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JP2012094862A - 電解質、これを用いた電解液及び電気化学素子 - Google Patents

電解質、これを用いた電解液及び電気化学素子 Download PDF

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Abstract

【課題】長期信頼性に優れ、耐電圧が高く(電位窓が広く)、しかも高い電気伝導性を有する電解質を提供する。
【解決手段】電解質は、一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩を含有する。Rはメチル、エチル又はトリフルオロメチル、R2〜R14は水素原子、C及びCは炭素原子、Nは窒素原子、hは0〜3、i、j、x、y及びzは0〜2、(h+x)は0〜3、(i+y)及び(j+z)は2〜4、Xは対アニオンを表し、対アニオンの第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが−0.60〜−0.20a.u.であって、BF 、PF 及びCFSO からなる群より選ばれる少なくとも1種である。
Figure 2012094862

【選択図】なし

Description

本発明は第4級アンモニウム塩を含有する電解質に関する。さらに詳しくは、電気化学素子用電解液に好適な電解質に関する。
電気化学素子とは、電気化学的エネルギーを素子内部に蓄えるものであり、具体的には、素子内部に蓄えられた化学エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出すための電池、素子内部に蓄えられた静電エネルギーを電気エネルギーとして外部に取り出すためのキャパシタ、及び色素増感太陽電池等をいう。
従来、キャパシタの電解質にはテトラエチルアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩、または1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸等が電解質として用いられている。特に過酷な条件下で、しかも大電流で使用されるハイブリッド電気自動車等の新しい用途分野では、さらに長期信頼性に優れ、耐電圧が高く(電位窓が広く)、しかも高い電気伝導性を有する電解質の開発が急務となっている。
こうした状況の中、経時的な性能劣化(長期信頼性)を改善するため、スピロ型アンモニウム電解質を用いた電気化学キャパシタ用非水電解液が知られている(例えば、特許文献1)。
一方、高い電気伝導性を有し、経時的な性能劣化(長期信頼性)の改善を目的として、特定の環状構造を有するカチオンと脂肪族飽和ジカルボン酸アニオンを含む電解コンデンサ用電解液が知られている(例えば、特許文献2、3)。
特開2005−175239号公報 特開平2−69913号公報 特開平2−69921号公報
しかしながら、特許文献1記載の非水電解液を用いても耐電圧が十分でない場合があり、この電解液を用いた電気化学キャパシタは経時的な性能劣化が生じる場合がある。
また、特許文献2、3記載の非水電解液を用いても、耐電圧が十分でなく、この電解液を用いた電気化学キャパシタは経時的な性能劣化が生じる場合がある。
すなわち、本発明の目的は、長期信頼性に優れ、耐電圧が高い(電位窓が広い)電解質を提供することである。
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、
一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩(A)を含有してなる電気二重層キャパシタ用電解質(B)、該電解質(B)を含有する電気二重層キャパシタ用電解液及び該電解液を用いた電気二重層キャパシタ用を要旨とする。
Figure 2012094862

[Rはメチル基、エチル基又はトリフルオロメチル基である。R2は水素原子である。R3〜R14は水素原子である。C及びCは炭素原子、Nは窒素原子である。hは0〜3の整数であり、i、j、x、y及びzは0〜2の整数であり、同じでも異なっていてもよい。(h+x)は0〜3の整数、(i+y)及び(j+z)は2〜4の整数である。(h+x)が0のとき窒素原子Nと炭素原子Cとが直接結合していることを示す。Xは対アニオンを表し、該対アニオンの第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.であって、BF 、PF 及びCFSO からなる群より選ばれる少なくとも1種である。]
本発明の電解質は耐電圧が非常に高いため、性能の経時劣化の少ない(長期信頼性に優れた)電気化学素子を容易に製造し得る。したがって、本発明の電解質を用いることにより、エネルギー密度が大きく、充放電サイクルに特性に優れた電気化学素子を容易に得ることができる。
実施例において、電解液の評価に使用した3電極式電気二重層キャパシタの構成部品(トップカバー周辺)の関係を模式的に表した斜視図である。 実施例において、電解液の評価に使用した3電極式電気二重層キャパシタの構成部品(本体周辺)の関係を模式的に表した斜視図である。
以下に本発明を詳細に説明する。
一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩(A)は、カチオン中心の窒素原子が立体的にアルキル基で保護されている特定の環構造を有するカチオンと、酸化電位の高いアニオンとからなるため、従来の電解質と比較して分子軌道計算においてカチオンのLUMO値が高く、かつアニオンのHOMO値が高い。この結果、第4級アンモニウム塩(A)は、酸化電位と還元電位との差が大きく、酸化還元を受けにくく、電気化学的に安定であり、電解液に用いたとき、耐電圧が非常に高いという特徴を発揮する。
一般式(1)で示される第4級アンモニウム塩(A)を含有してなる電解質(B)について説明する。
ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)、水酸基、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基(メトキシ基及びエトキシ基等) からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基(R)としては、直鎖脂肪族炭化水素基、分岐脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、及び芳香族炭化水素基等が含まれる。Rの具体例を以下に挙げる。
直鎖脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−デシル基、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、ニトロメチル基、ニトロエチル基、シアノメチル基、シアノエチル基、メトキシメチル基、及びメトキシエチル基等が挙げられる。
分岐脂肪族炭化水素基としては、iso−プロピル基、2−メチルプロピル基、2−ブチル基、2−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、3−ペンチル基、2−メチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、3−ヘプチル基、2−エチルブチル基、3−メチルペンチル基、3−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1,2−ジメチルブチル、1,3−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、2−エチルオクチル基、2−ヒドロキシ−iso−プロピル基、1−ヒドロキシ−2−メチルプロピル基、2−アミノ−iso−プロピル基、2−ニトロ−iso−プロピル基、1−ニトロ−2−メチルプロピル基、2−シアノ−iso−プロピル基、1−シアノ−2−メチルプロピル基、2−メトキシ−iso−プロピル基及び1−メトキシ−2−メチルプロピル基等が挙げられる。
環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、2−メチルシクロヘキシル基、3−メチルシクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、1−ヒドロキシシクロヘキシル基、2−ヒドロキシシクロヘキシル基、3−ヒドロキシシクロヘキシル基、4−ヒドロキシシクロヘキシル基、1−メトキシシクロヘキシル基、2−メトキシシクロヘキシル基、3−メトキシシクロヘキシル基及び4−メトキシシクロヘキシル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、トルイル基及びベンジル基等が挙げられる。
ハロゲン原子を有する炭化水素基としては、フルオロアルキル基等が含まれる。フルオロアルキル基としては、C2n+1(nは1〜10の整数)で表される基であり、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられる。
これらRのうち、直鎖脂肪族炭化水素基及び分岐脂肪族炭化水素基が好ましく、さらに好ましくはメチル基、エチル基、メトキシエチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基、特に好ましくはメチル基、エチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル、最も好ましくはメチル基である。
ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)、ニトロ基、シアノ基及びエーテル結合を有する基(メトキシ基及びエトキシ基等)からなる群より選ばれる少なくとも1種の基を有していてもよい炭素数1〜10の1価炭化水素基、水素原子、又はハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子及び臭素原子等)(R)としては、炭化水素基(R)、水素原子及びハロゲン原子等が含まれる。
これらのRのうち、水素原子、直鎖脂肪族炭化水素基及び分岐脂肪族炭化水素基が好ましく、さらに好ましくは水素原子、メチル基、エチル基、メトキシエチル基、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基、特に好ましくは水素原子、メチル基、エチル基子、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基、最も好ましくは水素原子である。
炭素数1〜5のアルキル基(直鎖脂肪族炭化水素基及び分岐脂肪族炭化水素基等)、炭素数1〜5のフルオロアルキル基、水素原子、又はハロゲン原子(R3〜R14)の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、iso−プロピル基、2−メチルプロピル基、2−ブチル基、2−ペンチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、3−ペンチル基、2−メチルブチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、n−ヘプタフルオロプロピル基、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等が挙げられる。
これらのうち、メチル基、エチル基、n−プロピル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル、水素原子、及びフッ素原子が好ましく、さらに好ましくはメチル基、トリフルオロメチル基、水素原子、及びフッ素原子、特に好ましくは水素原子、及びフッ素原子、最も好ましくは水素原子である。これらのR3〜R14は同じでも異なっていてもよい。
(i+y)及び(j+z)は、2〜4が好ましく、さらに好ましくは2又は3である。(h+x)は、0〜4が好ましく、さらに好ましくは0〜2の整数である。
一般式(1)で示される第4級アンモニウム塩(A)を構成するカチオンとしては、下表に示すもの等が例示できる。
ただし、Meはメチル基、Etはエチル基、fMはトリフルオロメチル基、fEはペンタフルオロエチル基、Hは水素原子を表す。
Figure 2012094862

Figure 2012094862

上記に例示したカチオンのうち、電気化学的安定性の観点から、(a1)、(a2)、(a3)、(a4)、(a5)、(a6)、(a7),(a8)、(a14)、(a15)、(a16)、(a17)、(a18)、(a19)、(a20)、(a21)及び(a22)が好ましく、さらに好ましくは(a1)、(a3)及び(a14)である。
なお、(a1)は、一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(A2)に対応する。
Figure 2012094862
(a3)は、一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(A3)に対応する。
Figure 2012094862


(a14)は、一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(A4)に対応する。
Figure 2012094862

(a2)は、一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩(A5)に対応する。
Figure 2012094862
(a4)は、一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(A2)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a5)は、一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩(A5)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a6)は、一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(A3)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a7)は、一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(A2)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
(a8)は、一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩(A5)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
(a9)は、一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(A3)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
(a15)は、一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩(A12)に対応する。
Figure 2012094862

(a16)は、一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩(A13)に対応する。
Figure 2012094862

(a17)は、一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(A4)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a18)は、一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩(A12)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a19)は、一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩(A13)のメチル基をエチル基に置き換えたものに対応する。
(a20)は、一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(A4)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
(a21)は、一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩(A12)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
(a22)は、一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩(A13)のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたものに対応する。
一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩(A)を構成する対アニオン(X)について説明する。
対アニオン(X)の第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギー(以下、HOMOエネルギーと略記する。)は、−0.60〜−0.20a.u.であり、好ましくは−0.60〜−0.25a.u.である。
ここで、第一原理分子軌道計算によるHOMO(最高占有分子軌道;highe st occupied molecular orbital)エネルギーは、計算するアニオンに対して力場計算により配座解析を行い、半経験的分子軌道法であるAM1により構造最適化ののち、基底関数を6−31G(d)としてHartreeFock法で計算される値である。計算を行うプログラムとしては、Gaussian03(ガウシアン社)が用いられる(参考文献1:「電子構造論による化学の探求(第二版)James B.Foresman、AEleen Frisch共著、田崎健三訳、ガウシアン社」;1998年3月Gaussian, inc.発行の原著に開示された開示内容を参照により本出願に取り込む。)。
以下に、Gaussian03を使用してHOMOエネルギーを計算する具体的な操作手順を示す。まず、Gauss View画面にて構造式を作成したのち、Calculate画面にて、Job Type「Energy」、Method「Ground State、Mechanics、UFF」、Charge「−1」、Spin「Singlet」をそれぞれ選択または入力し、作成した構造式について分子構造の最適化を行う。次に、同じCalculate画面にてJob Type「Optimization」、Method「Ground State、Semi−empirical、Default Spin、AM1」、Charge「−1」、Spin「Singlet」をそれぞれ選択または入力し、さらに最適化を行う。続いて、JobType「Optimization」、Method「Ground State、Hartree−Fock、Restricted」、Basis Set「6−31G、d」、Charge「−1」、Spin「Singlet」、Solvation「None」、Additional Keywords「Pop=Reg」をそれぞれ選択し、最適化された分子構造における真空時の分子軌道エネルギーを計算する。得られた計算結果のうち、最高占有分子軌道に対応する数値がHOMOエネルギーである。例えば、アニオンBF について計算すると、HOMOエネルギー=−0.35a.u.が得られる。ここで、a.u.は量子力学におけるHartree−Fock法で用いられる原子単位であり、エネルギー単位はhartreeで表される(1hartree=2625.5kj・mol−1=27.2eV)。HOMOエネルギーは、電気化学的には酸化電位の大きさを表すものであり、HOMOエネルギーが小さい(絶対数値が大きい)アニオンを用いて構成した第4級アンモニウム塩は電気化学的安定性が高い。
上記の方法によって、計算されるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.の範囲である対アニオン(X)の具体例としては、BF <−0.35>、PF <−0.39>、AsF 、PCl 、BCl 、AsCl 、SbCl 、TaCl 、NbCl 、PBr 、BBr 、AsBr 、AlBr 、TaBr 、NbBr 、SbF 、AlF 、ClO 、AlCl 、TaF 、NbF 、CN、F(HF) (式中、mは1〜4の整数を表す)、N(RfSO {たとえば、CFSO (−0.27)}、C(RfSO {たとえば、C(CFSO }、RfSO {たとえば、CFSO }、又はRfCO2 {たとえば、CFCO }で表されるアニオン等が挙げられる。なお、カッコ< >内の数字はHOMOエネルギー(単位:a.u)を示す。
なお、N(RfSO 、C(RfSO 、RfSO 又はRfCO2 で表されるアニオンに含まれるRfは、炭素数1〜12のフルオロアルキル基を表し、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、ヘプタフルオロプロピル及びノナフルオロブチルなどが挙げられる。これらのうち、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル及びヘプタフルオロプロピルが好ましく、さらに好ましくはトリフルオロメチル及びペンタフルオロエチル、特に好ましくはトリフルオロメチルである。
以上の対アニオンのうち、電気化学的安定性の観点等から、BF 、PF 又はN(RfSO で表される対アニオン、さらに好ましくはPF 又はBF で表される対アニオン、特に好ましくはBF で表される対アニオンである。
対アニオンは、HOMOエネルギーが小さいほうが好ましいが、−0.60a.u.を下回る化合物は知られておらず、実質的に、PF 、BF 、及びCFSO が好ましい。逆に、HOMOエネルギーが−0.20a.u.より大きい(絶対数値が小さい)対アニオン{カルボン酸アニオン(例えば、蟻酸、酢酸、安息香酸(HOMOエネルギー=−0.18)、フタル酸、コハク酸(HOMOエネルギー=−0.18)など)や無機アニオン(I(HOMOエネルギー=−0.16)、Cl(HOMOエネルギー=−0.12)、F(HOMOエネルギー=−0.08)など)}では、電解質の電気化学的安定性が低いため、電解液として用いた場合、耐電圧が低く、長期信頼性に劣り、電気化学素子として有用ではない。
第4級アンモニウム塩(A)としては、上記で例示したカチオンとアニオンとの組合せのうち、カチオン(a1)とBFとの塩(1)、カチオン(a2)とBFとの塩(2)、カチオン(a3)とBFとの塩(3)、カチオン種(a4)とBFとの塩(4)、カチオン(a5)とBFとの塩(5)、カチオン(a6)とBFとの塩(6)、カチオン(a7)とBFとの塩(7)、カチオン(a8)とBFとの塩(8)、カチオン(a9)とBFとの塩(9)、カチオン(a10)とBFとの塩(10)、カチオン(a11)とBFとの塩(11)、カチオン(a12)とBFとの塩(12)、カチオン(a13)とBFとの塩(13)、カチオン(a14)とBFとの塩(14)、カチオン(a15)とBFとの塩(15)、カチオン(a16)とBFとの塩(16)、カチオン(a17)とBFとの塩(17)、カチオン(a18)とBFとの塩(18)、カチオン(a19)とBFとの塩(19)、カチオン(a20)とBFとの塩(20)、カチオン(a21)とBFとの塩(21)、カチオン(a22)とBFとの塩(22)、カチオン(a23)とBFとの塩(23)、カチオン(a25)とBFとの塩(24)、カチオン(a1)とPFとの塩(25)、カチオン(a2)とPFとの塩(26)、カチオン(a3)とPFとの塩(27)、カチオン(a4)とPFとの塩(28)、カチオン(a5)とPFとの塩(29)、カチオン(a6)とPFとの塩(30)、カチオン(a7)とPFとの塩(31)、カチオン(a8)とPFとの塩(32)、カチオン(a9)とPFとの塩(33)、カチオン(a10)とPFとの塩(34)、カチオン(a11)とPFとの塩(35)、カチオン(a12)とPFとの塩(36)、カチオン(a13)とPFとの塩(37)、カチオン(a14)とPFとの塩(38)、カチオン(a15)とPFとの塩(39)、カチオン(a16)とPFとの塩(40)、カチオン(a17)とPFとの塩(41)、カチオン(a18)とPFとの塩(42)、カチオン(a19)とPFとの塩(43)、カチオン(a20)とPFとの塩(44)、カチオン(a21)とPFとの塩(45)、カチオン(a22)とPFとの塩(46)、カチオン(a23)とPFとの塩(47)、カチオン(a25)とPFとの塩(48)である。
これらのなかで、特に好ましいものは、電気化学的安定性の観点から、塩(1)、塩(3)、塩(14)、塩(25)、塩(27)及び塩(38)である。
第4級アンモニウム塩(A)は1種でもよく、2種以上の混合物であってもよい。
第4級アンモニウム塩(A)は、一般式(5)で表される第3級アミンを4級化剤(たとえば、ジアルキル炭酸エステル及びアルキルはライド等)で4級化し、得られる第4級アンモニウム塩の炭酸アニオン(及び/又は炭酸水素アニオン)を対アニオン(X)へ塩交換する方法(たとえば、特許第3145049号公報)等によって得られる。
Figure 2012094862


Hは水素原子を表し、H以外の各記号は一般式(1)と同じであり、それぞれ、一般式(1)に対応する。
3級アミンは公知の方法にて合成できる。一般には、次の(1)〜(3)の方法等が適用できる(V.Prelog、Ann.,545,229,1940;これに開示された開示内容を参照により本出願に取り込む。)。
(1)ヒドロキシルアルキル基を有する環状エーテル(3−ヒドロキシメチルテトラハイドロフラン等)をハロゲン化水素(臭化水素等)によりハロゲン化して得られるアルキルトリハロゲン化化合物をメタノール性アンモニアと封管中で130〜150℃に加熱することにより、ハロゲン化水素を脱離させ環化させる方法。
(2)アミノアルキル基を有する環状エーテル(3−アミノメチルテトラハイドロフラン等)にハロゲン化水素を反応させて得られる、ジハロゲン化第1級アミンを0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に滴下して、ハロゲン化水素の脱離により分子内環化反応を行う方法。
(3)カルボキシアルキル基を有する環状第2級アミン(4-カルボキシメチルピペリジン及び3−カルボキシメチルピロリジン等)を水素化アルミニウムリチウム等で還元するか(カルボキシ基をヒドロキシ基へ還元する。)、あるいはカルボキシアルキル基を有する芳香族アミン(4−カルボキシメチルピリジン及び3−カルボキシメチルピロール等)をナトリウムとエタノール等により還元(カルボキシ基をヒドロキシ基へ還元すると共に、芳香環を還元する。)することによりヒドロキシアルキル基を有する環状第2級アミン(4−ヒドロキシメチルピペリジン及び3−ヒドロキシメチルピロリジン等)を得る。この環状第2級アミンに、ハロゲン化水素(臭化水素及びヨウ化水素酸等)を反応させることにより水酸基をハロゲン原子に置換してハロゲン化環状第2級アミンを得る。このハロゲン化環状第2級アミン化合物を0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液に滴下して、ハロゲン化水素の脱離により分子内環化反応を行う方法。
第4級アンモニウム塩(A)の化学構造及び純度は、通常の有機化学的手法で特定することができ、H−NMR(たとえば、AVANCE300、日本ブルカー株式会社、重水素化ジメチルスルホキシド、300MHz)、19F−NMR(たとえば、AL−300、日本電子株式会社、重水素化ジメチルスルホキシド、300MHz)及び/又は13C−NMR(たとえば、AL−300、日本電子株式会社、重水素化ジメチルスルホキシド、300MHz)等によって特定することができる。
電解質(B)は第4級アンモニウム塩(A)の他に、第4級アンモニウム塩(A)と異なる他の有機塩(D)等を含有していてもよい。他の有機塩(D)としては、アルキルアンモニウム塩、アミジニウム塩等である。
アルキルアンモニウム塩としては、アルキルアンモニウムBF塩及びアルキルアンモニウムPF塩等が含まれ、例えばテトラエチルアンモニウムBF塩及びトリエチルメチルアンモニウムBF塩等が挙げられる。
アミジニウム塩としては、イミダゾリウムBF塩及びイミダゾリウムPF塩等が含まれ、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムBF塩及び1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムBF塩及び1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウムBF塩等が挙げられる。
他の有機塩(D)の含有量(重量%)は、電解質(B)の重量に対して、0〜50が好ましく、さらに好ましくは1〜30、特に好ましくは5〜25である。
また、電解質(B)は種々の添加剤(E)を含有してもよい。添加剤(E)としては、LiBF、LiPF、リン酸及びこの誘導体(亜リン酸、リン酸エステル及びホスホン酸等)、ホウ酸及びこの誘導体(酸化ホウ酸、ホウ酸エステル、並びにホウ素と水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物との錯体等)、硝酸塩(硝酸リチウム等)及びニトロ化合物(ニトロ安息香酸、ニトロフェノール、ニトロフェネトール、ニトロアセトフェノン及び芳香族ニトロ化合物等)等が挙げられる。電気化学的安定性と導電性の観点から、添加剤(E)の含有量(重量%)は、電解質(B)の重量に対して、0〜50が好ましく、さらに好ましくは0.1〜20重量%である。
本発明の電解液は電解質(B)を含有してなり、好ましくは電解質(B)及び非水溶媒(C)を含有する。
電解質(B)の含有量(重量%)は、電解液の電気伝導度及び電気化学キャパシタの内部抵抗の観点から、電解液の重量(電解質(B)及び非水溶媒(C)の重量)に基づいて、3〜100が好ましく、さらに好ましくは5〜80、特に好ましくは10〜50、最も好ましくは15〜40である。また、非水溶媒(C)の含有量は、電解液の重量(電解質(B)及び非水溶媒(C)の重量)に基づいて、0〜97が好ましく、さらに好ましくは20〜95、特に好ましくは50〜90、最も好ましくは60〜85である。
非水溶媒(C)の具体例としては以下のものが挙げられる。これらのうち2種類以上を併用することも可能である。
・エーテル:鎖状エーテル[炭素数2〜6(ジエチルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルなど);炭素数7〜12(ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテルなど)]、環状エーテル[炭素数2〜4(テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキサンなど);炭素数5〜18(4−ブチルジオキソラン、クラウンエーテルなど)]。
・アミド:N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド、N−メチルピロリドンなど。
・カルボン酸エステル:酢酸メチル、プロピオン酸メチルなど。
・ラクトン:γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、β−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンなど。
・ニトリル:アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、アクリロニトリル、ベンゾニトリルなど。
・炭酸エステル:エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、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など。
・スルホキシド:ジメチルスルホキシド、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など。
・ニトロ化合物:ニトロメタン、ニトロエタンなど。
・芳香族炭化水素:トルエン、キシレン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン、1,4−ジクロロベンゼンなど。
・複素環式炭化水素:N−メチル−2−オキサゾリジノン、3,5−ジメチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルピロリジノンなど。
・ケトン:アセトン、2,5−ヘキサンジオン、シクロヘキサノンなど。
・リン酸エステル:トリメチルリン酸、トリエチルリン酸、トリプロピルリン酸など。
これらのうち、ニトリル、ラクトン、炭酸エステル、スルホキシド及び芳香族炭化水素が好ましく、さらに好ましくはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、キシレン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン及び1,4−ジクロロベンゼンである。
本発明の電解液中の含水量は、電気化学的安定性の観点から、電解液の容量に基づいて、300ppm以下が好ましく、さらに好ましくは100ppm以下、特に好ましくは50ppm以下である。この範囲であると、電気化学キャパシタの経時的な性能低下を抑制できる。
電解液中の含水量はカールフィッシャー法(JIS K0113:2005、電量滴定方法;国際規格ISO760:1978に一部対応する。これに開示された開示内容を参照により本出願に取り込む。)で測定することができる。
電解液中の水分を上記の範囲にする方法としては、あらかじめ十分に乾燥した電解質(B)及び必要によりあらかじめ十分に脱水した非水溶媒を使用する方法等が挙げられる。
電解質の脱水方法としては、減圧下加熱乾燥(例えば2.7kPa減圧下、150℃で加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法及び再結晶による方法等が挙げられる。
非水溶媒の脱水方法としては、減圧下加熱脱水(例えば13kPaで加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法、脱水剤(モレキュラーシーブ(ナカライテスク株式会社、3A 1/16等)、活性アルミナ粉末など)を使用する方法等が挙げられる。
また、これらの他に、電解液を減圧下加熱脱水(例えば13kPa減圧下、100℃で加熱)して、含有されている微量の水を蒸発させて除去する方法、脱水剤を使用する方法等が挙げられる。
これらの方法は、それぞれ単独で行ってもよいし、組み合わせて行ってもよい。これらのうち、再結晶で電解質(B)を高純度化した後に、さらに電解質(B)を減圧下加熱乾燥する方法、非水溶媒(C)又は電解液にモレキュラーシーブを加える方法が好ましい。
本発明の電解質を用いた電解液は電気化学素子に用いることができる。電気化学素子とは電気化学キャパシタ、二次電池、色素増感太陽電池等を意味する。電気化学キャパシタは、基本構成物品として、電極、集電体、セパレーターを備えるとともに、キャパシタに通常用いられるケース、ガスケットなどを任意に備えるものである。電解液は、例えばアルゴンガス雰囲気(露点−50℃)のグローブボックス内等で電極及びセパレーターに含浸される。
本発明の電解液は、電気化学キャパシタのうち、電気二重層キャパシタ(電極に分極性電極、例えば活性炭等を使用するもの)に好適である。
電気二重層キャパシタの基本構造としては、2つの分極性電極の間にセパレーターを挟み、電解液を含浸させたものである。分極性電極の主成分は、電解液に対して電気化学的に不活性で、かつ、適度な電気伝導度を有することから活性炭、グラファイト、ポリアセン系有機半導体などの炭素質物質が好ましく、上記のように、正極と負極の少なくとも一方は炭素質物質である。電荷が蓄積する電極界面が大きい点から、窒素吸着法によるBET法により求めた比表面積が10m2/g以上の多孔性炭素物質(例えば活性炭)がさらに好ましい。多孔性炭素物質の比表面積は、目的とする単位面積あたりの静電容量(F/m2)と、高比表面積化に伴う嵩密度の低下を勘案して選択されるが、窒素吸着法によるBET法により求めた比表面積が30〜2,500m2/gのものが好ましく、体積あたりの静電容量が大きいことから、比表面積が300〜2,300m2/gの活性炭が特に好ましい。
本発明の電気化学キャパシタ用電解液は、アルミ電解コンデンサにも用いることができる。アルミ電解コンデンサの基本構造としては、電極となるアルミ箔の表面に電気化学処理で酸化膜をつくってこれを誘電体とし、もう一方の電極となるアルミ箔との間に電解液を含浸させた電解紙を挟んだものである。
本発明の電気化学キャパシタの態様としては、コイン型、捲回型、角形のものがあげられる。本発明の電気化学キャパシタ用電解液は、いずれの電気二重層キャパシタ又はいずれのアルミ電解コンデンサにも適用できる。
次に本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、特に記載のないかぎり、「部」は「重量部」を意味する。
以下の実施例において、H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRの測定は、下記の方法で行った。
H−NMRの測定条件 機器:AVANCE300(日本ブルカー株式会社)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz。
19F−NMRの測定条件 機器:AL−300(日本電子株式会社)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz
13C−NMRの測定条件 機器:AL−300(日本電子株式会社)、溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド、周波数:300MHz
<実施例1>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)113部、アセトン339部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた。溶液を攪拌しながらヨウ化メチル156部をゆっくりと滴下した後、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a1)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A2’)255部を得た。
・AgBFメタノール溶液の作成
酸化銀116部、42重量%のホウフッ化水素酸水溶液209部を混合した溶液を100℃減圧脱水して得られた固体に、メタノール550部を加えて溶解しAgBFメタノール溶液を得た。
・BF塩の作成
上記のAgBFメタノール溶液745部を、第4級アンモニウム塩(A2’)253部及びメタノール253部の混合溶液に対してゆっくりと滴下しながら、混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。なお、銀イオン及びヨウ化物イオンは、原子吸光分光光度計(株式会社島津製作所AA−6200)で定量した(以下同じである。)。
80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶206部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い本発明の電解質(A2−1)147部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A2−1)は一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a1)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート100部にモレキュラーシーブ(ナカライテスク株式会社、3A 1/16;以下、同じである。)3部を加えて25℃で60時間放置して乾燥を行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A2−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(1)を得た。電解液(1)の水分は16ppmであった。
<実施例2>
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート100部とジメチルカーボネート100部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートと脱水ジメチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート40部、脱水ジメチルカーボネート40部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(2)を得た。電解液(2)の水分は20ppmであった。
<実施例3>
・電解液溶媒の脱水
スルホラン100部にモレキュラーシーブ3部を加えて25℃で60時間放置して乾燥を行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水スルホランを得た。
・電解液の調製
脱水スルホラン80部と電解質(A2−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(3)を得た。電解液(3)の水分は17ppmであった。
<実施例4>
・電解液溶媒の脱水
エチレンカーボネート50部とジメチルカーボネート50部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水エチレンカーボネートと脱水ジメチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水エチレンカーボネート40部、脱水ジメチルカーボネート40部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(4)を得た。電解液(4)の水分は20ppmであった。
<実施例5>
・電解液溶媒の脱水
アセトニトリル100部にモレキュラーシーブ3部を加えて25℃で60時間放置して乾燥を行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水アセトニトリルを得た。
・電解液の調製
脱水アセトニトリル80部と電解質(A2−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(5)を得た。電解液(5)の水分は16ppmであった。
<実施例6>
・電解液溶媒の脱水
3−メチルスルホラン100部にモレキュラーシーブ3部を加えて25℃で60時間放置して乾燥を行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水3−メチルスルホランを得た。
・電解液の調製
脱水3−メチルスルホラン80部と電解質(A2−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(6)を得た。電解液(6)の水分は20ppmであった。
<実施例7>
・電解液溶媒の脱水
ブチレンカーボネート50部とジメチルカーボネート50部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水ブチレンカーボネートと脱水ジメチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水ブチレンカーボネート40部、脱水ジメチルカーボネート40部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(7)を得た。電解液(7)の水分は22ppmであった。
<実施例8>
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート50部とエチルメチルカーボネート100部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートと脱水エチルメチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート32部、脱水エチルメチルカーボネート48部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(8)を得た。電解液(8)の水分は18ppmであった。
<実施例9>
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート50部とγ−ブチロラクトン50部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートと脱水γ−ブチロラクトンとを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート40部、脱水γ−ブチロラクトン40部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(9)を得た。電解液(9)の水分は27ppmであった。
<実施例10>
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート50部とジエチルカーボネート100部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートと脱水ジエチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート24部、脱水ジエチルカーボネート56部及び電解質(A2−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(10)を得た。電解液(10)の水分は22ppmであった。
<実施例11>
・AgPF溶液の作成
「42重量%のホウフッ化水素酸水溶液209部」を「60重量%のHPF水溶液243部」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、AgPFのメタノール溶液を得た。
・PF塩の作成
上記のAgPFメタノール溶液803部を、第4級アンモニウム塩(A2’)253部及びメタノール255部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgPFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧で脱溶媒を行い、白色結晶262部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって本発明の電解質(A2−2)194部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A2−2)は一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a1)に対応する。XはPF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
実施例1と同様の方法で、脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A2−2)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(11)を得た。電解液(11)の水分は34ppmであった。
<実施例12>
・AgCFSO溶液の作成
「42重量%のホウフッ化水素酸水溶液209部」を「60重量%のCFSOH水溶液250部」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、AgCFSOのメタノール溶液を得た。
・CFSO塩の作成
上記のAgCFSOメタノール溶液807部を、第4級アンモニウム塩(A2’)253部及びメタノール255部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgCFSOメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧脱溶媒を行い、白色結晶265部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A2−3)196部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A2−3)は一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a1)に対応する。XはCFSO イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
実施例1と同様にして、脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A2−3)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(12)を得た。電解液(12)の水分は37ppmであった。
<実施例13>
・1−アザビシクロ[3,2,2]ノナンの合成
4−ピリジンプロパノール(4−(3−ヒドロキシプロピル)ピリジン)(シグマアルドリッチジャパン株式会社)137部とエタノール1000部とを混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した後、反応溶液を30℃に冷却し、水250部を加え、70℃減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した。抽出物を30℃減圧脱溶媒を行い、無色粘性液体を得た。この液体114部に濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、50重量%水酸化ナトリウム水溶液350部を添加し、50℃で3時間加熱して反応混合物を得た。その後30℃に冷却し、この反応混合物にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った後、エーテル層に炭酸ナトリウムを添加して乾燥した。乾燥エーテル層から、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留(180℃、2.7kPa)して、蒸留物を得た。蒸留物をH−NMRで分析した結果、原料のシグナルが消失し、1−アザビシクロ[3,2,2]ノナンが生成していることがわかった。収率は53重量%であった。
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,2,2]ノナン125部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化メチル156部をゆっくりと滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧乾燥を行い一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a2)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A5’)267部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A5’)267部及びメタノール267部の混合溶液に対して、ゆっくりと滴下しながら、混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶218部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い本発明の電解質(A5−1)155部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A5−1)は一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a2)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A5−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(13)を得た。電解液(13)の水分は32ppmであった。
<実施例14>
・1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタンの合成
4−ピリジンメタノール(4−ヒドロキシメチルピリジン)(シグマアルドリッチジャパン株式会社)110部とエタノール1000部とを混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した後、反応溶液を30℃に冷却し、水250部を加え、減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した。抽出物を30℃減圧脱溶媒を行い、無色粘性液体を得た。この液体114部に濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、50重量%水酸化ナトリウム水溶液350部を添加し、50℃で3時間加熱して反応混合物を得た。その後30℃に冷却し、この反応混合物にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った後、エーテル層に炭酸ナトリウムを添加して乾燥した。乾燥エーテル層から、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留(140℃、2.7kPa)して、蒸留物を得た。蒸留物をH−NMRで分析した結果、原料のシグナルが消失し、1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタンが生成していることがわかった。収率は40重量%であった。
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン100部、及びアセトン300部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化メチル156部をゆっくり滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a3)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A3’)242部得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A3’)239部及びメタノール239部の混合溶液に対して、ゆっくりと滴下しながら、混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶194部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A3−1)138部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A3−1)は一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a3)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A3−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(14)を得た。電解液(14)の水分は36ppmであった。
<実施例15>
・電解液溶媒の脱水
プロピレンカーボネート100部とジメチルカーボネート100部とにそれぞれモレキュラーシーブ3部ずつを加えて25℃で60時間放置して乾燥行った後、モレキュラーシーブを濾別し、脱水プロピレンカーボネートと脱水ジメチルカーボネートとを得た。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート40部、脱水ジメチルカーボネート40部及び電解質(A3−1)20部を均一混合して、本発明の電解液(15)を得た。電解液(15)の水分は20ppmであった。
<実施例16>
・PF塩の作成
AgPFメタノール溶液(実施例11と同様にして得た。)803部を、第4級アンモニウム塩(A3’)253部及びメタノール255部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgPFメタノール溶液又は混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧で脱溶媒を行い、白色結晶262部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A3−2)194部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A3−2)は一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a3)に対応する。XはPF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A3−2)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(16)を得た。電解液(16)の水分は30ppmであった。
<実施例17>
・CFSO塩の作成
AgCFSOメタノール溶液(実施例12と同様にして得た。)807部を、第4級アンモニウム塩(A3’)253部及びメタノールの混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgCFSOメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。濾液を80℃減圧で脱溶媒を行い、白色結晶265部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧脱溶媒することによって、本発明の電解質(A3−3)196部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A3−3)は一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩(表1の(a3)に対応する。XはCFSO イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A3−3)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(17)を得た。電解液(17)の水分は32ppmであった。
<実施例18>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)113部、及びアセトン339部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化エチル172部を徐々に滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基がエチル基に置き換わったもの。表1の(a4)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A6’)269部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A6’)267部及びメタノール267部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶218部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A6−1)156部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A6−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基がエチル基に置き換わったもの。表1の(a4)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A6−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(18)を得た。電解液(18)の水分は35ppmであった。
<実施例19>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,2,2]ノナン(実施例13と同様にして得た。)125部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化エチル172部を徐々に滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表1の(a5)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A7’)281部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A7’)267部及びメタノール267部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶230部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A7−1)166部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A7−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表1の(a5)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A7−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(19)を得た。電解液(19)の水分は40ppmであった。
<実施例20>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン(実施例14と同様にして得た。)100部、及びアセトン300部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化エチル172部を徐々に滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて乾燥を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表1の(a6)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A8’)256部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A8’)253部及びメタノール253部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶206部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A8−1)146部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A8−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表1の(a6)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A8−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(20)を得た。電解液(20)の水分は29ppmであった。
<実施例21>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)113部、及びアセトン339部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた。ついで50℃まで昇温して、50重量%ヨウ化トリフルオロメチルのアセトン溶液394部を3時間かけて滴下した。ついで80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却して溶液を取り出し、80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a7)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A9’)309部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A9’)307部及びメタノール307部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶258部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A9−1)189部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A9−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(2)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a7)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A9−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(21)を得た。電解液(21)の水分は28ppmであった。
<実施例22>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,2,2]ノナン(実施例13と同様にして得た。)125部、及びアセトン375部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた。ついで50℃まで昇温して、50重量%ヨウ化トリフルオロメチルのアセトン溶液394部を3時間かけて滴下した。ついで80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却して、溶液を取り出し、80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a8)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A10’)321部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A10’)321部及びメタノール321部の混合物に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶270部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A10−1)200部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A10−1)は、第4級アンモニウム塩(一般式(6)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a8)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A10−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(22)を得た。電解液(22)の水分は34ppmであった。
<実施例23>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン(実施例14と同様にして得た。)100部、及びアセトン300部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた。ついで50℃まで昇温して、50重量%ヨウ化トリフルオロメチルのアセトン溶液394部を3時間かけて滴下した。ついで80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却して溶液を取り出し、80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a9)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A11’)296部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A11’)293部及びメタノール293部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶244部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A11−1)178部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A11−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(3)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表1の(a9)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A11−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(23)を得た。電解液(23)の水分は41ppmであった。
<実施例24>
L−プロリン(シグマアルドリッチ社)115部とテトラハイドロフラン385部の混合液に塩化チオニル143部を加えた後、これをトリメチルシリルジアゾメタン138部及びテトラハイドロフラン362部の混合溶液に滴下し、20℃で1時間撹拌して反応混合溶液を得た。その後、酸化銀231部を懸濁させた1重量%チオ硫酸ナトリウム溶液に上記の反応混合溶液を滴下し、50℃で3時間撹拌し、濃塩酸15部を加え酸性にし、1000部のジメチルエーテルで抽出した後、エーテル層を減圧脱溶媒して、固体を得た。得られた固体から1000部のジエチルエーテルで抽出したエーテル層を減圧脱溶媒して、2−(3−ヒドロキシプロピル)ピロールを得た。
2−(3−ヒドロキシプロピル)ピロール157部とエタノール100部を混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した後、冷却し、水250部を加えた。ついで、減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した後、減圧脱溶媒を行い、無色粘性液体を得た。この液体に濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、50重量%水酸化ナトリウム350部を添加し、50℃で3時間加熱して反応混合物を得た。その後30℃に冷却し、この反応混合物にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った後、エーテル層に炭酸ナトリウムを添加して乾燥した。乾燥エーテル層から、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留(180℃、2.7kPa)して、蒸留物を得た。蒸留物をH−NMRで分析した結果、原料のシグナルが消失し、1−アザビシクロ[3,3,0]オクタンが生成していることがわかった。収率は33重量%であった。
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,3,0]オクタン113部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化メチル156部を1時間かけて滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて脱溶剤を行い、一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a14)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A4’)255部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A4’)253部及びメタノール253部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶206部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A4−1)144部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A4−1)は一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a14)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A4−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(24)を得た。電解液(24)の水分は35ppmであった。
<実施例25>
脱水プロピレンカーボネート40部、脱水ジメチルカーボネート40部及び電解質(A4−1)20部を25℃にて均一混合溶解させて、本発明の電解液(25)を得た。電解液(25)の水分は26ppmであった。
<実施例26>
脱水スルホラン80部及び電解質(A4−1)20部を40℃にて均一混合溶解させて、本発明の電解液(26)を得た。電解液(26)の水分は23ppmであった。
<実施例27>
・PF塩の合成
AgPFメタノール溶液(実施例11と同様にして得た。)803部を、第4級アンモニウム塩(A4’)253部及びメタノール253部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgPFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶262部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えて30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥を行い、本発明の電解質(A4−2)191部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A4−2)は一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(表4の(a14)に対応する。XはPF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A4−2)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(27)を得た。電解液(27)の水分は28ppmであった。
<実施例28>
AgCFSOメタノール溶液(実施例12と同様にして得た。)807部を、第4級アンモニウム塩(A4’)253部及びメタノール253部の混合溶液に対して、徐々に混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgCFSOメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶263部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A4−3)197部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A4−3)は一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩(表4の(a14)に対応する。XはCFSO イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A4−3)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(28)を得た。電解液(28)の水分は36ppmであった。
<実施例29>
・1−アザビシクロ[4,3,0]ノナンの合成
2−ピリジンプロパノール(2−(3−ヒドロキシプロピル)ピリジン)(シグマアルドリッチジャパン株式会社)137部及びエタノール1000部を混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した後、冷却し、水250部を加えた。ついで、減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した後、減圧脱溶媒を行い、無色粘性液体を得た。この液体に濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、50重量%水酸化ナトリウム350部を添加し、50℃で3時間加熱して反応混合物を得た。その後30℃に冷却し、この反応混合物にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った後、エーテル層に炭酸ナトリウムを添加して乾燥した。乾燥エーテル層から、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留(140℃、2.7kPa)して、蒸留物を得た。蒸留物をH−NMRで分析した結果、原料のシグナルが消失し、1−アザビシクロ[4,3,0]ノナンが生成していることがわかった。収率50重量%であった。
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[4,3,0]オクタン125部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化メチル156部を1時間かけて滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて脱溶剤を行い、一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a15)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A12’)267部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A12’)267部及びメタノール267部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶218部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A12−1)155部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A12−1)は一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a15)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A12−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(29)を得た。電解液(29)の水分は35ppmであった。
<実施例30>
・1−アザビシクロ[4,4,0]デカンの合成
2−ピリジンプロパノール(2−(3−ヒドロキシプロピル)ピリジン)(シグマアルドリッチジャパン株式会社)137部及びエタノール1000部を混合し、ナトリウム250部を徐々に加えて6時間還流した後、冷却し、水250部を加えた。ついで、減圧下でエタノールを蒸発させ、残留物にジエチルエーテル200部を加えて抽出した後、減圧脱溶媒を行い、無色粘性液体を得た。この液体に、濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、ジエチルエーテル550部を加えて抽出し、減圧下でジエチルエーテルを除去した。その後、テトラハイドロフラン685部及びシアン化ナトリウム148部を加え、100℃で2時間撹拌した後、減圧脱溶媒によりテトラハイドロフランを除去し、ジエチルエーテル685部及び水750部を加えてから、エーテル抽出し、エーテル層を減圧脱溶媒して無色液体を得た。この液体を、濃硫酸500部及び水750部の水溶液に、加え、6時間還流した。反応後、0℃に冷却し沈殿した固体(2−(4−ヒドロキシブチル)ピリジン)を濾取した。
水素化アルミニウムリチウム120部とテトラハイドロフラン380部の混合溶液に、得られた固体(2−(4−ヒドロキシブチル)ピリジン)165部とテトラハイドロフラン335部の混合溶液をゆっくりと、10℃に保ちながら滴下し、その後室温(約25℃)に戻した後、16時間還流した。溶液を減圧脱溶媒し、ジエチルエーテル100部を加えて、不溶物を濾別した。エーテル層を減圧脱溶媒して無色透明液体を得た。この液体に濃ヨウ化水素酸水溶液250部を徐々に滴下し、さらに3時間還流を行った後、50重量%水酸化ナトリウム350部を添加し、50℃で3時間加熱して反応混合物を得た。その後30℃に冷却し、この反応混合物にジエチルエーテル800部を加えて抽出を行った後、エーテル層に炭酸ナトリウムを添加して乾燥した。乾燥エーテル層から、10℃減圧でジエチルエーテルを除去した後、蒸留(140℃、2.7kPa)して、蒸留物を得た。蒸留物をH−NMRで分析した結果、原料のシグナルが消失し、1−アザビシクロ[4,4,0]デカンが生成していることがわかった。収率は35重量%であった。
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[4,4,0]デカン141部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化メチル156部を1時間かけて滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて脱溶剤を行い、一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a16)に対応する。ただし、Xはヨウ化物イオンである。)(A13’)283部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A13’)281部及びメタノール281部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶232部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A13−1)167部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A13−1)は一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩(表2の(a16)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A13−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(30)を得た。電解液(30)の水分は24ppmであった。
<実施例31>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,3,0]オクタン(実施例24と同様にして得た。)113部、及びアセトン339部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後攪拌しながらヨウ化エチル172部を徐々に滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて脱溶剤を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a17)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A14’)269部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A14’)267部及びメタノール267部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶218部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A14−1)155部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A14−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a17)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A14−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(31)を得た。電解液(31)の水分は23ppmであった。
<実施例32>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[4,3,0]ノナン(実施例29と同様にして得た。)125部、及びアセトン375部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化エチル172部を1時間かけて滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し、80℃減圧にて脱溶剤を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a18)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A15’)281部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A15’)281部及びメタノール281部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶230部を得た。得られた結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A15−1)166部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A15−1)は、第4級アンモニウム塩(一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a18)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A15−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(32)を得た。電解液の水分は37ppmであった。
<実施例33>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[4,4,0]デカン(実施例30と同様にして得た。)140部、及びアセトン300部をガラスビーカーに仕込み均一に溶解させた後、攪拌しながらヨウ化エチル172部を1時間かけて滴下し、30℃で3時間攪拌を続けた。析出した白色固体を濾過し80℃減圧にて脱溶剤を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a19)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A16’)296部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A16’)295部及びメタノール295部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶244部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A16−1)183部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A16−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をエチル基に置き換えたもの。表2の(a19)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A16−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(33)を得た。電解液(33)の水分は45ppmであった。
<実施例34>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[3,3,0]オクタン(実施例24と同様にして得た。)113部、及びアセトン339部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた後、50℃まで昇温して、50重量%ヨウ化トリフルオロメチルのアセトン溶液394部を3時間かけて滴下し、80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却した。80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a20)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A17’)309部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A17’)307部及びメタノール307部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶258部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A17−1)191部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A17−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(4)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a20)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A17−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(34)を得た。電解液(34)の水分は48ppmであった。
<実施例35>
・ヨウ化第4級アンモニウムの合成
1−アザビシクロ[4,3,0]ノナン(実施例29と同様にして得た。)125部、及びアセトン375部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた後、50℃まで昇温して、50重量%ヨウ化トリフルオロメチルのアセトン溶液394部を3時間かけて滴下し、80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却した。80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a21)に対応する。Xはヨウ化物イオンである。)(A18’)321部を得た。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、第4級アンモニウム塩(A18’)321部及びメタノール321部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶270部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A18−1)202部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A18−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(7)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a21)に対応する。XはBF イオン)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A18−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(35)を得た。電解液(35)の水分は39ppmであった。
<実施例36>
・ジベンゾチオフェンスルホン酸塩の合成
1−アザビシクロ[4,4,0]デカン(実施例30と同様にして得た。)139部及びアセトン339部を冷却コンデンサ付きステンレス製オートクレーブに仕込み均一に溶解させた後、50℃まで昇温して、50重量%S−(トリフルオロメチル)ジベンゾチオフェニウムー3−スルフォネート(ダイキン株式会社、MEC−21、化学式(9))のアセトン溶液758部を徐々に滴下し、80℃にて反応を行い、30時間後30℃にまで冷却した。80℃減圧脱溶媒を行い、第4級アンモニウム塩(一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a22)に対応する。Xはジベンゾチオフェンスルホン酸イオンである。)(A19’)390部を得た。
Figure 2012094862
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)745部を、ジベンゾチオフェンスルホン酸塩(A19’)389部及びメタノール389部の混合溶液に対して、ゆっくりと混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは混合溶液を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、ヨウ化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶258部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、ヨウ化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加えた後−5℃に冷却し、析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、本発明の電解質(A19−1)188部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、電解質(A19−1)は第4級アンモニウム塩(一般式(8)で表される第4級アンモニウム塩のメチル基をトリフルオロメチル基に置き換えたもの。表2の(a22)に対応する。XはBF イオン)塩であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と電解質(A19−1)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、本発明の電解液(36)を得た。電解液(36)の水分は30ppmであった。
<比較例1>
・第4級スピロアンモニウム塩の合成
1,6−ジブロモヘキサン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)488部、40重量%水酸化ナトリウム水溶液200部及び水150部を均一混合し、この混合液にピペリジン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)170部を徐々に加えて3時間還流した後、30℃に冷却し、ジエチルエーテル800部を加えて抽出し、エーテル層を得た。エーテル層を−5℃で12時間静置して、結晶を析出させた。結晶を濾過し、80℃減圧乾燥して白色結晶を得た。H−NMR分析により、この白色結晶がスピロ(1,1’)−ビピペリジニウムブロマイドであることを確認した。
・BF塩の作成
AgBFメタノール溶液(実施例1と同様にして得た。)188部を、白色結晶198部に対して、ゆっくりと滴下しながら混合した後、濾過し濾液を回収した。回収した濾液中にAgBFメタノール溶液あるいは白色結晶を少しずつ添加することで、濾液中の銀イオン含量を10ppm以下に、臭化物イオン含量を5ppm以下に微調整した後、濾過し濾液を回収した。80℃減圧で濾液の脱溶媒を行い、白色結晶174部を得た。結晶中の銀イオン含量は5ppm以下、臭化物イオン含量は10ppm以下であった。結晶にメタノール600部を加え、30℃で溶解した後−5℃、12時間静置して再結晶させた。析出した結晶を濾過し、80℃減圧乾燥することによって、比較用の電解質(白色結晶)115部を得た。H−NMR、19F−NMR及び13C−NMRで分析した結果、比較用の電解質はスピロ(1,1’)ビピペリジニウムBF 塩(以下、「SPR」と略記する。)であった。H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
脱水プロピレンカーボネート80部と、SPR20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、比較用の電解液(H1)を得た。電解液(H1)の水分は36ppmであった。
<比較例2>
脱水プロピレンカーボネート40部、ジメチルカーボネート40部及びSPRを25℃にて均一混合溶解させ、比較用の電解液(H2)を得た。電解液(H2)の水分は34ppmであった。
<比較例3>
脱水スルホラン80部及びSPRを40℃にて均一混合溶解させ、比較用の電解液(H3)を得た。電解液(H3)の水分は37ppmであった。
<比較例4>
脱水プロピレンカーボネート80部と、テトラエチルアンモニウムBF塩(以下、「TEA」と略記する。シグマアルドリッチジャパン株式会社)20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、比較用の電解液(H4)を得た。電解液(H4)の水分は33ppmであった。
<比較例5>
・1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム炭酸塩の合成
1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン(シグマアルドリッチジャパン株式会社)220部、ジメチル炭酸270部、及びメタノール376部を還流コンデンサ付きステンレス製のオートクレーブに仕込み均一に溶解させた後、130℃まで昇温し、圧力0.8MPaで80時間反応させて、1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム炭酸塩のメタノール溶液を得た。H−NMRにより化学構造を確認した。
・安息香酸塩の作成
1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム炭酸塩のメタノール溶液375部をフラスコに仕込み、攪拌しながら、40重量%安息香酸メタノール溶液155部を50℃にて約3時間かけて徐々に滴下した。炭酸ガスの発生がおさまった後、反応液をロータリーエバポレーターに移し、溶剤を全量除去して、淡黄白色の固体136部を得た。淡黄白色固体130部とエタノール1400部をステンレス製オートクレーブに仕込み、30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃で減圧乾燥して比較用の電解質(1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム安息香酸塩;以下、「MAOIA」と略記する。)(H1)80部を得た。H−NMR及び13C−NMRから構造を確認した。また、H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と、MAOIA20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、比較用の電解液(H5)を得た。電解液(H5)の水分は33ppmであった。
<比較例6>
・1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムコハク酸塩の作成
1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウム炭酸塩のメタノール溶液370部をフラスコに仕込み、攪拌しながら、32重量%コハク酸メタノール溶液175部を50℃にて約3時間かけて徐々に滴下した。炭酸ガスの発生がおさまった後、反応液をロータリーエバポレーターに移し、溶剤を全量除去して、淡黄白色の固体126部を得た。淡黄白色固体130部とエタノール1400部をステンレス製オートクレーブに仕込み、30℃で溶解させた後、−5℃に冷却し12時間静置して再結晶を行った。析出した結晶を濾過し、80℃で減圧乾燥して、比較用の電解質(1−メチル−1−アザビシクロ[2,2,2]オクタン−イウムコハク酸塩;以下、「MAOIC」と略記する。)(H2)76部を得た。H−NMR及び13C−NMRから構造を確認した。また、H−NMRの積分値から、純度は99モル%であった。
・電解液の調製
脱水プロピレンカーボネート80部と、MAOIC20部とを25℃にて均一に混合溶解させて、比較用の電解液(H6)を得た。電解液(H6)の水分は35ppmであった。
実施例及び比較例で得た電解液について、電導度(30℃)を測定した。
また、グラッシーカーボン電極(BASF社、外径6mm、内径1mm)を用い、5mV/secの走査電位速度で、分極測定を行った。すなわち、10μA/cm2 の電流が流れる時のAg/Ag+ 参照電極に対する電位を酸化電位、−10μA/cm2 の電流が流れる時のAg/Ag+ 参照電極に対する電位を還元電位とし、酸化電位と還元電位の値の差から電位窓を算出した。
これらの結果を表3及び4に示した。
なお、溶媒について、各記号は以下の通りである。
PC プロピレンカーボネート
DMC ジメチルカーボネート
SL スルホラン
EC エチレンカーボネート
AN アセトニトリル
3MSL 3−メチルスルホラン
BC ブチレンカーボネート
EMC エチルメチルカーボネート
γBL γ−ブチロラクトン
DEC ジエチルカーボネート
表3及び4から明らかなように、実施例1〜37の電解液は、比較例1〜6の電解液に比べて、電位窓が著しく大きく、電気化学的安定性が大きいことが示している。
Figure 2012094862

Figure 2012094862

実施例及び比較例で得た電解液を使用して、以下のようにして、3電極式電気二重層キャパシタ(パワーシステム株式会社、図1)を作成した。そして、これらのキャパシタを用いて、充放電サイクル試験を行い、静電容量、内部抵抗及び漏れ電流について評価した。
粉状の活性炭(関西熱化学株式会社、「MSP−20」)、カーボンブラック(電気化学工業株式会社、AB−3)及びポリテトラフルオロエチレン粉(PTFE;ダイキン株式会社、F−104)を、重量比10:1:1で、均一混合した。
ついで、均一混合物を乳鉢にて5分程度練った後、ロールプレスで圧延して活性炭シートを得た。活性炭シートの厚さは、400μmとした。この活性炭シートを20mmΦのディスク状に打ち抜き、活性炭電極を得た。
活性炭電極(正極、負極及び参照極)を用いて、3電極式電気二重層キャパシタ(パワーシステム株式会社)を組み立てた。これらのキャパシタセルを真空中170℃で7時間乾燥し、30℃まで冷却した後、乾燥雰囲気中で電解液をセルに注入し、ついで真空含浸を行い、評価用の電気二重層キャパシタを作製した。
電気二重層キャパシタに充放電試験装置(パワーシステム株式会社、「CDT-5R2-4」)を接続し、設定電圧まで25mAにて定電流充電を行い、充電開始から7200秒後に25mAにて定電流放電を行った。これを設定電圧3.3V、45℃で50サイクル実施し、初期及び50サイクル後の静電容量値及び内部抵抗を測定した。そして、初期の値(X0)と、50サイクル後の値(X50)とから((X50)×100/(X0))、それぞれ、静電容量の保持率(%)及び内部抵抗の増加率(%)を求めた。また50サイクル時の定電圧充電時の漏れ電流を測定した。これらの結果を表5及び6に示した。
表5及び6から明らかなように、実施例1〜37の電解液を使用した電気二重層コンデンサは、比較例1〜6の電解液を使用した電気二重層キャパシタに比べて、容量保持率が高く、内部抵抗増加率が低いことから耐電圧が高いことがわかる。さらに漏れ電流が大幅に低いことから、電解液の電気化学的な安定性の高さが示された。よって本発明の電解液は電気化学キャパシタの経時的な性能劣化を飛躍的に改善し、高信頼性の電気化学素子を構成できることが明らかである。
Figure 2012094862

Figure 2012094862

本発明の電解質は耐電圧が非常に高いため、それを用いた電解液は性能の経時劣化の少ない電気化学素子を製造し得る。したがって、本発明の電解質を用いることによりエネルギー密度が大きく、充放電サイクルに特性に優れた電気化学素子を得ることができる。電気化学素子においては電気化学キャパシタ、二次電池、色素増感太陽電池等に適用可能である。
1 ガイド
2 集電極
3 分極性電極
4 セパレーター
5 4φポリ(テトラフルオロ)エチレンチューブ
6 分極性電極
7 ガイド
8 6φポリ(テトラフルオロ)エチレンチューブ
9 Oリング(大)
10 本体
11 アースラグ
12 M3セムスネジ
13 仕切板
14 固定軸
15 参照電極
16 ボトムカバー
17 アースラグ
18 配管アダプター
19 固定ナット
20 ポリ(テトラフルオロ)エチレンワッシャー
21 注液栓
22 Oリング(小)
23 トップカバー
24 アースラグ
25 スプリング

Claims (6)

  1. 一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩(A)を含有してなる電気二重層キャパシタ用電解質(B)。
    Figure 2012094862


    [Rはメチル基、エチル基又はトリフルオロメチル基である。R2は水素原子である。R3〜R14は水素原子である。C及びCは炭素原子、Nは窒素原子である。hは0〜3の整数であり、iは2〜4の整数、jは1〜4の整数、x、y及びzは0であり、同じでも異なっていてもよい。(h+x)が0のとき窒素原子Nと炭素原子Cとが直接結合していることを示す。Xは対アニオンを表し、該対アニオンの第一原理分子軌道計算によるHOMOエネルギーが、−0.60〜−0.20a.u.であって、BF 、PF 及びCFSO からなる群より選ばれる少なくとも1種である。]
  2. 第4級アンモニウム塩(A)が一般式(2)で表される化合物(A2)である請求の範囲第1項に記載の電気二重層キャパシタ用電解質(B)。
    Figure 2012094862
  3. 第4級アンモニウム塩(A)が一般式(3)で表される化合物(A3)である請求の範囲第1項に記載の電気二重層キャパシタ用電解質(B)。
    Figure 2012094862
  4. 請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ用電解質(B)及び非水溶媒(C)を含有してなる電気二重層キャパシタ用電解液。
  5. 非水溶媒(C)がプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、スルホラン、3−メチルスルホラン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、キシレン、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,3−ジクロロベンゼン及び1,4−ジクロロベンゼンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求の範囲第4項に記載の電気二重層キャパシタ用電解液。
  6. 請求の範囲第4項又は第5項に記載の電気二重層キャパシタ用電解液を用いる電気二重層キャパシタ。
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