙げられる。
 上記他の電解質を使用する場合、その存在量としては、上記イオン性化合物(1)と他の電解質との合計100質量%中、0.1質量%以上、50質量%以下であることが好適である。0.1質量%未満では、イオンの絶対量が充分なものとはならず、電気伝導度が小さくなるおそれがあり、50質量%を超えると、イオンの移動が大きく阻害される虞がある。より好ましくは1質量%以上、より一層好ましくは5質量%以上、さらに好ましくは6質量%以上、さらに一層好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは40質量%以下、より一層好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。
 なお、他の電解質を併用する場合、本発明の電解液中における電解質濃度(イオン性化合物(1)、または、イオン性化合物(1)と他の電解質の総量)は、1質量%以上が好ましく、また、飽和濃度以下が好ましい。1質量%未満であると、イオン伝導度が低くなるため好ましくない。より好ましくは5質量%以上、また、50質量%以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは40質量%以下である。電解質濃度が低すぎると、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約-20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中で電解質(イオン性化合物(1)、他の電解質)が分離、析出し、デバイスに悪影響を及ぼすことがある。また、電解質の多量使用によるコスト上昇の問題も生じる。
 本発明の電解液は、下記条件でLSV測定を行ったときに6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li+)で耐電圧性を有するものであるのが好ましい。
 ここで、「6.9V以上、13.8V以下(vs.Li/Li+)で耐電圧を有する」とは、後述する条件でLSV測定を行った場合に、6.9V~13.8Vの範囲において基準電流値以上の電流が流れない、すなわち、電解液の分解が生じ難いことを意味する。したがって、上記耐電圧を有する本発明の電解液を備えた蓄電デバイスは、高い電位まで充電することができ、また、高電位で稼動させても電解液並びに電極の劣化が生じ難いため、エネルギー密度の高いものとなる。なお、基準電流値以上の電流が観測される電圧が高いほど、高性能な電解液ということができる。したがって、本発明の電解液としては、7V以上、13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものが好ましく、8V~13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものがより好ましく、10V~13.8V(リチウム基準)で耐電圧を有するものがさらに好ましい。
 なお、耐電圧を示す範囲は、以下に説明するリニアスィープボルタンメトリー(LSV)測定で分解電位を測定することにより求められる。
 リニアスィープボルタンメトリーでは、所定の電解質濃度(イオン性化合物(1)と上記他の電解質との総量)のプロピレンカーボネート溶液またはγ-ブチロラクトン溶液を電解液とし、グラッシーカーボン電極(電極表面積:1mmφ(0.785mm2))を作用極、Ag電極を参照極、白金電極を対極とし、塩橋を備えた3極式の電気化学セルと、スタンダードボルタンメトリツール(「HSV-100」または「HSV-3000」、いずれも北斗電工社製)を使用し、温度20℃のドライルーム中で、掃引速度:100mV/s、掃引範囲:-5V~10V(vs.Ag/Ag+)で行い、0.1mA(12.7mA/cm2)の電流が流れたときの分解電位を測定する。なお、自然電位より高電位側に走査させた場合には酸化分解電位が測定でき、自然電位より低電位側に走査させた場合には還元分解電位が測定できる。電解液の濃度は、カチオンMn+がオニウムカチオンである場合は1mol/L、カチオンMn+が無機カチオン(例えば金属カチオン等)である場合は0.7mol/Lとする。
 上記耐電圧の評価では、基準電流値を0.1mAよりさらに低く設定することで、より高性能な電解液であることを確認できる。すなわち、上記LSV測定の条件で測定した場合に、わずかな電流も観測されない程、高性能な電解液といえる。
 また、本発明には、一般式(1):Mn+([B(CN)4-mm-nで表されるイオン性化合物(1)、及び、溶媒を含み、基準電流値を0.1mAとすること以外は、上述したのと同じ条件でLSV測定を行ったときに0V以上、6.9V未満(vs.Li/Li+)で耐電圧を有する電解液も含まれる。基準電流値以外のLSV測定条件は、上述の通りであり、「0V以上、6.9V(vs.Li/Li+)未満で耐電圧を有する」とは、上述した条件でLSV測定を行った場合に、0V以上、6.9V未満の範囲において基準電流値(0.1mA)以上の電流が流れない、すなわち、電解液の分解が生じないことを意味する。
 なお、0V以上6.9V未満(Li/Li+)での耐電圧評価でも、同様に基準電流値を0.1mAよりさらに低く設定することで、より高性能な電解液であることを確認できる。
3-2.電解質材料(ii)、電解質材料(iii)
 次に電解質材料(ii)、(iii)について説明する。電解質材料(ii)、(iii)はいずれもイオン性化合物(1)を含む。ここで、電解質材料(ii)、(iii)に含まれるイオン性化合物(1)はカチオンMn+が無機カチオンであるものが好ましい。電解質材料(ii)、(iii)に含まれるイオン性化合物(1)としては、リチウムトリシアノメトキシボレート、リチウムトリシアノエトキシボレート、ナトリウムトリシアノメトキシボレート、マグネシウムビス(トリシアノメトキシボレート)、リチウムトリシアノイソプロポキシボレート、リチウムトリシアノブトキシボレート、リチウムトリシアノフェノキシボレート、リチウムトリシアノ(ペンタフルオロフェノキシ)ボレート、リチウムトリシアノ(トリメチルシロキシ)ボレート、リチウムトリシアノ(ヘキサフルオロイソプロポキシ)ボレート、リチウムトリシアノメチルチオボレート、リチウムジシアノジメトキシボレート、リチウムシアノトリメトキシボレート等が挙げられる。これらの中でも、リチウムトリシアノメトキシボレート、リチウムトリシアノエトキシボレート、リチウムトリシアノフェノキシボレート、リチウムトリシアノブトキシボレートが好ましい。
3-2-1.電解質材料(ii)
 本発明の電解質材料(ii)とは、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物(1)と媒体とを含み、電解質材料(i)中のイオン性化合物の濃度が1質量%以上であり、且つ、水の含有量が50ppm以下であるところに特徴を有する。
 本発明者らは、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物の特性について検討を重ねていたところ、電解質材料(ii)に含まれる水分量が、電解液、さらには蓄電デバイスの耐電圧特性、サイクル特性といった電気化学特性の低下に影響を与えていることを見出し、かかる特性低下の生じ難いイオン性化合物を提供するため、さらに検討を重ねた結果、一般式(1)で表されるイオン性化合物と媒体とをイオン性化合物の濃度が1質量%以上となるように含む電解質材料(i)の水分含有量が約50ppm以下(質量基準、以下同様)であれば、イオン性化合物の特性の低下、ひいてはこのイオン性化合物が用いられる各種蓄電デバイスの構成部材及び電気化学的特性の劣化が生じ難いことを見出した。
 電解質材料に含まれる水分は、電解質材料の製造工程において、たとえばイオン性化合物(1)の合成反応、あるいは精製の際に使用される水や溶媒、空気中等の環境からの吸湿により混入した水分が残留したものと考えられる。本発明の電解質材料の用途としては各種蓄電デバイスの電解液があるが、電解質材料に水分が含まれていると、電解液の耐電圧性を低下させたり、あるいは、蓄電デバイス稼動時に水分が電気分解されて水素イオンが生成し、これにより電解液のpHが低下(酸性)する結果、電解液中に生成した酸性成分により電極材料が溶解したり、電極材と反応、腐食したりして蓄電デバイスの性能が低下するといった問題が生じる。また、水分が電気分解される際にガスが発生し、これにより密閉構造の各種蓄電デバイスの内圧が上昇し変形や破損に至る場合がある。そのためデバイスが使用できない状態となるばかりか、安全上も問題となることがある。
 したがって、水分の含有量は低ければ低いほどよく、電解質材料(ii)に含まれる水分量は約30ppm以下であるのが好ましく、より好ましくは約20ppm以下であり、さらに好ましくは約15ppm以下、特に好ましくは約10ppm以下である。なお、水分の含有量の下限は特に限定されず、0ppmであるのが最も好ましいが、0ppmまで低減することは技術的に困難であり、経済的理由から好ましくない場合がある。したがって、本発明の電解質材料(ii)の水分含有量の下限は0.1ppm程度であればよい。水分含有量が0.1ppm程度であれば電解質材料(ii)の特性に対する影響は少ないからである。また、下限は1ppm程度であってもよい。顕著な特性の低下は見られ難く実用上の問題は生じ難いからである。
 本発明における水分の含有量は、例えば、電量滴定法もしくは容量滴定法によるカールフィッシャー水分測定装置(例えば、平沼産業株式会社製のカールフィッシャー水分計)を使用して、後述する実施例に記載の手順により測定される値である。
 上記媒体としては特に限定されるものではないが、非水系溶媒、ポリマー、ポリマーゲル等が挙げられる。非水系溶媒としては、誘電率が大きく、イオン性化合物(1)の溶解性が高く、沸点が60℃以上であり、且つ、電気化学的安定範囲が広い溶媒が好適である。より好ましくは、含有水分量が低い非プロトン性の有機溶媒が挙げられる。斯かる有機溶媒の例としては、電解質材料(i)の説明で例示した非プロトン性溶媒が好ましく使用できる。
 媒体として用いられるポリマーとしては、エポキシ化合物(エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、アリルグリシジルエーテル等)の単独重合体又は共重合体であるポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系ポリマー)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのメタクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル(PAN)等のニトリル系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンなどのフッ素系ポリマー、および、これらの共重合体等が挙げられる。また、これらのポリマーと他の有機溶媒とを混合したポリマーゲルも本発明に係る媒体として用いることができる。他の有機溶媒としては上述の非プロトン性溶媒が挙げられる。
 上記ポリマーゲルを媒体とする場合の電解質材料(ii)の製造方法としては、従来公知の方法で成膜したポリマーに、上述の非プロトン性溶媒にイオン性化合物(1)を溶解させた溶液を滴下して、イオン性化合物(1)並びに非プロトン性溶媒を含浸、担持させる方法;ポリマーの融点以上の温度でポリマーとイオン性化合物(1)とを溶融、混合した後、成膜し、ここに非プロトン有機溶媒を含浸させる方法;予め有機溶媒に溶解させたイオン性化合物(1)溶液とポリマーとを混合した後、これをキャスト法やコーティング法により成膜し、有機溶媒を揮発させる方法(以上、ゲル電解質);ポリマーの融点以上の温度でポリマーとイオン性化合物(1)とを溶融し、混合して成形する方法(真性ポリマー電解質);等が挙げられる。
 媒体の量は、本発明に係る電解質材料(ii)中のイオン性化合物(1)の濃度が、1質量%以上、飽和濃度以下となるようにするのが好ましい。例えば、γ-ブチロラクトンに対するリチウムトリシアノメトキシボレートの飽和濃度は20.2質量%である。より好ましくは、電解質材料(ii)中のイオン性化合物(1)の濃度は5質量%以上であり、さらに好ましくは6質量%以上であり、30質量%以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは25質量%以下である。
3-2-2.電解質材料(iii)
 本発明には、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物を含み、水の含有量が約2000ppm程度以下である電解質材料(iii)も含まれる。
 電解質材料(ii)同様、電解質材料(iii)に水分が含まれている場合には、電解液の耐電特性を低下させ、ひいては、電解質材料(iii)が備えられる電気化学デバイスの不良の原因となる。したがって、水分の含有量は低ければ低いほどよく、本発明の電解質材料(iii)に含まれる水分量は1500ppm程度以下であるのが好ましく、より好ましくは1000程度ppm以下、より一層好ましくは800ppm程度以下、さらに好ましくは600ppm程度以下、さらに一層好ましくは500ppm程度以下、さらに一層好ましくは300ppm程度以下、特に好ましくは200ppm程度以下、特に一層好ましくは150ppm程度以下、最も好ましくは100ppm程度以下である。なお、水分の含有量の下限は特に限定されず、最も好ましいのは0ppmであるが、0ppmまで低減することは技術的に困難であり、また、経済的理由からも好ましくない場合がある。したがって、本発明においては水分含有量の下限は0.1ppm程度であればよい。水分含有量が0.1ppm程度であれば電解質材料(iii)に含まれるイオン性化合物の特性に対する影響は少ないからである。また、下限は1ppm程度であってもよい。顕著な特性の低下は見られ難く実用上の問題は生じ難いからである。
 ここで、本発明の電解質材料(iii)は上記イオン性化合物(1)を含んでいればよい。したがって、本発明においては、イオン性化合物(1)(固体状)に含まれる水分含有量が上記範囲であるのが望ましい。
 電解質材料(iii)中の水分含有量も、電解質材料(ii)同様、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
 なお、電解質材料の水分含有量を上述の範囲とする方法は特に限定されないが、例えば、後述する製造方法を採用することにより、水分量が低減されたイオン性化合物(1)を含む電解質材料(ii)、(iii)を得ることができる。
 本発明の電解質材料(ii)、(iii)は、イオン性化合物(1)の濃度が5質量%~飽和濃度の範囲となるように蓄電デバイス用溶媒(媒体)に電解質材料(ii)又は(iii)を溶解させて調製した電解液について、作用極をグラッシーカーボン電極、参照極をAg電極、対極をPt電極とする3極式の電気化学セルを使用して、掃引範囲が自然電位~10V、掃引速度100mV/secの条件でリニアスィープボルタンメトリー測定をしたときに、3.8V~13.8V(v.s.Li/Li+)(=0~10.0V v.s.Ag/Ag+)領域で観測されるピーク電流値が2mA/cm2以下であるのが好ましい。
 ここで、上記「蓄電デバイス用溶媒」とは、ラクトン系溶媒及びカーボネート系溶媒から選ばれる溶媒であり、これらは単独で用いてもよく、また、2以上の溶媒を混合したものでもよい。例としては、γ-ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートよりなる群から選択される1種以上の溶媒又は混合溶媒が挙げられるが、これらに限定するものではない。
 上記LSV測定に用いられる電解液は、電解質材料(ii)又は(iii)を蓄電デバイス用溶媒に分散、溶解させたもの、又は、後述する製造方法により、溶媒としてラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒から蓄電デバイス用溶媒として用いられる溶媒を使用し、イオン性化合物(1)の濃度が7質量%となるように工程(ii)及び/又は工程(iii)を実施して得られたイオン性化合物(1)溶液(電解質材料(ii))が挙げられる。本発明においては、これら電解液についてLSV測定をした場合に観測されるピーク電流値が上記範囲であるのが好ましい。
 上述のように、本発明の電解質材料(ii)及び(iii)は水分含有量が低減されているため、水に起因する電解液の分解が生じ難く、リチウム基準で13.8Vといった高電位側にまで電位を走査させても、観測されるピーク電流値(分解電流値)を低く抑えることができる。したがって、本発明の電解質材料(ii)及び(iii)は、耐電圧性に優れる電解液材料又は電解液として使用できることが分かる。なお、ピーク電流値が低いほど耐電圧性に優れることを意味するので、ピーク電流値は1.5mA/cm2以下であるのがより好ましく、1.3mA/cm2以下であるのがさらに好ましい。特に好ましくは1.0mA/cm2以下である。
 なお、電解質材料(ii)及び(iii)を溶媒に溶かして調製した電解液についてLSV測定する場合においては、溶媒に由来する水分が測定値に影響しないようにするのが好ましい。具体的には、LSV測定に使用する溶媒は水分量が30ppm以下の脱水グレードの溶媒を用いる。
 本発明の電解質材料(ii)、(iii)には、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と媒体又はイオン性化合物(1)のみが含まれていてもよいが、イオン性化合物(1)以外の他の電解質が含まれていてもよい。他の電解質を用いることで、電解質材料中のイオンの絶対量を増加させることができ、本発明の電解質材料を用いたイオン伝導材料における電気伝導度の向上を図ることができる。
 他の電解質としては、電解液中での解離定数が大きく、また、後述する非プロトン性溶媒と溶媒和し難いアニオンを有するものが好ましい。他の電解質を構成するカチオン種及びアニオン種としては、電解質材料(i)の説明で例示したものが挙げられる。
 具体的には、LiCF3SO3、NaCF3SO3、KCF3SO3等のトリフロロメタンスルホン酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiC(CF3SO23、LiN(CF3CF2SO22、LiN(FSO22等のパーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiPF6、NaPF6、KPF6等のヘキサフロロリン酸のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiClO4、NaClO4等の過塩素酸アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩;LiBF4、NaBF4等のテトラフルオロ硼酸塩;LiAsF6、LiI、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、NaI、NaAsF6、KI等のアルカリ金属塩;過塩素酸テトラエチルアンモニウム等の過塩素酸の第4級アンモニウム塩;(C254NBF4、(C253(CH3)NBF4等のテトラフルオロ硼酸の第4級アンモニウム塩、(C254NPF6等の第4級アンモニウム塩;(CH34P・BF4、(C254P・BF4等の第4級ホスホニウム塩などが他の電解質として好適である。これらの中でも、アルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩が好適である。また、非プロトン性有機溶媒中での溶解性、イオン伝導度の観点からは、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、パーフロロアルカンスルホン酸イミドのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、鎖状第4級アンモニウム塩が好ましく、耐還元性の観点からは、鎖状第4級アンモニウム塩が好ましい。なお、アルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が好適であり、アルカリ土類金属塩としては、カルシウム塩、マグネシウム塩が好適である。より好ましいのはリチウム塩である。
 上記他の電解質の存在量としては、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と他の電解質との合計100質量%中、0.1質量%、90質量%以下であることが好適である。他の電解質量が少なすぎる場合には、他の電解質を用いた効果(たとえばイオンの絶対量が充分なものとならず、電気伝導度が小さくなる)が得られ難い場合があり、他の電解質量が多すぎる場合には、イオンの移動が大きく阻害される虞がある。より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは80質量%以下、さらに好ましくは70質量%以下である。
3-2-3.電解質材料(ii)、(iii)の製造方法
 電解質材料(ii)、(iii)の製造方法とは、上記電解質材料(ii)、(iii)の製造方法であって、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物をラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒から選ばれる溶媒と混合した後、
 (i)蒸留を行う工程、及び/又は
 (ii)モレキュラーシーブと接触させる工程、
を含むところに特徴を有する。
 本発明の電解質材料(ii)、(iii)に含まれるイオン性化合物(1)は水との親和性が非常に高く、高真空下100℃を超える温度下で加熱を続けても、イオン性化合物(1)に含まれる水分量を十分に低減させることは困難である。そこで、本発明者らは、水分量を低減させる方法について検討を重ねたところ、イオン性化合物(1)を有機溶媒に溶解させた状態で処理することで、効果的に水分量を低減させられることを見出した。しかしながら、水より沸点の低い有機溶媒では、水分の除去よりも先に溶媒が留去されるという問題があり、また、イオン性化合物(1)の溶解度が低い有機溶媒では、脱水処理の最中にイオン性化合物が析出してしまい、水分量を十分に低減させ難いといった問題がある。さらに、イオン性化合物の溶解性の観点から極性溶媒を用いることも考えられるが、この場合、乾燥後のイオン性化合物に極性溶媒が残留してしまう。イオン性化合物が極性溶媒を含む場合、これを電気化学用途に用いると、溶媒の分解による異常電流の発生、イオン伝導性の低下などの電気化学的特性を低下させるといった問題が生じる。そこで、更なる検討を重ねた結果、本発明者らは驚くべきことに、電解液用溶媒としても用いられるラクトン系溶媒又はカーボネート系溶媒から選ばれる溶媒にイオン性化合物を溶解させた状態で、(i)蒸留工程、及び/又は、(ii)モレキュラーシーブとの接触工程を行うことで、イオン性化合物の析出を防止しつつ充分に水分量を低減でき、また、電気化学用途に用いた場合にも電気化学的特性が低下し難い電解質材料が得られることを見出した。
 なお、イオン性化合物(1)の製造方法は特に限定されず、例えば、上述の製造方法[1]~[3]等により製造すればよい。
 ラクトン系溶媒及びカーボネート系溶媒は、他の溶媒に比べてイオン性化合物(1)の溶解度が高く、また、沸点も比較的高いため、ラクトン系溶媒又はカーボネート系溶媒を用いれば、イオン性化合物(1)の析出を抑制しつつ、効率よく水分含有量を低減させることができる。また、ラクトン系溶媒及びカーボネート系溶媒は、各種蓄電デバイスの電解液用の溶媒としても用いられるため、イオン性化合物(1)、さらには電解質材料(i)、(ii)中に残留しても、その電気化学的特性への影響が少ないものである。さらに、上記工程(i)及び/又は工程(ii)を経て水分含有量が低減されたイオン性化合物(1)溶液はそのまま電解液等の蓄電デバイス用途に使用できることから、プロセス上のメリットも得ることができる。
 具体的なラクトン系溶媒としては、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、α-アセトラクトン、β-プロピオラクトンが挙げられる。ラクトン系溶媒は1種を単独で用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記ラクトン系溶媒の中でも、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンが好ましい。
 カーボネート系溶媒の具体例としては、炭酸ジメチル(ジメチルカーボネート)、炭酸ジエチル(ジエチルカーボネート)、炭酸エチルメチル(エチルメチルカーボネート)、炭酸ジフェニル、炭酸メチルフェニル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が挙げられる。カーボネート系溶媒は1種を単独で用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記カーボネート系溶媒の中でも、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、炭酸エチルメチルが好ましい。
 なお、上記ラクトン系溶媒とカーボネート系溶媒は必要に応じて併用しても構わない。
 これらの溶媒と混合するイオン性化合物(1)は、合成又は他の精製工程で用いた溶媒を含むイオン性化合物(1)の溶液をそのまま用いてもよく、あるいは、一部又は全ての溶媒を除去した後、ラクトン系溶媒あるいはカーボネート系溶媒と混合してもよい。
 ラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒の使用量は、イオン性化合物(1)又は溶液中に含まれるイオン性化合物(1)100質量部に対して100質量部~1000000質量部とするのが好ましく、より好ましくは100質量部~100000質量部であり、さらに好ましくは100質量部~10000質量部である。上記溶媒の使用量が少なすぎる場合は、イオン性化合物が析出してしまい水分を充分に除去し難いことがあり、多すぎる場合は生産性が低下することがある。
 イオン性化合物(1)とラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒との混合溶液には、その他の溶媒が含まれていてもよい。その他の溶媒は、上記反応溶液に含まれるものであっても、また、ラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒と共にイオン性化合物(1)に混合されるものであってもよい。
 前記合成又は他の精製工程で用いた溶媒、及びその他の溶媒としては、例えば、ヘキサンやシクロヘキサン、トルエン等の(芳香族)炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトンやエチルメチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや塩化メチレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の含ハロゲン溶媒、アセトニトリルやバレロニトリル等のニトリル系溶媒、エーテル系溶媒、アミド系溶媒、アルコール系溶媒等が含まれる。
 その他の溶媒の量は特に限定されるものではないが、前述した理由により、後述する(i)及び/又は(ii)の工程(脱水工程)を行なう過程において、その他の溶媒は留去されるのが好ましく、最終的には、前記ラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒にイオン性化合物(1)が溶解した状態で(i)及び/又は(ii)の工程を実施することが推奨される。
3-2-3-1.(i)蒸留工程
 蒸留工程(i)では、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物とラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒とを混合した後、当該混合溶液を蒸留装置へと供して蒸留を行う。当該蒸留工程では、上記混合溶液に含まれる上記その他の溶媒(合成又は精製工程で用いた溶媒等)や水分を、上記ラクトン系溶媒、カーボネート系溶媒と共に留去させる工程である。本発明で使用可能な蒸留操作としては特に限定されず、単蒸留形式でもよく、薄膜蒸留器を用いる形式、蒸留塔を設けた分別蒸留形式、蒸留塔からの留出液を一定の還流比で塔内に戻しながら抜出す蒸留形式、蒸留塔を全還流で保持して還流槽に水分を濃縮し、還流槽の成分が安定したところで、短時間で一括抜き出しを行う蒸留形式等が挙げられる。全還流と一括抜き出しを繰り返すことで、水分を更に除去することができる。全還流で保持する時間は蒸留設備によって異なるが、還流槽の液量に対して2倍の液が塔頂より留出する時間より長くすることが好ましい。蒸留工程で使用する装置は、いずれも公知の加熱手段を備えたものであるのが好ましい。
 混合溶液の加熱温度は30℃以上、250℃以下とするのが好ましく、より好ましくは40℃以上、200℃以下であり、さらに好ましくは50℃以上、150℃以下である。温度が低すぎると、十分に水分を低減させ難い場合があり、一方、温度が高すぎると、イオン性化合物(1)や上記溶媒が分解してしまう虞がある。また、蒸留は減圧下で行ってもよい。減圧度をコントロールすることで低温であっても効率よく含水量を低減できるからである。減圧度は、例えば20kPa以下とするのが好ましく、より好ましくは10kPa以下であり、さらに好ましくは5kPa以下である。
 蒸留工程の実施時間は特に限定されず、所定の溶媒留出量、あるいは、イオン性化合物(1)の濃度が所望の値に達するまで蒸留操作を行なえばよい。これにより、所望する濃度のイオン性化合物(1)を含むイオン伝導性材料(電解液)を得ることができる。
3-2-3-2.(ii)モレキュラーシーブとの接触工程
 モレキュラーシーブとの接触工程(ii)では、上記一般式(1)で表されるイオン性化合物とラクトン系溶媒とを混合した後、この混合溶液をモレキュラーシーブと接触させる。
 ここで、モレキュラーシーブとは、一般式:M'2/qO・Al23・xSiO2・yH2O(M'は、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属カチオン、qはMの原子価であって、1~2を示す)で表されるものである。モレキュラーシーブの形状は特に限定されず、粉状、球(ビーズ)状、柱状(ペレット型)、複数の円柱が組合わさったトライシブ型等いずれも使用できる。モレキュラーシーブは、必要に応じてイオン性化合物の電気化学特性に影響を与えない範囲でバインダー成分を含むものであってもよい。モレキュラーシーブは合成したものを用いてもよく、また、市販のものを用いてもよい。さらに、必要に応じて焼成処理を施した後使用してもよい。具体的なモレキュラーシーブとしては、3A型、4A型、5A型、13X型を基本とする平均細孔径が3~10Å(公証値)のモレキュラーシーブが挙げられる。蓄電デバイスに用いるという観点から金属カチオン等の溶出成分の少ないものが好ましい。なお、これらの中でも金属カチオンとしてLiを含むものは、当該接触工程後に、モレキュラーシーブ由来の金属カチオンが残留していても、蓄電デバイスの性能に対する影響が少ないため好ましく用いられる。また、本発明においては、必要に応じて、モレキュラーシーブに含まれるカチオンM'を、他の金属カチオンと交換する処理を行ってもよい。
 モレキュラーシーブの使用量は特に限定されるものではなく、上記イオン性化合物又は混合溶液に含まれる水分量に応じて適宜決定することもできるが、例えば、混合溶液100質量部に対してモレキュラーシーブ0.01質量部~10000質量部とするのが好ましく、より好ましくは0.05質量部~1000質量部であり、さらに好ましくは0.1質量部~100質量部である。モレキュラーシーブの使用量が少なすぎると十分に水分量を低減させ難い場合があり、多量に用いても、使用量に見合う水分低減効果は見られ難い。
 混合溶液とモレキュラーシーブとの接触態様は、イオン性化合物(1)とモレキュラーシーブとが接触する限り特に限定されないが、良好な脱水効率を得るため、モレキュラーシーブと接触する混合溶液が更新される方法が好ましい。具体的な接触態様としては、例えば、混合溶液とモレキュラーシーブとを混合し、攪拌する態様;モレキュラーシーブの充填層にイオン性化合物溶液を通過させる態様;等が挙げられる。充填層にイオン性化合物溶液を通過させる態様に於いては、必要に応じて、充填層に同一のイオン性化合物溶液を繰返し通過させることで、当該溶液中の水分含有量をより一層低減させることができる。上記態様の中でも、モレキュラーシーブの充填層にイオン性化合物溶液を通過させる態様は、イオン性化合物溶液とモレキュラーシーブとの分離工程(ろ過、沈降分離、遠心分離などの固液分離工程)を設ける必要がなく、工程が煩雑にならず、特に、実操業レベルでの実施において好適である。
 上記混合溶液とモレキュラーシーブとを接触させる際の温度は-40℃~200℃であるのが好ましく、より好ましくは-20℃~100℃であり、さらに好ましくは0℃~50℃である。接触時間は特に限定されないが、生産効率の観点から72時間以下とするのが好ましく、より好ましくは24時間以下であり、さらに好ましくは6時間以下である。
 なお、使用後のモレキュラーシーブは、加熱処理することによって再利用することも可能である。モレキュラーシーブの再生条件としては、例えば、窒素などの不活性ガス流通下、200℃以上に加熱処理する方法や、より低温で予備加熱した後に高温処理する方法等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
 モレキュラーシーブとの接触工程の後、必要に応じて、固液分離を行うことで、イオン性化合物(1)を含む溶液が得られる。
 上記工程(i)、(ii)は、イオン性化合物の合成及び他の精製工程に続けて実施することが推奨される。なお、工程(i)、(ii)による水分含有量の低減効果は、合成工程に続けて実施しない場合でも得られる。したがって、固体状のイオン性化合物(1)に水分が含まれている場合には、これをラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒と混合し溶解させた後に、あるいは、溶液状態で入手したイオン性化合物(1)の溶液について、工程(i)、(ii)を実施してもよい。なお、水分含有量の低減効果は、工程(i)又は(ii)のいずれかを実施することで十分に得られるが、これらの工程を組み合わせて実施してもよい。
 上記工程(i)又は(ii)を行うことで、水分含有量が50ppm以下にまで低減されたイオン性化合物(1)を含む溶液が得られる。このイオン性化合物(1)を含む溶液は、水分含有量が低減されているので、このまま各種用途に用いることができる。すなわち、本発明によれば、固体状のイオン性化合物を溶媒に溶解させる場合に比べて、溶媒に由来する水分量の増加を防ぐことができる。なお、ラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒は上記媒体に相当するので、上記工程(i)又は(ii)を経て得られたイオン性化合物(1)溶液は、本発明の(電解質材料(i)又は(ii))に相当する。
 上記工程(i)及び/又は工程(ii)の後、保存時の安定性を高めたり、製品の流通を容易にする目的で、得られたイオン性化合物(1)溶液から溶媒を留去して、固体状のイオン性化合物としてもよい。なお、ここでいう固体状のイオン性化合物は、上記電解質材料(iii)に相当するものである。
 固体状のイオン性化合物(1)を得る方法は特に限定されないが、例えば、(a)イオン性化合物(1)が析出するまで、イオン性化合物(1)溶液を加熱し、析出物を分離、乾燥して固体(粉体)化する方法;(b)イオン性化合物(1)溶液からラクトン系溶媒及び/又はカーボネート系溶媒を留去して濃縮した後、必要により冷却しながら濃縮液を静置して、イオン性化合物(1)を析出させ、これを分離、乾燥して固体化する方法;(c)上記濃縮液に溶媒を添加してイオン性化合物(1)を析出させ、これを分離、乾燥して固体化する方法;(d)より高沸点の貧溶媒を添加してラクトン系又はカーボネート系溶媒を留去し、スラリーを固液分離する方法;(e)溶媒が除去されるまでイオン性化合物(1)溶液を加熱して乾固させる方法;等が挙げられる。
 イオン性化合物(1)の乾燥方法は特に限定されず、従来公知の乾燥装置が使用できる。乾燥時の温度は0℃~400℃とするのが好ましい。より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上であり、より好ましくは300℃以下、更に好ましくは200℃以下である。
 また、イオン性化合物(1)の乾燥は、乾燥装置にガスを供給しながら行ってもよい。使用可能なガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどの乾燥不活性ガスや乾燥空気が挙げられる。
 上記イオン性化合物(1)を含む本発明の電解質材料(i)~(iii)は、一次電池、リチウム(イオン)二次電池、燃料電池などの充電及び放電機構を有する電池の他、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、太陽電池といった各種蓄電デバイスに備えられる電解液などの電気化学材料用途や、電気化学的特性と熱的安定性とを併せ持つことを利用したポリマーへの導電性付与剤としての使用が期待される。中でも、本発明の電解質材料(ii)、(iii)は、水分含有量が低減されたものであり、上記用途に特に好適に用いられる。なお、蓄電デバイスの構造は特に限定されず、本発明の電解質材料は公知の蓄電デバイスに適用可能である。
4.蓄電デバイス
 本発明の電解質材料(i)~(iii)は、各種蓄電デバイスの電解液又は電解液材料として好適に用いられる。本発明の電解液を備えた蓄電デバイスとしては、一次電池、リチウム(イオン)二次電池、燃料電池などの充電及び放電機構を有する電池の他、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、太陽電池等が挙げられるが、これらの内、(1)リチウムイオン二次電池、(2)電解コンデンサ、(3)電気二重層キャパシタ、及び、(4)リチウムイオンキャパシタについてより詳しく説明する。
 (1)リチウムイオン二次電池
 リチウムイオン二次電池は、正極、負極、正極と負極との間に介在するセパレータ及び電解液を基本構成要素として構成されるものである。本発明のリチウムイオン二次電池とは、上記基本構成における電解液として、本発明の電解液を備えているところに特徴を有する。上記構成を有するリチウムイオン二次電池は、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。
 このようなリチウムイオン二次電池としては、水電解質以外のリチウムイオン二次電池である非水電解質リチウムイオン二次電池であることが好ましい。このリチウムイオン二次電池は、後述する負極活物質としてグラファイトなどの炭素材料を用い、正極活物質としてLiCoO2などの金属酸化物を含有する化合物を用いたものであるが、このようなリチウムイオン二次電池では、充電時には、負極において、例えばC6Li→6C+Li+eの反応が起こり、負極表面で発生した電子(e)は、電解液中をイオン伝導して正極表面に移動し、一方、正極表面では、例えばCoO2+Li+e→LiCoO2の反応が起こり、負極から正極へ電流が流れることになる。一方、放電時には、充電時の逆反応が起こり、正極から負極へと電流が流れることになる。このように、リチウムイオン二次電池では、イオンによる化学反応により電気を蓄えたり、供給したりすることとなる。
 本発明のリチウムイオン二次電池に備えられる電解液は、リチウムイオンと、シアノボレートアニオンと、非プロトン性有機溶媒とを含む。リチウムイオンと、シアノボレートアニオンとは、電解液中でそれぞれ電荷のキャリアとして機能する。特に、シアノボレートアニオンは、耐電特性に優れ(正極側の耐電圧性の向上効果)、高電圧下の使用においても分解され難い。したがって、本発明のリチウムイオン二次電池は、高電圧下でも安定に稼動させることができ、高いエネルギー密度を有するものとなる。
 本発明のリチウムイオン二次電池の電解液としては、本発明の電解液を用いるのが好ましい。本発明に係る電解液中に含まれるリチウムイオンとシアノボレートアニオンは、これらのアニオンおよび/またはカチオンを含む化合物に由来するものである。これらのイオンを生成する化合物は、イオン性化合物(1)に由来するものであってもよく、他の電解質に由来するものであってもよい。なお、イオン性化合物(1)にリチウムイオンが含まれていない場合、本発明に係る電解液に含まれるリチウムイオンは、他の電解質に由来するものとなる。
 電解液中におけるリチウムイオンの濃度は、5.0×10-4質量%以上、5質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは2.5×10-3質量%以上であり、さらに好ましくは1.0×10-2質量%以上であり、より好ましくは3質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。一方、シアノボレートアニオンの濃度は、0.1質量%以上、50質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは1質量%以上であり、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。リチウムイオン、シアノボレートアニオンのいずれも、電解液中における存在量が少なすぎる場合には、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約-20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でリチウムシアノボレートが析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量の使用はコストの上昇を招く。
 なお、電解液中におけるイオン性化合物(1)および他の電解質の濃度は、リチウムイオン量およびシアノボレートアニオン量が上記範囲となる限り特に限定されないが、例えば、Mn+がオニウムカチオンであるイオン性化合物(1)の濃度は、0.01質量%以上であり、50質量%未満であるのが好ましい。電解質の濃度が上記範囲である場合には、良好な電気伝導度を示すので好ましい。なお、イオン性化合物(1)の濃度は、0.05質量%以上であるのがより好ましく、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下である。濃度が低すぎると、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約-20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でイオン性化合物(1)が分離、析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量のイオン性化合物(1)の使用はコストの上昇を招く。
 また、本発明のリチウムイオン二次電池では、電解質としてポリマー電解質またはポリマーゲル電解液を用いてもよい。ポリマー電解質とは、基材となるポリマーに電解質を担持させたものであり、例えば、本発明の電解液をポリマーに含浸させたポリマー電解質(ポリマーゲル電解液)や、イオン性化合物(1)や上記他の電解質を基材ポリマーに固溶させたもの(真性ポリマー電解質)が挙げられる。本発明においては、リチウムイオンとシアノボレートアニオンとを含むポリマー電解質を用いるのが好ましい。上記ポリマー電解質の基材となるポリマーとしては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル系の共重合体などが挙げられ、中でも、ポリエチレンオキシドが好ましく用いられる。
 本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と電解液とを有している。正極と負極との間には両者の接触による短絡を防止するため、セパレータが設けられている。
 正極、負極は、それぞれ、集電体と、正極活物質または負極活物質、導電剤、および、結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、正極集電体上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。
 正極は、特に制限されず、公知の正極が使用でき、例えば、正極集電体、正極活物質、導電剤および結着剤などで構成されたものが用いられる。正極集電体としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などを例示することができる。正極活物質としては、例えば、LiNiVO4,LiCoPO4,LiCoVO4,LiCrMnO4,LiCrxMn2-x4(0<x<0.5),LiCr0.2Ni0.4Mn1.44,LiPtO3,LixFe2(SO43,LiFeO2,LiMnO2,LiMn24,LiCoO2,LiMn1.6Ni0.44,LiFePO4,LiNi1/3Mn1/3Co1/32,LiNi1/2Mn1/22,LiNi0.5Mn1.54,LiNi0.8Co0.22,LiNiO2,Li1+x(Fe0.4Mn0.4Co0.21-x2などを用いることができる。これらの中でも、LiMn24,LiCoO2,LiFePO4,LiCoPO4,LiNiPO4,LiNi1/3Mn1/3Co1/32およびLiNi0.8Co0.22,NMC(=LiNiMnCo)1/302,NCA(=Ni0.8Co0.15Al0.052)が好ましい。なお、高出力化のためには、4V以上の高電位を有する材料を正極材料として用いるのが好ましい。高電位を有する材料としては、例えば、LiCoO2(4.2V)、LiCrxMn2-x4(0<x<0.5)(4.2V)、LiCr0.2Ni0.4Mn1.44(4.7V)、LiNi0.5Mn1.5(4.7V)、LiCoPO4(4.8V)、LiNiPO4(5.1V)、NMC(=LiNiMnCo)1/302(4.2V)、NCA(=Ni0.8Co0.15Al0.05)O2(4.2V)などが挙げられる。
 正極活物質は粉末状(粒状)であるのが好ましく、10nm以上、500μm以下の粒子径を有するものであるのが好ましい。粒子径は20nm以上、100μm以下であるのがより好ましく、さらに好ましくは50nm以上、50μm以下であり、特に好ましくは100nm以上、30μm以下であり、一層好ましくは10μm以下である。ここで平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された体積平均粒子径の値である。また、販売者の公称値を参考にしてもよい。
 負極も特に制限されず、リチウムイオン二次電池に用いられている公知の負極はいずれも使用可能であるが、具体的には、負極集電体、負極活物質、導電剤および結着剤などから構成されるものが好ましく用いられる。これらの材料は、正極も同様であるが、負極集電体上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。
 負極集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼等が挙げられる。負極活物質としては、リチウムイオン二次電池で使用される従来公知の負極活物質を用いることができる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、アモルファスカーボン、コークスおよびメソフェーズピッチ系炭素繊維、グラファイト、非晶質炭素であるハードカーボン、C-Si複合材料などの炭素材料や、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、リチウム-タリウム合金、リチウム-鉛合金、リチウム-ビスマス合金等のリチウム合金や、チタン、錫、鉄、モリブデン、ニオブ、バナジウム及び亜鉛等の1種若しくは2種以上を含む金属酸化物並びに金属硫化物が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属イオンを吸蔵、放出できる金属リチウムや炭素材料がより好ましい。
 導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、天然黒鉛、熱膨張黒鉛、炭素繊維、酸化ルテニウム、酸化チタン、アルミニウム、ニッケル等の金属ファイバー等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、少量で効果的に導電性が向上させられる点で、アセチレンブラック及びケッチェンブラックがより好ましい。導電剤の配合量は、使用する活物質の種類によっても異なるが、正極又は負極活物質100質量部に対して、1質量部~10質量部とするのが好ましく、3質量部~5質量部であるのがより好ましい。
 バインダー物質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシルメチルセルロース、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリイミド、石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。バインダー物質の配合量としては、使用する活物質の種類によっても異なるが、正極又は負極活物質100質量部に対して、0.5質量部~10質量部とするのが好ましく、3質量部~5質量部であるのがより好ましい。
 上記正極及び負極の成形方法としては、例えば、(1)正極または負極の電極活物質と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質を添加混合した後、それぞれの集電体上に塗布し、プレス成形する方法、(2)電極活物質とバインダー物質を混合、成型し、集電体と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。
 本発明のリチウムイオン二次電池では、正極と負極との間にセパレータを挟み込む方法、または、保持手段を用いて、各電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、正極と負極との接触や短絡を防ぐことが好ましい。
 セパレータとしては、使用温度域においてイオン性化合物(1)やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、紙;ポリオレフィン(ポリプロピレン、ポリエチレンなど)、アラミド等の有機系材料;アラミド繊維等の有機多孔質系材料;ガラス繊維等の無機系材料;等が好適である。特に蓄電デバイスを高電圧下で作動させる場合は、高い絶縁性が求められるため、無機系材料やポリオレフィン系材料、あるいは、これらの混合物からなるセパレータが好適である。絶縁性の観点からは、ポリプロピレン(PP)膜、ポリエチレン(PE)膜、または、これらの膜を積層した積層膜(例えば、PP/PE/PP3層膜等);ポリオレフィン系材料と無機系材料との混合物の成形体;セルロースを含有する多孔質シートに、上記有機系材料を塗布あるいは含浸させてなるもの;等がセパレータとして好適である。
 なお、従来の電解液に用いられていたLiPF6などの電解質は、電解液中に含まれる微量の水分でも分解してフッ化水素(HF)を生じる。このフッ化水素は、電極活物質を溶解させるのみならず、ガラス繊維等のセパレータ用無機系材料と反応し、溶解させるため、蓄電デバイスの内部抵抗を増大してしまうといった問題があった。しかしながら、フッ素(F)を含まないイオン性化合物(1)を電解質として使用すれば、セラミック等の金属酸化物やガラス繊維等の絶縁性無機系材料もセパレータ材料として用いることができる。絶縁性無機系材料は単独で用いてもよく、また、フィラーとして有機物に混合した形態でも用いることができる。
 本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と負極と電解液とを有していればよく、また、正極と負極と電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明のリチウムイオン二次電池の形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。また、上記外装ケースも特に限定されず、アルミ製、スチール製のものなど従来公知のものを採用すればよい。
 (2)電解コンデンサ
 電解コンデンサは、陽極箔、陰極箔、陽極箔と陰極箔との間に挟まれたセパレータである電解紙、リード線及び本発明の電解液を基本構成要素として構成されているものである。このような電解コンデンサとしては、アルミ電解コンデンサが好適である。このようなアルミ電解コンデンサとしては、電解エッチングで細かな凹凸を作って粗面化したアルミ箔の表面に電解陽極酸化によって形成した薄い酸化被膜(酸化アルミニウム)を誘電体とするものが好適である。
 (3)電気二重層キャパシタ
 電気二重層キャパシタは、分極性電極(負極、正極)及び電解液を基本構成要素として構成されているものである。本発明の電気二重層キャパシタは、上記基本構成における電解液として、イオン性化合物(1)と溶媒とを含む本発明の電解液を有するところに特徴を有する。なお、イオン性化合物(1)は、カチオンMn+がオニウムカチオンであるのが望ましい。また、本発明の電気二重層キャパシタでは、電解質として上述のポリマー電解質またはポリマーゲル電解質を用いてもよい。上記構成を有する電気二重層キャパシタは、従来に比べて満充電時の正極電位が高く、且つ、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。
 本発明の電気二重層キャパシタにおいて、対向する一対の分極性電極は、一方が正極、他方が負極としてそれぞれ機能する。分極性電極は、集電電極上に設けられるものであり、正極あるいは負極の電極活物質、導電剤、および結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、集電電極上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。
 電極活物質としては、活性炭繊維、活性炭粒子の成形体、活性炭粒子等の活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体等が挙げられる。なお、負極としては、活性炭が好適であり、正極としては活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体が好適である。これらの中でも活性炭が好ましく、活性炭としては、平均細孔径が2.5nm以下であるものが好ましい。ここで平均細孔径とは、窒素吸着によるBET法によって測定される値である。活性炭の比表面積としては、炭素質種による単位面積あたりの静電容量(F/m2)、高比表面積化に伴う嵩密度の低下等により異なるが、例えば、窒素吸着によるBET法により求めた比表面積が500m2/g~2500m2/gであるのが好ましく、1000m2/g~2000m2/gがより好ましい。
 上記活性炭の製造方法としては、植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液、化石燃料系の石炭、石油重質油、又は、それらを熱分解した石炭及び石油系ピッチ、石油コークス、カーボンアエロゲル、メソフェーズカーボン、タールピッチを紡糸した繊維、合成高分子、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、イオン交換樹脂、液晶高分子、プラスチック廃棄物、廃タイヤ等の原料を炭化した後、賦活して製造する賦活法を用いることが好ましい。
 賦活法としては、(1)炭化された原料を高温で水蒸気、炭酸ガス、酸素、その他の酸化ガス等と接触反応させるガス賦活法、(2)炭化された原料に、塩化亜鉛、リン酸、リン酸ナトリウム、塩化カルシウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸カルシウム、ホウ酸、硝酸等を均等に含浸させて、不活性ガス雰囲気中で加熱し、薬品の脱水及び酸化反応により活性炭を得る薬品賦活法が挙げられ、いずれを用いてもよい。
 上記賦活法により得られた活性炭に加熱処理を行って、不要な表面官能基を除去したり、炭素の結晶性を発達させて電気伝導性を増加させてもよい。加熱処理は、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の不活性ガス雰囲気下、好ましくは500℃~2500℃、より好ましくは700℃~1500℃の温度で行うことが好ましい。活性炭の形状としては、破砕、造粒、顆粒、繊維、フェルト、織物、シート状等が挙げられる。これらの中でも、活性炭の形状は粒状であるのが好ましく、この場合、電極の嵩密度の向上、内部抵抗の低減という点から、活性炭の平均粒子径は30μm以下であるのが好ましい。ここで、平均粒子径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定された体積平均粒子径の値である。また、販売者の公称値を参考にしてもよい。
 電極活物質としては、活性炭以外の上記比表面積を有する炭素材料を用いてもよく、例えば、カーボンナノチューブやプラズマCVDにより作製したダイヤモンド等を用いてもよい。
 導電剤としては、リチウムイオン二次電池の説明において導電剤として例示したものが好適である。導電剤の配合量としては、電極活物質として用いる材料やその形状によって異なるが、例えば活性炭を使用する場合であれば、活性炭100質量部に対して、5質量部~50質量部とするのが好ましく、10質量部~30質量部であるのがより好ましい。
 バインダー物質としては、リチウムイオン二次電池の説明においてバインダー物質として例示したものが好適である。バインダー物質の配合量としては、電極活物質として用いる材料やその形状によって異なるが、例えば活性炭を使用する場合であれば、活性炭100質量部に対して、0.5質量部~30質量部とするのが好ましく、2質量部~30質量部であるのがより好ましい。
 集電電極は、分極性電極に蓄えられた電気容量を、外部に取り出すために用いられる。集電電極としては、アルミニウム箔や銅箔、アルミニウムやニッケルなどの金属繊維などが挙げられる。
 上記分極性電極(正極及び負極)の成形方法としては、例えば、(1)電極活物質である活性炭と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質であるポリテトラフルオロエチレンを添加混合した後、集電電極上に塗布し、プレス成形する方法、(2)活性炭とピッチ、タール、フェノール樹脂等のバインダー物質を混合、成型し、集電電極と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法、(3)活性炭とバインダー物質又は活性炭のみを焼結して電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。
 本発明の電気二重層キャパシタでは、セパレータを分極性電極に挟み込む方法や、保持手段を用いて、各分極性電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、分極性電極同士の接触や短絡を防ぐことが好ましい。
 セパレータとしては、使用温度域においてイオン性化合物(1)やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、クラフト紙やマニラ麻紙などのセルロース繊維からなる不織布、セラミック繊維などの無機繊維からなる繊維材料、脂肪族ポリケトン繊維を含有する多孔質シート、セルロースを含有する多孔質シートにラテックス等のポリマーを含浸させたもの等が挙げられる。
 本発明の電気二重層キャパシタは、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と、本発明の電解液とを有していればよく、また、セパレータを介して対向する一対の分極性電極と非水電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明の電気二重層キャパシタの形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。
 本発明の電気二重層キャパシタにおいては、イオンの物理的な吸・脱着により分極性電極と電解液との界面に生成する電気二重層に電荷が蓄えられることとなる。そして、蓄えられた電荷が集電電極を介して、電気エネルギーとして取り出される。
 (4)リチウムイオンキャパシタ
 リチウムイオンキャパシタとは、一般的な電気二重層キャパシタの原理を使いながら負極材料としてリチウムイオン吸蔵可能な炭素系材料を使い、そこにリチウムイオンを添加することでエネルギー密度を向上させたキャパシタであり、正極と負極とで充放電の原理が異なり、リチウムイオン二次電池の負極と電気二重層キャパシタの正極を組み合わせた構造を有している。
 本発明のリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオンキャパシタの基本構成、すなわち、分極性電極(正極)と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る負極活物質を含む負極とに加えて、本発明の電解液を備えているところに特徴を有する。上記構成を有するリチウムイオンキャパシタは、高電圧下で充放電を繰返しても安定に作動し得る。
 本発明のリチウムイオンキャパシタに備えられる電解液は、カチオンMn+がリチウムイオンであるイオン性化合物(1)と、非プロトン性有機溶媒とを含むものであるのが好ましい。リチウムイオンと、シアノボレートアニオンとは、電解液中でそれぞれ電荷のキャリアとして機能する。特に、シアノボレートアニオンは、耐電特性に優れ(正極側の耐電圧性の向上効果)、高電圧下の使用においても分解され難い。したがって、本発明のリチウムイオンキャパシタは、高電圧下でも安定に稼動させることができ、高いエネルギー密度を有するものとなる。
 本発明に係る電解液中に含まれるリチウムイオンとシアノボレートアニオンは、これらのアニオンおよび/またはカチオンを含む化合物に由来するものである。これらのイオンを生成する化合物は、イオン性化合物(1)に由来するものであってもよく、他の電解質に由来するものであってもよい。なお、イオン性化合物(1)にリチウムイオンが含まれていない場合、本発明に係る電解液に含まれるリチウムイオンは、他の電解質に由来するものとなる。
 電解液中におけるリチウムイオンの濃度は、5.0×10-4質量%以上、5質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは2.5×10-3質量%以上であり、さらに好ましくは1.0×10-2質量%以上であり、より好ましくは3質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。一方、シアノボレートアニオンの濃度は、0.1質量%以上、50質量%以下であるのが好ましい。より好ましくは1質量%以上であり、さらに好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下である。リチウムイオン、シアノボレートアニオンのいずれも、電解液中における存在量が少なすぎる場合には、所望の電気伝導度が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎる場合には、特に、低温域(約-20℃)において顕著となるが、電解液の粘度が上昇し、電荷の移動効率を低下させたり、電解液中でリチウムシアノボレートが析出し、電極などに悪影響を及ぼすことがある。また、多量の使用はコストの上昇を招く。
 本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極(分極性電極)と負極と電解液とを有している。正極と負極との間には両者の接触による短絡を防止するため、セパレータが設けられている。
 正極、負極は、それぞれ、集電電極と、正極活物質または負極活物質、導電剤、および、結着剤(バインダー物質)などから構成され、各電極は、これらの材料を、集電電極上に、薄い塗布膜、シート状又は板状に成形することで形成される。
 正極活物質としては、活性炭、多孔質金属酸化物、多孔質金属、導電性重合体が好適である。活性炭としては、電気二重層キャパシタの説明において活性炭として例示したものが好適である。また、その製造方法としても、電気二重層キャパシタにおける活性炭と同じ方法が採用できる。
 正極活物質としては、活性炭以外の上記比表面積を有する炭素材料を用いてもよく、例えば、カーボンナノチューブやプラズマCVDにより作製したダイヤモンド等を用いてもよい。
 負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵し、放出することが可能な材料を用いる。かかる材料としては、熱分解炭素;ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等のコークス;グラファイト;ガラス状炭素;フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したものである有機高分子化合物焼成体;炭素繊維;活性炭素等の炭素材料;ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアセン等のポリマー;Li4/3Ti5/3O4、TiS2等のリチウム含有遷移金属酸化物又は遷移金属硫化物;アルカリ金属と合金化するAl、Pb、Sn、Bi、Si等の金属;アルカリ金属を格子間に挿入することのできる、AlSb、Mg2Si、NiSi2等の立方晶系の金属間化合物や、Li3-ffN(G:遷移金属、f:0超0.8未満の実数)等のリチウム窒素化合物等が好適である。これらは1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、炭素材料がより好ましい。
 導電剤としては、リチウムイオン二次電池の説明において導電剤として例示したものが好適である。導電剤の配合量としては、正極および負極活物質に用いる材料の種類や形状等によって異なるが、例えば活性炭を使用する場合であれば、活性炭100質量部に対して、5質量部~50質量部とするのが好ましく、10質量部~30質量部であるのがより好ましい。
 バインダー物質としては、リチウムイオン二次電池の説明においてバインダー物質として例示したものが好適である。バインダー物質の配合量としては、正極および負極活物質に用いる材料の種類や形状等によって異なるが、例えば活性炭を使用する場合であれば、活性炭100質量部に対して、0.5質量部~30質量部とするのが好ましく、2質量部~30質量部であるのがより好ましい。
 集電電極は、正極(分極性電極)および負極に蓄えられた電気容量を、外部に取り出すために用いられる。正極集電電極としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などが用いられ、負極集電電極としては、アルミニウム、銅、ニッケル等が用いられる。
 上記正極及び負極の成形方法としては、例えば、(1)正極または負極の電極活物質と、導電剤であるアセチレンブラックの混合物に、バインダー物質を添加混合した後、それぞれの集電電極上に塗布し、プレス成形する方法、(2)電極活物質とバインダー物質を混合、成型し、集電電極と一体化した後、不活性雰囲気下で熱処理して焼結体として電極とする方法、(3)活性炭とバインダー物質又は活性炭のみを焼結して電極とする方法等が好適である。なお、炭素繊維布を賦活処理して得られる活性炭繊維布を用いる場合には、バインダー物質を使用せずにそのまま電極として使用してもよい。
 なお、上述のようにして作製した負極には、化学的方法あるいは電気化学的方法により、リチウムイオンを吸蔵させるのが好ましい。これにより負極の電位が下がるため、より広い電圧域を使用できるようになり、その結果、リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度が向上する。なお、リチウムイオンを吸蔵させる方法としては、従来公知の方法がいずれも採用できるが、例えば、電解液中で、負極とリチウム金属とをセパレータを介して対向させ、定電流充電する方法、電解液中で、負極とリチウム金属とを接触させ、加熱する方法などが挙げられる。
 本発明のリチウムイオンキャパシタでは、正極と負極との間にセパレータを挟み込む方法、または、保持手段を用いて、各電極を、間隔を隔てて対向させる方法等により、正極と負極との接触や短絡を防ぐことが好ましい。
 セパレータとしては、使用温度域においてイオン性化合物(1)やその他の電解質等と化学反応を起こさない多孔性の薄膜を用いることが好適である。セパレータの材質としては、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタのセパレータとして例示したものが好適である。
 本発明のリチウムイオンキャパシタは、正極と負極と電解液とを有していればよく、また、正極と負極と電解液とを一つの単位とするセルを複数備えたものであってもよい。上記構成を備えるものであれば、本発明のリチウムイオンキャパシタの形状は限定されず、コイン型、捲回円筒型、積層角型、アルミラミネート型等従来公知の形状がいずれも採用できる。
 本発明のリチウムイオンキャパシタは、セパレータを介して対向する正極と負極と、これらの電極間を満たす電解液を基本構成要素として構成されている。本発明のリチウムイオンキャパシタにおいては、イオンの物理的な吸・脱着により正極と電解液との界面に生成する電気二重層に電荷が蓄えられ、一方、負極では、負極活物質にリチウムイオンが吸蔵されることにより電荷が蓄えられる。そして、蓄えられた電荷が集電電極を介して、電気エネルギーとして取り出されると、正極に付着したイオンは電極から離れ、負極活物質に吸蔵されたリチウムイオンも放出される。
 なお、本発明に係るイオン性化合物(1)は、カチオンMn+を選択することで、100℃以下で液体の状態をとるイオン性液体になる。一般にイオン性液体は、イオン性の結合を持つ液体であるという特徴から、電気化学的、熱的安定性が高く、さらに、二酸化炭素などの特定のガスを選択的に吸収する性質を有することも知られており、本発明に係るイオン性化合物(1)も、これらと同様の特徴を有すると考えられる。したがって、本発明のイオン性化合物(1)は、上述した各種蓄電デバイスなどの電気化学材料用途(一次電池、リチウム(イオン)二次電池、燃料電池などの充電及び放電機構を有する電池の他、電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、太陽電池といった各種蓄電デバイスに備えられる電解液等の電気化学材料用途)の他にも、熱的安定性が高いことを利用した、繰り返し利用可能な有機合成の反応溶媒や、機械可動部のシール剤や潤滑剤としての使用、電気化学特性と熱的安定性とを併せ持つことを利用したポリマーへの導電性付与剤としての使用、ガス吸収能を有することから二酸化炭素などのガス吸収剤としての使用が期待される。
 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
実験例1
 [NMR測定]
 Varian社製「Unity Plus」(400MHz)を用いて、1H-NMRおよび13C-NMRスペクトルを測定し、プロトンおよびカーボンのピーク強度に基づいて試料の構造を分析した。11B-NMRスペクトルの測定には、Bruker社製「Advance 400M」(400MHz)を使用した。
 なお、NMRスペクトルの測定は、重ジメチルスルホキシドに、濃度が1質量%~5質量%となるように反応溶液または粗生成物を溶解させた測定試料を、ホウ素元素を含まない、酸化アルミニウム製のNMRチューブに入れ、室温(25℃)、積算回数64回で測定した。また、1H-NMRおよび13C-NMRスペクトルの測定では、テトラメチルシランを標準物質とし、11B-NMRスペクトルの測定では、三フッ化ホウ素のジエチルエーテラートを標準物質とした。
 製造例1-1 トリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(Et3NHB(CN)3OMe)の合成
 温度計、攪拌装置を備えた容量100mLの3つ口フラスコに、トリエチルアンモニウムブロマイド3.66g(20.10mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、42.49gの1,2-ジクロロエタンを加えた後、さらに、2.07g(19.92mmol)のホウ酸トリメチルを室温で加えた。次いで、混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド8.07g(81.34mmol、ホウ素化合物に対して4.1当量)を室温で滴下して添加した後、オイルバスにより反応溶液を60℃に加熱し、攪拌し反応させた。この温度で20時間攪拌を続けた。
 その後、得られた黄色溶液から有機溶媒を減圧留去して濃縮し、室温まで冷却した後、得られた油状物にトルエン26gを加え攪拌した。この際に析出した結晶をろ過して除き、トルエン50gで洗った。得られたろ液(トルエン層)に純水40gを加えて分液し、水層を分取した後に、純水を留去させることで、黄色液体(トリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート)を得た(収量:1.85g(8.32mmol)、収率:42%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ1.22 (t, J=7.2Hz,9H), 3.11-3.18 (m,9H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ8.80, 49.9, 52.7, 127.7 (q, J=69.5Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6 (s)
 製造例1-2 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(Et3MeNB(CN)3OMe)の合成
 攪拌装置を備えた容量200mLの3つ口フラスコにトリエチルメチルアンモニウムクロリド9.84g(64.90mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、6.74g(64.90mmol)のホウ酸トリメチルを室温で加えた。次いで、混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド35.42g(356.97mmol)を室温で添加した。次いで、オイルバスにより反応溶液を140℃に加熱し、5時間加熱攪拌を行った。得られた溶液を室温まで冷却し、分液ロートに移した後、ここに酢酸ブチル135g、超純水22.5gを加えた。分液抽出により下層(水相)を抜き出し、これを濃縮、乾燥し、淡黄色液体(トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート)を得た(収量:9.30g(40.24mmol)、収率:62%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ1.20(tt, J=7.2 Hz,1.8 Hz, 9H), 2.88(s, 3H), 3.13(q, J=4.0 Hz, 3H), 3.25(q, J=7.2 Hz, 6H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ8.14, 46.7, 53.2, 55.7, 128.2(q, J=69.7Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6(s)
 実験例1-1 トリエチルアンモニウムテトラシアノボレート(Et3NHB(CN)4)の合成
 攪拌装置を備えた容量50mLの2つ口フラスコ内を窒素ガスで置換した後、ここにトリエチルアンモニウムブロマイド1.92g(10.54mmol)、21.15gのクロロベンゼンを加え、攪拌した。この溶液に、室温で、製造例1-1と同様の方法で得られた2.34g(10.54mmol)のトリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(Et3NHB(CN)3OMe)を加えた。次いで、混合溶液を攪拌しながら、室温で、トリメチルシリルシアニド1.05g(10.54mmol、ホウ素化合物に対して1.0当量)を滴下して添加した。滴下終了後、室温で13時間攪拌を続けた後、オイルバスにより反応溶液を120℃に加熱し、この温度で54時間加熱、攪拌を続けた。その後、得られた黒色溶液をシリンジで抜き取り11B-NMR測定を行い(d6-DMSO)、トリエチルアンモニウムテトラシアノボレートが生成していることを確認した(NMR収率:22%)。
 1H-NMR(d6-DMSO)δ 8.83(s,1H),3.10(q,J=7.2Hz,6H),1.17(t,J=7.2Hz,9H)
 13C-NMR(d6-DMSO)δ 121.9(m),46.0(s),8.8(s)
 11B-NMR(d6-DMSO)δ -39.6(s)
 なお、「NMR収率」は、得られたチャートにおいて目的生成物に由来するピークの積分値とそれ以外(不純物)のピークの積分比を比較して求めたトリエチルアンモニウムテトラシアノボレート粗収量を意味する(以下、同様)。
 実験例1-2 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノ(トリメチルシロキシ)ボレート(Et3MeNB(CN)3OSiMe3)の合成
 攪拌子を入れた容量200mLの4つ口フラスコ内を窒素ガスで置換した後、ここに、8.5g(43.34mmol)のトリエチルメチルアンモニウムブロマイド、製造例1-2と同様の方法で得られた9.60g(43.21mmol)のトリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(Et3MeNB(CN)3OMe)、および、82gのキシレンを加えた。混合溶液を攪拌しながら、室温で、トリメチルシリルシアニド34.33g(346.1mmol、ホウ素化合物に対して8.0当量)を滴下して添加した。滴下終了後、オイルバスにより反応溶液を80℃に加熱し、56時間攪拌した後に反応を停止した。
 次いで、反応溶液から低沸点物(キシレン、残留トリメチルシリルシアニドなど)を留去し赤褐色油状の生成物を得た。得られた生成物について11B-NMR測定を行い、トリエチルメチルアンモニウムトリシアノ(トリメチルシロキシ)ボレートが生成していることを確認した(NMR収率:77%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ 0.06(s, 9H), 1.19(tt, J=7.2 Hz, 2.0Hz, 9H), 2.87(s, 3H), 3.25(q, J=7.2 Hz, 6H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ 2.17, 8.28, 46.9, 55.9, 129.6(q, J=68.8Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ -21(s)
 本発明法によれば、上記一般式(8)で表される化合物から、テトラシアノボレート塩や、1~3個のシアノ基と任意の置換基とを有するシアノボレート塩(イオン性化合物(1))を得ることができる。
実験例2
 [NMR測定]
 NMR測定は、実験例1と同様の方法で行った。
 [不純物含有量の測定]
 下記実験例で得られたイオン性化合物中に含まれる不純物量を測定した。各種不純物の測定方法は次の通りである。
 [1]水分測定
 平沼産業(株)製カールフィッシャー水分測定装置「AQ-2000」を用いて、試料中の水分量を測定した。なお、試料は、各実験例における乾燥工程終了後、スクリュー管に入れた状態でドライルーム(温度:20℃、露点:-70~-50℃)に1日間保存したものを用いた。注入量は0.5mlとし、発生液には「ハイドラナール アクアライトRS-A」(平沼産業株式会社販売)を使用し、対極液には「アクアライトCN」(関東化学株式会社製)を使用した。試料は、外気に触れないよう注射器を用いて試料注入口より注入した。
 [2]CN-含有量の測定
 下記実験例で得られたイオン性化合物10mgを超純水(18.2Ω・cm超)で100倍、1000倍または10000倍に希釈して測定溶液とし、遊離シアン測定用シンプルパック(柴田科学株式会社販売、4-ピリジンカルボン酸法)を用いて、化合物中に含まれるシアン量を測定した。
 [3]金属および半金属成分含有量の測定
 下記実験例で得られたイオン性化合物0.1gを超純水(18.2Ω・cm超)で100倍または200倍に希釈して測定溶液とし、ICP発光分析装置 ICPE-9000(島津製作所製)を用いて、試料に含まれるNa、Li、K、Si、Fe量を測定した。なお、定量限界(下限値)は10ppmである。
 実験例2-1 イオン性化合物の合成
 実験例2-1-1 リチウムトリシアノメトキシボレート(LiB(CN)3OMe)の合成
 攪拌子を入れた100mLのナスフラスコに、製造例1-1で得られたトリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート1.65g(7.43mmol)と、16.01gの純水を加え、ここに、0.85g(20.26mmol)の水酸化リチウム一水和物を室温で加え、攪拌し反応させた。この温度で4時間攪拌を続けた。
 次いで、得られた黄色溶液から溶媒を減圧留去して濃縮し、濃縮液を室温まで冷却した後、酢酸ブチル111g、純水10gを加えて分液し、酢酸ブチル層を分取した後に、酢酸ブチルを留去させ、薄黄色固体(リチウムトリシアノメトキシボレート)を得た。また、水層の純水を留去させた後、再び酢酸ブチル45gを加え、30分攪拌し、その後ろ過した。ろ液から酢酸ブチルを留去させた後、80℃に設定した真空乾燥機内で3日間静置することで乾燥し、薄黄色固体(リチウムトリシアノメトキシボレート)を得た(合計収量:0.66g(5.20mmol)、収率:70%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ3.16(q, J=3.6Hz,3H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ52.7, 127.7(q, J=69.9 Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6(s)
 実験例2-1-2 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(Et3MeNB(CN)3OMe)の合成
 攪拌装置を備えた容量200mLの3つ口フラスコにトリエチルメチルアンモニウムクロリド9.84g(64.90mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、6.74g(64.90mmol)のホウ酸トリメチルを室温で加えた。次いで、混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド35.42g(356.97mmol)を室温で添加した。次いで、オイルバスにより反応溶液を140℃に加熱し、5時間加熱攪拌を行った。得られた溶液を室温まで冷却し、分液ロートに移した後、ここに酢酸ブチル135g、超純水22.5gを加えた。分液抽出により下層(水相)を抜き出し、これを濃縮した後、50℃に設定した真空乾燥機内で3日間静置し、さらに25℃に設定した真空乾燥機内で2日間静置することにより乾燥し、淡黄色液体(トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート)を得た(収量:9.30g(40.24mmol)、収率:62%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ1.20(tt, J=7.2 Hz,1.8 Hz, 9H), 2.88(s, 3H), 3.13(q, J=4.0 Hz, 3H), 3.25(q, J=7.2 Hz, 6H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ8.14, 46.7, 53.2, 55.7, 128.2(q, J=69.7Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6(s)
 実験例2-1-3 カリウムトリシアノメトキシボレート(KB(CN)3OMe)の合成
 攪拌装置を備えた容量50mLの2つ口フラスコにシアン化カリウム1.30g(19.96mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、2.07g(19.93mmol)のホウ酸トリメチルを室温で加えた。この混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド7.16g(72.16mmol)を室温で添加した。次いで、オイルバスにより反応溶液を70℃に加熱し、18時間加熱攪拌を行った。得られた溶液を室温に冷やし、これを濃縮、乾燥し、黒色固体(カリウムトリシアノメトキシボレート)を得た(合計収量:2.44g(15.36mmol)、収率:77%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ3.16(q, J=3.6 Hz,3H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ52.7, 127.7(q, J=69.9 Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6(s)
 実験例2-1-4 カリウムトリシアノメトキシボレート(KB(CN)3OMe)の乾燥
 50mLナスフラスコに実験例2-1-3で得られた黒色固体(カリウムトリシアノメトキシボレート)を1.04g(6.57mmol)入れた。フラスコ内を真空ポンプで減圧しながら、オイルバスを用いてフラスコを80℃に加熱し、48時間乾燥させた。
  実験例2-2 不純物量の測定
 上記測定方法に従って、実験例2-1-1~2-1-4で得られたイオン性化合物に含まれる不純物量を測定した。結果を表1に示す。なお、生成物であるイオン性化合物を構成するカチオンは、不純物イオンとはみなさない。すなわち、実験例2-1-1(Mはリチウムイオン)では、Li以外のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が不純物イオンとなり、実験例2-1-2(Mはオニウムカチオン)では、アルカリ金属及び/又はアルカリ金属が不純物イオンとなリ、実験例2-1-3、2-1-4(Mはカリウムイオン)では、K以外のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が不純物イオンとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表1中、「×」は含有量の上限値を超えていたことを示し(LiイオンまたはKイオン:20000ppm超)、「N.D.」は、検出限界(下限値)未満であったことを示す。なお、実験例2-1-1におけるLi、実験例2-1-3,2-1-4におけるKは、イオン性化合物を構成するカチオンに相当するので、不純物とはみなさない。
 実験例2-3 耐電圧範囲の測定
 実験例2-3-1 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレートのLSV測定
 リニアスィープボルタンメトリー(LSV)測定により、実験例2-1-2で合成したトリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレートの耐電圧範囲を測定した。測定用溶液としては、実験例2-1-2で得られた塩を脱水プロピレンカーボネート(キシダ化学製)に溶解させ、濃度25質量%に調整したものを用いた。以下に測定条件、図1に結果を示す。
 [LSV測定]
 耐電圧範囲の測定は、20℃に設定されたドライルーム中で、3極セルを用いたスタンダードボルタンメトリックツールHZ-3000(商品名、北斗電工社製)を使用して行った。なお、測定条件は下記の通りである。
 (測定条件)
 作用極:グラッシーカーボン電極、参照極:Ag電極、対極:白金電極
 溶液濃度:25質量%
 溶媒:プロピレンカーボネート
 掃引速度:100mV/s
 掃引範囲:自然電位~±10V
 基準電流値:0.1mA
 図1に示された結果から、10V(銀電極基準)まで電流(0.1mA以上)は観測されておらず、本発明のトリエチルメチルアンモニウムトリシアノメトキシボレートを電解質とする電解液は、高い電圧範囲で用いても電解質の分解を生じ難いものと考えられる。
 実験例2-3-2 リチウムトリシアノメトキシボレートのLSV測定
 リニアスィープボルタンメトリー(LSV)測定により、実験例2-1-1で合成したリチウムトリシアノメトキシボレートの耐電圧範囲を測定した。測定用溶液としては、実験例2-1-1で得られた塩を脱水γ―ブチロラクトン(キシダ化学製)に溶解させ、濃度7質量%に調整したものを用いた。以下に測定条件、図2に結果を示す。
 耐電圧範囲の測定は、測定用溶液の溶媒をγ-ブチロラクトンに変更し、溶液濃度を7質量%に変更したこと以外は、実験例2-3-1と同様に行った。
 図2に示された結果から、10V(銀電極基準)まで電流(0.1mA以上)は観測されておらず、本発明のリチウムトリシアノメトキシボレートを電解質とする電解液は、高い電圧範囲で用いても電解質の分解を生じ難いものと考えられる。
 上記一般式(1)で表される本発明のイオン性化合物は、所定の不純物の含有量が低減されている。また、本発明の製法によれば上記一般式(1)で表されるイオン性化合物、さらには、各種不純物量が低減されたイオン性化合物を提供することができる。本発明のイオン性化合物は、所定の不純物量が低減されているため、各種用途に用いた場合に、イオン性化合物の特性を十分に発揮できるものと考えられ、各種用途に好適に用いられる。特に、本発明のイオン性化合物を、蓄電デバイスに備えられる電解液として用いた場合には、高い電圧領域で稼動させても、電解液の分解を生じ難く、また、サイクル特性が良好で、高性能な蓄電デバイスとなることが期待できる。
 実験例2-4 充放電試験
 上記実験例2-1-1で合成したリチウムトリシアノメトキシボレート、市販のγ―ブチロラクトン(LIBグレード、キシダ化学株式会社製)を用いてCR2032型のコインセルを作製し、充放電試験を行った。
 コインセルは、正極にLiMn24、負極にリチウム箔(厚み:0.5mm、本城金属株式会社製)を用い、この正極と負極とをガラス製不織布を挟んで対向させ、濃度が7質量%(0.7M)のリチウムトリシアノメトキシボレートのγ-ブチロラクトン溶液(電解液)で満たして作製した。
 作製したコインセルを使用して、充放電試験装置(「Battery Labo System[BS2501 Series]」、株式会社計測器センター製)により、初回および10サイクル後の放電容量を測定し、10サイクル後の容量の維持率を算出した。なお、各充放電時には10分間の充放電休止時間を設けた。以下に、測定条件を示す。また、結果を表2に、初回充放電時の充放電曲線を図3に示す。
 (測定条件)
 充放電速度:0.2C
 充放電モード:定電流モード
 充放電範囲:3.0V-4.2V(Li基準)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表2より、リチウムトリシアノメトキシボレート塩を含む電解液を備えた蓄電デバイスは、10サイクル後の容量維持率の低下が少ないものであることが分かる。この結果より、一般式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒を含む本発明の電解液は、蓄電デバイスの電解液として好適であることが示され、また、本発明の電解液を備えた蓄電デバイスは、繰り返し充放電しても容量低下を生じ難いものであることも示された。
 上記一般式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒を含有する本発明の電解液は、高電圧域においても分解を生じ難いものであるため、各種蓄電デバイスに備えられる電解液に好適に用いられると考えられる。また、本発明の電解液を備えた蓄電デバイスは、高電位で稼動させても電解液の劣化が生じ難く、安定に作動し得るものと考えられる。
実験例3
 [NMR測定]
 Varian社製「Unity Plus」(400MHz)を用いて、1H-NMRおよび13C-NMRスペクトルを測定し、プロトン、カーボンのピーク強度に基づいて試料の構造を分析した。7Li-NMRおよび11B-NMRスペクトルの測定には、Bruker社製「Advance 400M」(400MHz)を使用した。
 なお、NMRスペクトルの測定は、重ジメチルスルホキシドに、濃度が1質量%~5質量%となるように反応溶液または得られた塩を溶解させた測定試料を、ホウ素元素を含まない、酸化アルミニウム製のNMRチューブに入れ、室温(25℃)、積算回数64回で測定した。また、1H-NMRおよび13C-NMRスペクトルの測定では、テトラメチルシランを標準物質とし、7Li-NMRスペクトルの測定では、塩化リチウムを標準物質とし、11B-NMRスペクトルの測定では、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボランを検量用標準物質として定量した。
 [水分含有量の測定]
 平沼産業(株)製カールフィッシャー水分測定装置「AQ-2100」を用いて、下記実験例で得られたイオン性化合物(電解質材料(iii))、又は、イオン性化合物を含む電解液(電解質材料(ii))、並びに、有機溶媒に含まれる水分量を測定した。なお、イオン性化合物、又は、イオン伝導性材料の取扱い、水分含有量の測定等の一連の操作については、ドライルーム(温度:25℃、露点:-70℃~-50℃)で行った。試料注入量は試料の水分含有量に応じて0.1ml~3mlとし、発生液には「ハイドラナール(登録商標) クローマットAK」(Sigma Aldrich社製)を使用し、対極液には「ハイドラナール(登録商標) クローマットCG-K」(Sigma Aldrich社製)を使用した。試料は、外気に触れないよう注射器を用いて試料注入口より注入した。
 イオン性化合物(1)を含む溶液(本発明における電解質材料(ii))の水分含有量については、下記実験例で得られたイオン性化合物を試料とし、上記カールフィッシャー水分測定装置により測定した。また、固体状態のイオン性化合物(1)については、予め水分含有量を測定した溶媒に溶かして調整した試料溶液について水分含有量の測定を行い、測定溶液中の水分量(測定値)から溶媒に由来する水分量を差し引くことで、固体中(イオン性化合物(1))の水分含有量を算出した。なお、電解質材料(ii)の媒体としてポリマーを含む場合は、前記固体状イオン性化合物(1)と同様に、溶媒に分散させて測定することができる。
 [不純物含有量の測定]
 実験例で得られたイオン性化合物中に含まれる不純物量を測定した。各種不純物含有量(CN-含有量、金属および半金属成分含有量)の測定方法は、実験例2と同様に行った。
 実験例3-1 イオン性化合物の合成
 実験例3-1-1 リチウムトリシアノメトキシボレート(LiB(CN)3OMe)の合成
 温度計、攪拌装置、滴下ロートを備えた容量1Lの3つ口フラスコに、トリエチルアンモニウムブロマイド109g(600mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、300mLの1,2-ジクロロエタンを加えた後、さらに62.3g(600mmol)のホウ酸トリメチルを室温(25℃)で加えた。次いで、得られた混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド238g(2400mmol、ホウ素化合物に対して4.0当量)を室温で滴下して添加した後、オイルバスにより混合溶液を60℃に加熱し、同温度で15時間攪拌を続け、反応させた。
 その後、得られた黄色の反応溶液から有機溶媒を減圧留去して濃縮し、室温まで冷却した後、黄色油状のトリエチルアンモニウムトリシアノメトキシボレート(クルード)を得た。
 次に、攪拌子を入れた1Lのナスフラスコに、得られたトリエチルアンモニウムトリシアノボレートと、純水574gを加えた後、ここに30.2g(720mmol)の水酸化リチウム一水和物を室温で加え、攪拌し、同温度で4時間攪拌を続けて反応させた。
 得られた黄色の反応溶液から溶媒を減圧留去して濃縮し、濃縮液を室温まで冷却した後、分液ロート内で濃縮液と酢酸エチル1567gを混合し、振とう攪拌して、有機層に生成物を抽出した。有機層を水層から分離した後、酢酸エチルを留去させ、薄黄色固体のリチウムトリシアノメトキシボレート(クルード)を得た(収量:45.3g、収率:59.5%)。
 次に、分液ロート内で、得られたリチウムトリシアノメトキシボレートを5質量%水酸化リチウム水溶液228gに溶解させ、さらに酢酸ブチル2273gを加え、振とう攪拌して、生成物を有機層に抽出した。有機層を水層から分離した後、酢酸ブチルを留去させた。この操作を2回繰り返し、白色固体のリチウムトリシアノメトキシボレート(洗浄品)を得た(収量:25.3g)。
 得られたリチウムトリシアノメトキシボレートに、脱水アセトニトリル160gを加え、70℃に加熱して均一溶液とし、その溶液を-20℃で一晩静置した。静置後、フラスコ下部に析出した固体を濾過することによってリチウムトリシアノメトキシボレートの白色結晶を得た(再結晶品一次晶)。ろ液を回収し、アセトニトリルを留去させ、上述の再結晶の操作を再び行い、二次晶を得た(合計収量:16.6g、131mmol、合計収率22%、水分含有量:531ppm)。生成物中に含まれる各種不純物量を表3に示す。
1H-NMR(d6-DMSO)δ3.16(q, J=3.6Hz,3H) 
13C-NMR(d6-DMSO)δ8.80, 49.9, 52.7, 127.7(q, J=69.5Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-18.6(s)
 実験例3-1-2 リチウムトリシアノエトキシボレート(LiB(CN)3OEt)の合成
 実験例3-1-1において、ホウ酸トリメチルの代わりにホウ酸トリエチル72.7g(498mmol)を用いたこと以外は、実験例3-1-1と同様の条件で反応、精製を行い、白色結晶のリチウムトリシアノエトキシボレート(再結晶品)を得た(収量:30.3g、215mmol、合計収率:43%、水分含有量:593ppm)。生成物中に含まれる各種不純物の含有量を表3に示す。
1H-NMR(d6-DMSO)δ1.12(t, J=7.2Hz,3H), 3.37-3.38(m,2H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ17.4, 60.5, 128.0(q, J=69.7Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-19.2(s)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表3中、「×」は含有量の上限値を超えていたことを示し(Liイオン:20000ppm超)、「N.D.」は、検出限界(下限値)未満であったことを示す。なお、実験例3-1-1、実験例3-1-2において、Liはイオン性化合物を構成するカチオンに相当するので、不純物とはみなさない。
 実験例3-2 電解質材料の製造
 実験例3-2-1
 実験例3-1-1で得られたリチウムトリシアノメトキシボレート(LiB(CN)3OMe、再結晶品)1.01g(水分含有量:531ppm)を、水分含有量12.8ppmのγ-ブチロラクトン9.61gに溶解させ、均一な試料溶液を得た。このときの試料溶液の水分含有量は62.1ppmであった。
 次いで、温度:25℃、露点温度:-70℃~-50℃のドライルーム内で、試料溶液と、この試料溶液の質量に対して33質量%のモレキュラーシーブ2(ナトリウムカチオンを有するモレキュラーシーブ、型番「4A SDG」、平均孔径(公証値):4Å、球状、ユニオン昭和株式会社製)とをポリプロピレン製のスクリュー管に投入して密栓し、温度:25℃、露点:-70℃~-50℃の環境下で、振とう機(SHAKER RS-2、アズワン株式会社製)で24時間攪拌し、水分含有量を測定した。結果を表4に示す。
 実験例3-2-2
 実験例3-1-2で得られたリチウムトリシアノエトキシボレート(LiB(CN)3OEt、再結晶品)1.12g(水分含有量:593ppm)を、γ-ブチロラクトン9.20gに溶解させ、均一な試料溶液を得た。このときの試料溶液の水分含有量は75.8ppmであった。
 次いで、実験例3-2-1と同様、温度:25℃、露点温度-70℃~-50℃のドライルーム内で、試料溶液と、この試料溶液の質量に対して33質量%のモレキュラーシーブ2とをポリプロピレン製のスクリュー管に投入して密栓し、温度:25℃、露点温度-70℃~-50℃の環境下、振とう機(SHAKER RS-2、アズワン株式会社製)で24時間攪拌し、水分含有量を測定した。結果を表4に示す。また、このとき得られた水分含有量(溶液)と、24時間攪拌後の試料溶液から溶媒を全て除去したときに得られる粉体の量とから算出される水分含有量(粉体)を表4にあわせて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表4より、製造例3-2-1、3-2-2のいずれの場合も、モレキュラーシーブとの接触により、イオン性化合物濃度を維持しつつ、導電性材料として使用するのに充分な程度にまで水分量を低減できることが分かる。
 本発明によれば、電気化学的特性に悪影響を与える水分含有量が低減された電解質材料(ii)、(iii)およびこれらの製造方法を提供できる。したがって、水分含有量が低減された本発明の電解質材料(ii)、(iii)は良好な耐電圧特性を示し、各種電気化学デバイスに好適に用いられると考えられる。
実験例4
 実験例4-1 イオン性化合物の合成
 実験例4-1-1 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレート(Et3MeNB(CN)3Ph)の合成
 攪拌装置を備えた容量30mLの2つ口フラスコに、トリエチルメチルアンモニウムブロマイド0.98g(5.0mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、5mLのクロロベンゼンを加えた後、さらに、0.65mL(4.9mmol)のジクロロフェニルボランを室温(25℃)で加えた。次いで、混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド2.6mL(21.1mmol、ホウ素化合物に対して4.2当量)を室温で滴下して添加した後、オイルバスにより反応溶液を80℃に加熱し、攪拌し反応させた。この温度で9時間攪拌を続けた。
 その後、得られた黄色溶液から有機溶媒を減圧留去して濃縮し、室温まで冷却した後、得られた粉体に、酢酸エチル50g、純水10gを加えて分液し、酢酸エチル層を分取した。次いで、酢酸エチルを留去させ、褐色固体(トリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレート)の粗生成物を得た。この粗生成物を再結晶(溶媒:ジエチルエーテル/アセトニトリル)により精製することで白色結晶を得た(収量:0.43g(1.51mmol)、収率:30%)。
1H-NMR(d6-DMSO)δ1.22(t, J=7.2 Hz, 9H), 2.90(s, 3H), 3.27(q, J=7.2 Hz, 6H), 7.25-7.28(m, 1H), 7.29-7.36(m, 2H), 7.43-7.45(m, 2H)
13C-NMR(d6-DMSO)δ7.37, 45.9, 54.9, 126.8, 127.9, 128.5-129.5(m), 132.3, 138.1-139.3(m)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-29.0(s)
 実験例4-1-2 リチウムシアノ(フルオロ)オキサリルボレート(LiB(CN)(F)(OC(O)C(O)O))の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011

 攪拌装置を備えた容量100mLの3つ口フラスコに、リチウムジフルオロオキサリルボレート2.19g(15.2mmol、なお、リチウムジフルオロオキサリルボレートは、Chemistry-A European Journal 2009, 15, 10, p2270-p2272.に記載の方法を参照して製造した)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、20mLのイソブチロニトリルを加え、得られた混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド4.7mL(37.9mmol、ホウ素化合物に対して2.5当量)を室温で滴下して添加した後、オイルバスにより反応溶液を80℃に加熱し、この温度で2.5時間攪拌を続け、反応させた。
 その後、得られた黄色溶液から有機溶媒を減圧留去して濃縮し、薄黄色固体(リチウムシアノ(フルオロ)オキサリルボレート)を得た。(収量:0.55g(3.65mmol)、収率:73%)。
19F-NMR(d6-DMSO)δ-140.79 (q, J=30.8 Hz)
11B-NMR(d6-DMSO)δ-0.37(d, J=30.8 Hz)
 実験例4-1-3 リチウムジシアノオキサリルボレート(LiB(CN)2(OC(O)C(O)O))の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

 攪拌装置を備えた容量100mLの3つ口フラスコに、リチウムジフルオロオキサリルボレート0.72g(5.0mmol)を加え、フラスコ内を窒素ガスで置換した。ここに、5mLのベンゾニトリルを加えた。得られた混合溶液を攪拌しながら、トリメチルシリルシアニド1.6mL(12.9mmol、ホウ素化合物に対して2.6当量)を室温(25℃)で滴下して添加した。その後、オイルバスにより反応溶液を80℃に加熱し、銅温度で47時間攪拌を続け、反応させた。
 その後、得られた黄色溶液から有機溶媒を減圧留去して濃縮し、薄黄色固体(リチウムジシアノオキサリルボレート)を得た。(収量:0.40g(2.53mmol)、収率:51%)。
11B-NMR(d6-DMSO)δ-6.9(s)
 実験例4-2 耐電圧範囲の測定
 実験例4-2-1 トリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレートのLSV測定
 リニアスィープボルタンメトリー(LSV)測定により、実験例4-1-1で合成したトリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレートの耐電圧範囲を測定した。測定用溶液としては、実験例4-1-1で得られた塩を脱水プロピレンカーボネート(キシダ化学製)に溶解させ、濃度19質量%(1.0M)に調整したものを用いた。以下に測定条件、図4に結果を示す。
[LSV測定]
 耐電圧範囲の測定は、測定用溶液の濃度を10質量%に変更したこと以外は、実験例2-3-1と同様に行った。
 図4に示された結果から、10V(銀電極基準)まで電流(0.1mA以上)は観測されておらず、本発明のトリエチルメチルアンモニウムトリシアノフェニルボレートを電解質とする電解液は、高い電圧範囲で用いても電解質の分解を生じ難いものと考えられる。

Claims (13)

  1.  一般式(1)で表されるイオン性化合物と溶媒を含有することを特徴とする電解液。
    n+([B(CN)4-mm-n   (1)
    (式(1)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14を表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、ZはN又はPを表し、XはO又はSを表し、lは1~2の整数を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
  2.  上記Yが、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、-Z(R142又は-XR14である請求項1に記載の電解液。
  3.  上記Yが、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基又は-OR14である請求項1又は2に記載の電解液。
  4.  上記Mn+が金属イオンである請求項1~3のいずれかに記載の電解液。
  5.  上記Mn+が有機カチオンである請求項1~3のいずれかに記載の電解液。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の電解液を用いることを特徴とするデバイス。
  7.  一般式(1)で表されるイオン性化合物を製造する方法であって、一般式(8)で表される化合物と、置換反応試剤とを反応させることを特徴とするイオン性化合物の製造方法。
    n+([B(CN)4-mm-n   (1)
    (式(1)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、Yは、ハロゲン、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基、-C(O)R14、-S(O)l14、Z-(R142又は-XR14を表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、ZはN又はPを表し、XはO又はSを表し、lは1~2の整数を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
    n+([B(CN)4-m(XR13m-n   (8)
    (式(8)中、Mn+は1価、2価、または3価の有機又は無機カチオンを表し、XはO又はSを表し、R13は、H又は主鎖の炭素数が1~10の炭化水素基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
  8.  上記置換反応試剤が、アルキルシリルシアニド、有機マグネシウム試薬、有機リチウム試薬、脂肪族アルコール類、ハロゲン化アルコール類、フェノール類、カルボン酸無水物類、スルホン酸又はスルホン酸無水物類である請求項7に記載の製造方法。
  9.  上記Yが-OR14であり、R14で表される有機置換基が、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10のアルキル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリール基、ハロゲンを有していてもよい主鎖の炭素数が1~10のアルカノイル基、ハロスルフィニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数1~10のアルキルスルフィニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリールスルフィニル基、ハロスルホニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数1~10のアルキルスルホニル基、ハロゲンを有していてもよい炭素数6~10のアリールスルホニル基、又は、炭素数が1~10のアルキルシリル基である請求項7又は8に記載の製造方法。
  10.  一般式(6)で表されるイオン性化合物であって、不純物である水分の含有量が3000ppm以下であることを特徴とするイオン性化合物。
    n+([B(CN)4-m(XR14m-n   (6)
    (式(6)中、Mn+は1価、2価、又は3価の有機又は無機カチオンを表し、XはO又はSを表し、R14はH、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
  11.  不純物であるCN-含有量が10000ppm以下である請求項10に記載のイオン性化合物。
  12.  シアン化合物と、ホウ素化合物と、有機又は無機カチオンのハロゲン塩とを反応させることを特徴とする一般式(6)で表されるイオン性化合物の製造方法。
    n+([B(CN)4-m(XR14m-n   (6)
    (式(6)中、Mn+は1価、2価、又は3価の有機又は無機カチオンを表し、Xは、O又はSを表し、R14は、H、ハロゲン、又は主鎖の原子数が1~10の有機置換基を表し、mは1~3の整数を表し、nは1~3の整数を表す。)
  13.  シアン化合物が、トリアルキルシリルシアニドである請求項12に記載の製造方法。
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