JP2010111597A - Quaternary ammonium salt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第4級アンモニウム塩および電解質、電解液並びに電気化学デバイスに係る。 The present invention relates to a quaternary ammonium salt, an electrolyte, an electrolytic solution, and an electrochemical device.
近年、バッテリーやキャパシタをはじめとする電気化学デバイスの出力密度、エネルギー密度向上の要求が高まっており、耐電圧性の観点から電解液は水系よりも有機系が多用されてきている。有機電解液としてはプロピレンカーボネートなどの有機溶媒にアルカリ金属塩や固体アンモニウム塩を溶解させた例が挙げられ、前者はリチウムイオン電池用の電解液として、後者は電気二重層キャパシタ用の電解液として使用されている。有機電解液は水系に比べて電気伝導性が劣っており、電気伝導性を向上するために有機溶媒や電解質に関する研究が数多くおこなわれてきた。例えば、電気二重層キャパシタの電解質として非対称型アンモニウム塩が示されている(特許文献1)。テトラアルキルアンモニウム塩の種類と電気伝導性に関してはテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートや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が用いられているのが一般的である(非特許文献1)。 In recent years, demands for improving the output density and energy density of electrochemical devices such as batteries and capacitors are increasing, and from the viewpoint of voltage resistance, an organic solution is more frequently used than an aqueous solution. Examples of the organic electrolyte include an alkali metal salt or solid ammonium salt dissolved in an organic solvent such as propylene carbonate. The former is an electrolyte for a lithium ion battery, and the latter is an electrolyte for an electric double layer capacitor. in use. Organic electrolytes are inferior in electrical conductivity compared to aqueous systems, and many studies on organic solvents and electrolytes have been conducted to improve electrical conductivity. For example, an asymmetric ammonium salt is shown as an electrolyte of an electric double layer capacitor (Patent Document 1). In general, tetraethylammonium tetrafluoroborate or triethylmethylammonium tetrafluoroborate is used for the type and electrical conductivity of the tetraalkylammonium salt (Non-patent Document 1).
こうした固体状電解質を溶媒に溶解させた非水電解液では、電解液の電気伝導性は電解質の濃度とともに変化する。濃度の上昇とともに電解液中のイオン濃度が増加することによって電気伝導度が増加するがやがて極大点に達する。電気伝導度が極大点に達し減少し始めるのは電解液中にイオンの数が増すにつれて、溶媒−イオン、イオン−イオン間の相互作用の増大によって電解質が解離しにくくなり、同時に電解液の粘度が増加するためと考えられている。電解質濃度がさらに増加するとそれ以上解離できなくなり、電解質濃度が飽和する。したがって電解質濃度を高めようとした場合には電解質が溶解しにくくなるといった問題があった。また高濃度の電解質を溶解させた電解液を低温環境下で使用すると塩の析出が生じ、電解液の電気伝導性が悪くなってしまうといった問題も生じる。 In a nonaqueous electrolytic solution in which such a solid electrolyte is dissolved in a solvent, the electrical conductivity of the electrolytic solution varies with the concentration of the electrolyte. As the concentration increases, the ion concentration in the electrolyte increases, and the electrical conductivity increases, but eventually reaches a maximum point. The electrical conductivity reaches a maximum point and begins to decrease as the number of ions in the electrolyte increases, the increase in the interaction between solvent-ions and ions-ions makes it difficult for the electrolyte to dissociate, and at the same time the viscosity of the electrolyte Is considered to increase. If the electrolyte concentration further increases, it can no longer be dissociated and the electrolyte concentration is saturated. Therefore, there has been a problem that when the concentration of the electrolyte is increased, the electrolyte becomes difficult to dissolve. In addition, when an electrolytic solution in which a high concentration of electrolyte is dissolved is used in a low temperature environment, there is a problem that salt precipitation occurs and the electrical conductivity of the electrolytic solution is deteriorated.
近年、融点を常温近傍にもつ塩、或いは融点が常温以下である塩(常温溶融塩)が見出されている。こうした塩は通常の電解質に比べて高濃度に有機溶媒に溶解することが知られている。また常温溶融塩は特定の有機溶媒とは任意の割合でまざり合う。それゆえ、従来の固体状電解質を有機溶媒に溶解しても達成できなかった高濃度の電解液が得られ、しかも高濃度でありながら低温環境下でも塩が析出するといった問題が生じにくい。さらに常温溶融塩は塩そのものが液体であるため、塩単体を電解液として使用することも可能である。 In recent years, a salt having a melting point near room temperature or a salt having a melting point equal to or lower than room temperature (room temperature molten salt) has been found. Such salts are known to dissolve in organic solvents at higher concentrations than ordinary electrolytes. The room temperature molten salt is mixed with the specific organic solvent in an arbitrary ratio. Therefore, it is possible to obtain a high concentration electrolytic solution that could not be achieved by dissolving a conventional solid electrolyte in an organic solvent, and it is difficult to cause a problem that a salt precipitates even in a low temperature environment even though the concentration is high. Furthermore, since the salt itself is a liquid at room temperature, the salt itself can be used as the electrolyte.
このような電気伝導度の高い第4級アンモニウム塩として、N−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムテトラフルオロボレートが知られている(特許文献2)。該第4級アンモニウム塩は、常温で液体の常温溶融塩であり、電気伝導度は、25℃で、7.1mS/cmであり、高い電気伝導度を有している。 N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium tetrafluoroborate is known as such a quaternary ammonium salt having high electrical conductivity (Patent Document 2). The quaternary ammonium salt is a room temperature molten salt that is liquid at room temperature, and its electrical conductivity is 7.1 mS / cm at 25 ° C., and has high electrical conductivity.
また、低粘度及び低融点かつ高い導電性と電気化学安定性を有する第4級アンモニウム塩として、N−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウム・BF3C2F5が知られている(特許文献3)。該第4級アンモニウム塩は、融点が常温で液体の常温溶融塩であり、電気伝導度は、25℃で、6.8mS/cmであり、高い電気伝導度を有している。 In addition, N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium.BF 3 C 2 F 5 is known as a quaternary ammonium salt having a low viscosity and a low melting point and high conductivity and electrochemical stability (patent) Reference 3). The quaternary ammonium salt is a room temperature molten salt having a melting point of room temperature and a liquid, and its electric conductivity is 6.8 mS / cm at 25 ° C., and has a high electric conductivity.
一方、融点が常温で液体の常温溶融塩であり、高い電気伝導度を有する第4級アンモニウム塩が知られている(特許文献4、非特許文献2,3)。該第4級アンモニウム塩は、アニオンにフルオロハイドロジェネートイオンを有し、カチオンとして、N−アルキル−N−アルキルピロリジニウムカチオン等が検討されている。
しかしながら、より低粘度で、高い電気伝導度を有する第4級アンモニウム塩が求められている。
However, there is a need for quaternary ammonium salts with lower viscosity and high electrical conductivity.
本発明の課題は、常温(25℃)で液状を示す常温溶融塩であり、低粘度で、高い電気伝導度を有する第4級アンモニウム塩を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a quaternary ammonium salt which is a room temperature molten salt which is liquid at room temperature (25 ° C.) and has a low viscosity and high electrical conductivity.
本発明は以下の発明に係る。
1.式(1)で表される第4級アンモニウム塩。
The present invention relates to the following inventions.
1. A quaternary ammonium salt represented by the formula (1).
2.上記第4級アンモニウム塩の少なくとも1種と、有機溶媒を含有する組成物。
3.有機溶媒が、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ニトリル化合物およびスルホン化合物から選ばれる1種以上の有機溶媒である組成物。
4.第4級アンモニウム塩の少なくとも1種を含有する電気化学デバイス用電解液。
5.上記第4級アンモニウム塩の少なくとも1種と、有機溶媒を含有する電気化学デバイス用電解液。
6.第4級アンモニウム塩の少なくとも1種を含有する電気二重層キャパシタ用電解液。
7.上記第4級アンモニウム塩の少なくとも1種と、有機溶媒を含有する電気二重層キャパシタ用電解液。
8.上記電解液を使用する電気化学デバイス。
9.上記電解液を使用する電気二重層キャパシタ。
2. A composition comprising at least one quaternary ammonium salt and an organic solvent.
3. A composition in which the organic solvent is one or more organic solvents selected from cyclic carbonates, chain carbonates, nitrile compounds, and sulfone compounds.
4). An electrolytic solution for an electrochemical device containing at least one quaternary ammonium salt.
5). An electrolytic solution for an electrochemical device containing at least one quaternary ammonium salt and an organic solvent.
6). An electrolytic solution for an electric double layer capacitor containing at least one quaternary ammonium salt.
7). An electrolytic solution for an electric double layer capacitor containing at least one quaternary ammonium salt and an organic solvent.
8). An electrochemical device using the above electrolytic solution.
9. An electric double layer capacitor using the above electrolyte.
本発明の第4級アンモニウム塩は、常温(25℃)で液状を示す常温溶融塩であり、低粘度で、高い電気伝導度及び高い電気化学的安定性を有している。 The quaternary ammonium salt of the present invention is a room temperature molten salt that is liquid at room temperature (25 ° C.), has a low viscosity, high electrical conductivity, and high electrochemical stability.
本発明の第4級アンモニウム塩は、式(1)で表される。 The quaternary ammonium salt of the present invention is represented by the formula (1).
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウム塩は、第4級アンモニウムカチオンとフルオロハイドロジェネートアニオンとから構成される。第4級アンモニウムカチオンのR1としては、直鎖状或いは、分岐鎖状の炭素数1〜4のアルキル基を挙げることができる。具体的には、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、tert−ブチル基等を挙げることができる。第4級アンモニウムカチオンのR2としては、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基を挙げることができる。フルオロハイドロジェネートアニオンとしては、nが1〜4の値を示すF(HF)n−で表されるフルオロハイドロジェネートアニオンを挙げることができる。nは必ずしも整数でなくても良く、好ましくは1.5〜3の値であり、より好ましくは、2〜2.5の値である。 The quaternary ammonium salt represented by the formula (1) of the present invention is composed of a quaternary ammonium cation and a fluorohydrogen anion. Examples of R 1 of the quaternary ammonium cation include linear or branched alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, an n-butyl group, an iso-butyl group, and a tert-butyl group. The R 2 of the quaternary ammonium cation can include a methoxymethyl group, a methoxyethyl group, an ethoxymethyl group. The fluorohydrocarbon oxygenate anion, n is F (HF) n indicating the value of 1-4 - can be exemplified fluorohydrocarbon oxygenate anions represented by. n is not necessarily an integer, preferably a value of 1.5 to 3, more preferably a value of 2 to 2.5.
具体例としては、N−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−エチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−n−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−iso−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−n−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−iso−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシメチル−N−tert−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−エチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−n−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−iso−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−n−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−iso−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−メトキシエチル−N−tert−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−エチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−n−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−iso−プロピルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−n−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−iso−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート、N−エトキシメチル−N−tert−ブチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート等を挙げることができる。 Specific examples include N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-N-ethylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-Nn-propylpyrrolidinium. Fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-N-iso-propylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-Nn-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-N-iso- Butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxymethyl-N-tert-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-N- Ethyl pylori Nitrofluorohydrogenate, N-methoxyethyl-Nn-propylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-N-iso-propylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-Nn -Butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-N-iso-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-methoxyethyl-N-tert-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxymethyl -N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxymethyl-N-ethylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxymethyl-Nn-propylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxy Methyl-N-iso-propylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxymethyl-Nn-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate, N-ethoxymethyl-N-iso-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate N-ethoxymethyl-N-tert-butylpyrrolidinium fluorohydrogenate and the like.
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウムフルオロハイドロジェネートの製造方法は、限定されるものではないが、例えば第4級アンモニウム塩化物と無水フッ化水素を反応させることで製造される。具体的には、第4級アンモニウム塩化物と無水フッ化水素を反応させ、副生成物の塩化水素と過剰の無水フッ化水素を除去することで得ることができる。 Although the manufacturing method of the quaternary ammonium fluorohydrogenate represented by Formula (1) of this invention is not limited, For example, it manufactures by making a quaternary ammonium chloride and anhydrous hydrogen fluoride react. Is done. Specifically, it can be obtained by reacting quaternary ammonium chloride with anhydrous hydrogen fluoride to remove by-product hydrogen chloride and excess anhydrous hydrogen fluoride.
無水フッ化水素の使用量は、第4級アンモニウム塩化物に対して、1モル当量以上使用し、好ましくは、3.5〜10モル当量使用する。急激な反応を抑えるために、第4級アンモニウム塩化物と無水フッ化水素を混合する際は、冷却することが望ましい。無水フッ化水素の融点−83.5℃、沸点19.5℃を考慮し、反応はこの間の温度で行うことが好ましい。反応終了後に、副生成物の塩化水素と過剰の無水フッ化水素を真空化で除去することで、第4級アンモニウムフルオロハイドロジェネートを得ることができる。さらに、無水フッ化水素を添加し、取り除く作業を、数回繰り返せば、純度の高い第4級アンモニウムフルオロハイドロジェネートを得ることができる。 The amount of anhydrous hydrogen fluoride used is 1 molar equivalent or more, preferably 3.5 to 10 molar equivalents relative to the quaternary ammonium chloride. In order to suppress a rapid reaction, it is desirable to cool the quaternary ammonium chloride and the anhydrous hydrogen fluoride when mixing them. Considering the melting point of anhydrous hydrogen fluoride of -83.5 ° C. and the boiling point of 19.5 ° C., the reaction is preferably carried out at this temperature. After completion of the reaction, quaternary ammonium fluorohydrogenate can be obtained by removing by-product hydrogen chloride and excess anhydrous hydrogen fluoride by vacuum. Furthermore, if the operation of adding and removing anhydrous hydrogen fluoride is repeated several times, a highly pure quaternary ammonium fluorohydrogenate can be obtained.
反応は、フッ化水素を使用することから、金属やガラスの腐食を考慮し、樹脂系の反応容器を使用することが望ましく、特に、PFA(パーフルオロ樹脂:四フッ化エチレン(C2F4)とパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体)などのフッ素系樹脂の反応器が望ましい。また、電解液中への水分の混入を抑えるために、第4級アンモニウム塩の取り扱いは、グローブボックス内で行った方が望ましい。
本発明で得られる第4級アンモニウム塩は低粘度(7〜11cP,25℃)で、高い電気伝導度(73〜80mS/cm,25℃)を有する。
Since the reaction uses hydrogen fluoride, it is desirable to use a resin-based reaction vessel in consideration of corrosion of metals and glass, and in particular, PFA (perfluororesin: tetrafluoroethylene (C 2 F 4 ) And a perfluoroalkoxyethylene copolymer) are preferred. Moreover, in order to suppress the mixing of moisture into the electrolytic solution, it is preferable to handle the quaternary ammonium salt in a glove box.
The quaternary ammonium salt obtained by the present invention has low viscosity (7 to 11 cP, 25 ° C.) and high electrical conductivity (73 to 80 mS / cm, 25 ° C.).
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウム塩は、電気化学デバイス用の電解質として使用することができる。電気化学デバイスとしては、例えば、電気二重層キャパシタ、リチウム二次電池、色素増感型太陽電池、エレクトロクロミック素子、コンデンサ等を挙げることができる。
また、本発明の第4級アンモニウム塩は、常温(25℃)で液状を示す常温溶融塩であり、該塩そのものを電解液として使用することもできる。
The quaternary ammonium salt represented by the formula (1) of the present invention can be used as an electrolyte for an electrochemical device. Examples of the electrochemical device include an electric double layer capacitor, a lithium secondary battery, a dye-sensitized solar cell, an electrochromic element, and a capacitor.
Moreover, the quaternary ammonium salt of the present invention is a room temperature molten salt that is liquid at room temperature (25 ° C.), and the salt itself can be used as an electrolyte.
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウム塩を電解質として使用する場合、必要に応じて、有機溶媒と混合することができる。有機溶媒としては、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、鎖状エーテル、ラクトン化合物、鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン化合物等を挙げることができる。 When using the quaternary ammonium salt represented by Formula (1) of this invention as an electrolyte, it can be mixed with an organic solvent as needed. Examples of the organic solvent include cyclic carbonate ester, chain carbonate ester, phosphate ester, cyclic ether, chain ether, lactone compound, chain ester, nitrile compound, amide compound, sulfone compound and the like.
環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−(トリフルオロメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられ、好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが良い。 Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4- (trifluoromethyl) -1,3-dioxolan-2-one, and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.
鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルn−プロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルn−プロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、ジn−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジn−ブチルカーボネート、フルオロエチルメチルカーボネート、ジフルオロエチルメチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネートなどが挙げられ、好ましくは、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが良い。 Examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl n-propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl n-propyl carbonate, ethyl isopropyl carbonate, n-butyl ethyl carbonate, di- Examples include n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, di n-butyl carbonate, fluoroethyl methyl carbonate, difluoroethyl methyl carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, and preferably dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
リン酸エステルとしては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチルなどが挙げられる。
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどが挙げられる。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシエタンなどが挙げられる。
ラクトン化合物としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどが挙げられる。
鎖状エステルとしては、メチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、メチルプロピオネートなどが挙げられる。
ニトリル化合物としては、アセトニトリルなどが挙げられる。
アミド化合物としては、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。
スルホン化合物としては、スルホラン、メチルスルホランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好ましくは、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン化合物、スルホン化合物が良い。これらの溶媒は1種類でも2種類以上を混合してもよい。
Examples of the phosphate ester include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, diethylmethyl phosphate, and the like.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran.
Examples of the chain ether include dimethoxyethane.
Examples of the lactone compound include γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
Examples of chain esters include methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, and methyl propionate.
Examples of the nitrile compound include acetonitrile.
Examples of the amide compound include dimethylformamide.
Examples of the sulfone compound include, but are not limited to, sulfolane and methyl sulfolane.
A cyclic carbonate, a chain carbonate, a lactone compound, and a sulfone compound are preferable. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウム塩を使用し、電気二重層キャパシタ用電解液を調製する方法を説明する。作業をおこなう環境としては、水分が電気二重層キャパシタの性能に悪影響を与えるため、大気が混入しない環境であれば特に限定されないが、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気のグローブボックス内において調製作業をすることが好ましい。 A method for preparing an electrolytic solution for an electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt represented by the formula (1) of the present invention will be described. The working environment is not particularly limited as long as the atmosphere adversely affects the performance of the electric double layer capacitor, so long as the atmosphere does not mix, but the preparation work is performed in a glove box with an inert atmosphere such as argon or nitrogen. It is preferable to do.
上記で得られる電解液を用いて電気二重層キャパシタを好適に作製することができる。この電気二重層キャパシタとしては、缶体中に電極を積層して収納されてなる積層(ラミネート)型、捲回して収納されてなる捲回型、又は絶縁性のガスケットにより電気的に絶縁された金属製缶からなるコイン型と称されるもののいずれにも使用できる。またこれら形状に限定されるものではない。以下、一例としてラミネート型電気二重層キャパシタの構造について説明する。 An electric double layer capacitor can be suitably produced using the electrolytic solution obtained above. As this electric double layer capacitor, a laminated (laminated) type in which electrodes are stacked and accommodated in a can body, a wound type in which the electrodes are wound and accommodated, or an insulating gasket electrically insulated It can be used for any of the so-called coin molds made of metal cans. Moreover, it is not limited to these shapes. Hereinafter, as an example, the structure of a laminated electric double layer capacitor will be described.
図1および図2は、ラミネート型電気二重層キャパシタを示す図面である。電極3とアルミタブ1が接着されていて、セパレータ4を介して対向配置され、ラミネート容器体2に収納されている。電極は、活性炭等の炭素材料からなる分極性電極部分と、集電体部分とからなる。ラミネート容器体2は、熱圧着により密封し、容器外部からの水分や空気が侵入しないようになっている。
1 and 2 are views showing a laminated electric double layer capacitor. The electrode 3 and the
分極性電極材料は、比表面積が大きく、電気伝導性が高い材料であることが好ましく、また使用する印加電圧の範囲内で電解液に対して電気化学的に安定であることが必要である。このような材料としては、例えば、炭素材料、金属酸化物材料、導電性高分子材料等を挙げることができる。コストを考慮すると、分極性電極材料は、炭素材料であるのが好ましい。 The polarizable electrode material is preferably a material having a large specific surface area and high electrical conductivity, and needs to be electrochemically stable with respect to the electrolyte within the range of applied voltage to be used. Examples of such a material include a carbon material, a metal oxide material, and a conductive polymer material. In view of cost, the polarizable electrode material is preferably a carbon material.
炭素材料としては、活性炭材料が好ましく、具体的には、おがくず活性炭、やしがら活性炭、ピッチ・コークス系活性炭、フェノール樹脂系活性炭、ポリアクリロニトリル系活性炭、セルロース系活性炭等を挙げることができる。 As the carbon material, an activated carbon material is preferable, and specific examples include sawdust activated carbon, coconut shell activated carbon, pitch coke activated carbon, phenol resin activated carbon, polyacrylonitrile activated carbon, and cellulose activated carbon.
金属酸化物系材料としては、例えば、酸化ルテニウム、酸化マンガン、酸化コバルト等を挙げることができる。導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン膜、ポリピロール膜、ポリチオフェン膜、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)膜等を挙げることができる。 Examples of the metal oxide material include ruthenium oxide, manganese oxide, and cobalt oxide. Examples of the conductive polymer material include a polyaniline film, a polypyrrole film, a polythiophene film, and a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) film.
電極は、上記分極性電極材料をPTFEなどの結着剤と共に混練し、加圧成型したものを導電性接着剤でアルミニウム箔等の集電体に結着させるか、又は上記分極性電極材料を結着剤と共にCMC等の増粘剤もしくは、ピロリドン等の有機溶剤に混合し、ペースト状にしたものをアルミニウム箔等の集電体に塗工後、乾燥して得ることができる。 For the electrode, the polarizable electrode material is kneaded with a binder such as PTFE, and the pressure-molded one is bound to a current collector such as an aluminum foil with a conductive adhesive, or the polarizable electrode material is It can be obtained by mixing a binder together with a thickener such as CMC or an organic solvent such as pyrrolidone together with a binder, and applying the paste to a current collector such as an aluminum foil, followed by drying.
セパレータとしては、電子絶縁性が高く、電解液の濡れ性に優れイオン透過性が高いものが好ましく、また、印加電圧範囲内において電気化学的に安定である必要がある。セパレータの材質は、特に限定は無いが、レーヨンやマニラ麻等からなる抄紙;ポリオレフィン系多孔質フィルム;ポリエチレン不織布;ポリプロピレン不織布等が好適に用いられる。 The separator preferably has high electronic insulation, excellent wettability of the electrolyte, and high ion permeability, and needs to be electrochemically stable within the applied voltage range. The material of the separator is not particularly limited, but papermaking made of rayon, Manila hemp or the like; polyolefin-based porous film; polyethylene nonwoven fabric; polypropylene nonwoven fabric or the like is preferably used.
本発明の式(1)で表される第4級アンモニウム塩を使用した場合は、低粘度で、高い電気伝導度を有し、且つ、高い電気化学的安定性を示す電解液とすることができる。また、該電解液を使用すると、驚くべきことに、エネルギー密度の高い電気二重層キャパシタを得ることができる。 When the quaternary ammonium salt represented by the formula (1) of the present invention is used, an electrolyte solution having low viscosity, high electrical conductivity, and high electrochemical stability can be obtained. it can. In addition, when the electrolytic solution is used, an electric double layer capacitor having a high energy density can be surprisingly obtained.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが何らこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, it is not limited to these at all.
実施例1(N−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート)
60℃で乾燥したN−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムクロライド(15.226g、0.09208モル)をグローブボックス中でPFA樹脂製反応容器(直径2.54cm、長さ30cm)に入れ、これをステンレス製バルブ付継手で密封して、ガストラップまたはアルカリトラップに接続されたステンレス製真空反応ラインに接続した。真空にした後、冷却下(−50℃以下)で無水フッ化水素(約10ml)をN−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムクロライドに加え、ゆっくりと室温まで戻して反応させた。副生成物のHClと過剰の無水フッ化水素を真空下で取り除いた。さらに、フッ化水素の導入と真空除去を2回繰り返し、塩化物イオンを十分に取り除いた後、室温真空下で1Paまで減圧し、揮発性物質を除去して目的物のN−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートを得た。室温で液体の常温溶融塩であった。
Example 1 (N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate)
N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium chloride (15.226 g, 0.09208 mol) dried at 60 ° C. was placed in a PFA resin reaction vessel (diameter 2.54 cm, length 30 cm) in a glove box, This was sealed with a stainless steel valve joint and connected to a stainless steel vacuum reaction line connected to a gas trap or an alkali trap. After evacuation, anhydrous hydrogen fluoride (about 10 ml) was added to N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium chloride under cooling (−50 ° C. or lower), and the reaction was slowly returned to room temperature. Byproduct HCl and excess anhydrous hydrogen fluoride were removed under vacuum. Further, introduction of hydrogen fluoride and vacuum removal were repeated twice, and after sufficiently removing chloride ions, the pressure was reduced to 1 Pa under vacuum at room temperature to remove volatile substances and the target N-methoxymethyl-N -Methylpyrrolidinium fluorohydrogenate was obtained. It was a room temperature molten salt that was liquid at room temperature.
元素分析: H: 9.17, C: 42.88, N: 7.20, O: 9.69, F:31.06 (in mass%)
CとFの比率からn=2.2であった。
IR分析: フルオロハイドロジェネートイオンに帰属される吸収バンドが以下の位置に観測された.F(HF)n− (cm−1): 1827 (strong), 2005 (medium), 2612 (medium, broad), 2774 (weak)
Elemental analysis: H: 9.17, C: 42.88, N: 7.20, O: 9.69, F: 31.06 (in mass%)
From the ratio of C and F, n = 2.2.
IR analysis: Absorption bands attributed to fluorohydrogen ions were observed at the following positions. F (HF) n − (cm −1 ): 1827 (strong), 2005 (medium), 2612 (medium, broad), 2774 (weak)
得られたN−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートの粘度と電気伝導度を測定した。測定結果を表1に示した。
キャパシタ評価は図3に示すアクリル樹脂製コインセルを用いて行った。電解液には、得られたN−メトキシメチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートを用いた。電極には200℃の真空下で乾燥したシート電極〔活性炭(2000m2/g)85wt%, PTFE10wt%, カーボンブラック5wt%〕を直径10mmに打ち抜いたものを用いた。セパレータには200℃の真空下で乾燥した親水性PTFEフィルター(厚み25μm)を、集電体には白金板を用いた。容量(C)の算出は定電位で充電した後、定電流(6.37mA/cm2、ここでの表面積は見かけの表面積)で放電する際の電気量(Q)を充電電圧(V)で割ることによりC=Q/Vの関係式から計算した。充電電圧は1.0Vから0.1Vごとに増加させ、容量が最大値を示す電位より少し大きな電圧まで測定を行った。エネルギー密度(W)はW=(CV2)/2の関係式より算出した。測定結果を表2に示した。
The viscosity and electrical conductivity of the obtained N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate were measured. The measurement results are shown in Table 1.
The capacitor was evaluated using an acrylic resin coin cell shown in FIG. The obtained N-methoxymethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate was used as the electrolytic solution. The electrode used was a sheet electrode (active carbon (2000 m 2 / g) 85 wt%, PTFE 10 wt%,
比較例1 (N−エチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネート)
原料にN−エチル−N−メチルピロリジニウム塩化物を用いた以外は、実施例1と同様にしてN−エチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートを得た。
得られたN−エチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートの粘度と電気伝導度を表1に示した。
電解液にN−エチル−N−メチルピロリジニウムフルオロハイドロジェネートを用いた以外は、実施例1と同様にしてキャパシタ特性を測定した。測定結果を表2に示した。
Comparative Example 1 (N-ethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate)
N-ethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate was obtained in the same manner as in Example 1 except that N-ethyl-N-methylpyrrolidinium chloride was used as a raw material.
Table 1 shows the viscosity and electrical conductivity of the obtained N-ethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate.
Capacitor characteristics were measured in the same manner as in Example 1 except that N-ethyl-N-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate was used as the electrolytic solution. The measurement results are shown in Table 2.
1 アルミタブ
2 ラミネート容器体
3 電極
4 セパレータ
5 アクリル樹脂
6 集電体
7 セパレータ
8 ガスケット
9 電極
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019188358A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 本田技研工業株式会社 | Electrolyte for fluoride ion secondary batteries, and fluoride ion secondary battery using said electrolyte |
US20210075061A1 (en) * | 2018-04-16 | 2021-03-11 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Solid Electrolyte, Intermediate of Solid Electrolyte, Secondary Battery Comprising the Same, and Method of Fabricating the Same |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005003108A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, and electrochemical device |
WO2005063773A1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Ionic liquid, method for producing same, double layer capacitor comprising same, and lithium battery |
WO2006077894A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, electrolyte solution and electrochemical device |
WO2006077895A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, electrolyte solution and electrochemical device |
WO2008035796A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Method for producing high-purity quaternary ammonium salt |
WO2008123529A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Electrolyte solution for electric double layer capacitor |
-
2008
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005003108A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-13 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, and electrochemical device |
WO2005063773A1 (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Ionic liquid, method for producing same, double layer capacitor comprising same, and lithium battery |
WO2006077894A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, electrolyte solution and electrochemical device |
WO2006077895A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternary ammonium salt, electrolyte, electrolyte solution and electrochemical device |
WO2008035796A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Method for producing high-purity quaternary ammonium salt |
WO2008123529A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Electrolyte solution for electric double layer capacitor |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
JPN6012061508; 機能材料 Vol.24 No.11, 200411, p.7-13 * |
JPN6012061511; Electrochemical and Solid-State Letters Vol.7(10), 2004, p.E41-E44 * |
JPN6012061514; ECS Transactions Vol.3(35), 2007, p.187-193 * |
JPN6012061517; Chemistry Letters Vol.33(12), 2004, p.1636-1637 * |
JPN6012061519; Chemistry A European Journal 12(8), 2006, p.2196-2212 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019188358A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 本田技研工業株式会社 | Electrolyte for fluoride ion secondary batteries, and fluoride ion secondary battery using said electrolyte |
CN112042037A (en) * | 2018-03-29 | 2020-12-04 | 本田技研工业株式会社 | Electrolyte for fluoride ion secondary battery and fluoride ion secondary battery using the same |
JPWO2019188358A1 (en) * | 2018-03-29 | 2021-04-30 | 本田技研工業株式会社 | Electrolyte for fluoride ion secondary battery, and fluoride ion secondary battery using the electrolyte |
US20210075061A1 (en) * | 2018-04-16 | 2021-03-11 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Solid Electrolyte, Intermediate of Solid Electrolyte, Secondary Battery Comprising the Same, and Method of Fabricating the Same |
US12107216B2 (en) * | 2018-04-16 | 2024-10-01 | Industry—University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Solid electrolyte, intermediate of solid electrolyte, secondary battery comprising the same, and method of fabricating the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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