专利名称：季铵盐、电解质、电解液以及电化学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及季铵盐、电解质、电解液及电化学装置。更详细地讲，涉及可作为对于有机溶剂溶解性高、耐电压、导电性高的电解质使用的功能性材料。
背景技术：
近年，要求提高电池或电容器为代表的电化学装置的输出密度、能量密度，从耐电压性的观点考虑，电解液广泛使用有机系已超过水系。作为有机电解液可举出使碱金属盐或固体铵盐溶解于碳酸亚丙酯等有机溶剂中的例子，前者作为锂离子电池用的电解液使用，后者作为双电层电容器的电解液使用。有机电解液的导电性比水系差，为了提高导电性已进行了许许多多的有关有机溶剂或电解质的研究。使固体状电解质溶解于溶剂中的非水电解液，其电解液的导电性随电解质的浓度 发生变化。由于电解液中的离子浓度随浓度的上升而增加，虽然电导率增加但很快达到极大点。电导率达到极大点便开始减少，这估计是由于随着电解液中离子数的增多，溶剂-离子、离子-离子间的相互作用增大而使电解质难以离解、同时电解液的粘度增大的缘故。如果电解质浓度再增加，变得不能再离解，则电解质浓度发生饱和。因此在要提高电解质浓度的场合存在电解质难溶解的问题。另外在低温环境下使用使高浓度的电解质溶解的电解液时产生盐的析出，也产生电解液的导电性变差的问题。为了提高电解质的解离度通常优选高介电常数溶剂，已使用碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、Y-丁内酯等。而电解质优选使用四乙基四氟硼酸铵或三乙基甲基四氟硼酸铵等，这些电解质虽然在高介电常数溶剂中比较容易进行溶解，但在常温下极限是2M左右，更高的浓度或在低温域有产生结晶析出的不妥问题。另外在低介电常数溶剂中几乎不溶解，是不能作为电解液使用的水平。另外在要求高电压的使用中，溶剂使用碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、Y-丁内酯等场合，即使将电解质变换成高耐电压型也受溶剂的分解电压所控制，过去的电容器的工作电压上限是2. 5V左右。在超过2. 5V的电压下工作时引起电解液(主要是溶剂)的电化学分解、性能明显降低、产生气体等不良现象便随之发生。在作为混合动力汽车、电动汽车之类移动体的能量储藏装置的电容器应用中在要求提高能量密度，工作电压的提高是提高能量密度的有效手段，但以往的电解液不能提高耐电压，故要谋求耐电压更高的电解质、溶剂。电容器的静电能量与耐电压的平方成正比，故即使提高很少的耐电压也是所迫切期望的。作为耐电压更高的溶剂可举出乙基甲基碳酸酯等链状碳酸酯类，但在介电常数低的这些溶剂中，以往的四乙基四氟硼酸铵或三乙基甲基四氟硼酸铵等电解质溶解度低，是不能作为电解液使用的水平。近年，发现了熔点在常温附近的盐或熔点在常温以下的盐(常温熔融盐)，众所周知这样的盐在常温下即使是固体但与通常的电解质相比在有机溶剂中也溶解成高浓度。而且常温熔融盐以任意的比例与特定的有机溶剂互混。因此，可以得到在有机溶剂中即使溶解以往的固体状电解质也不能实现的高浓度的电解液，而且虽然是高浓度，但是在低温环境下也难产生盐析出的问题。此外由于常温熔融盐其盐的本身是液体，故也可以将盐单质作为电解液使用。专利文献I中记载了例如，导入了烷氧基烷基的脂肪族铵盐在非水系有机溶剂中的溶解性好，低温时难于引起盐的析出(参照专利文献I)。但是，该文献中，对该常温溶融盐溶解在耐电压低的溶剂碳酸亚丙酯中作了评价。如上述，为了提高电容器的能量密度，重要的是使用耐电压高的溶剂。另一方面，举出了提高电解液的电导率也是有效的方法。电容器与二次电池比较，最大的特征之一是大电流下可以充放电，如果大电流放电，由于阻抗带来的损失的能量增大。极端地说，即便是好不容易在电容器中储存的能量，大半由于阻抗热也被损失。因此，降低电容器的阻抗与提高电容器中储存的能量中实质上可以利用的能量相关联，提高电解液的电导率是重要的。
[专利文献I]WO02/076924号公报本发明的目的在于提供不仅具有高的电传导性，对作为耐电压高的溶剂的链状碳酸酯的溶解性好、在低温下的可靠性好、耐电压高的电解液以及电化学装置。
发明内容
本发明涉及以下的发明。I.式⑴表示的季铵盐。
权利要求
1.式⑴表示的季铵盐，
2.组合物，其特征在于，包含权利要求I记载的季铵盐中的至少一种和有机溶剂。
3.权利要求2记载的组合物，其中，有机溶剂是链状碳酸酯。
4.权利要求3记载的组合物，其中，链状碳酸酯是选自乙基甲基碳酸酯以及二甲基碳酸酷中I种以上的链状碳酸酷。
5.权利要求4记载的组合物，其中，链状碳酸酯为乙基甲基碳酸酯。
6.式(3)表示的季铵盐作为电解质的应用，
7.电解液，其特征在于，含有作为电解质的权利要求I记载的季铵盐中的至少一种。
8.电解液，其特征在于，含有作为电解质的权利要求I记载的季铵盐中的至少一种和有机溶剂。
9.权利要求8记载的电解液，其中，有机溶剂是链状碳酸酯。
10.权利要求9记载的电解液，其中，链状碳酸酯是选自乙基甲基碳酸酯以及二甲基碳Ife酷中的I种以上的链状碳Ife酷。
11.权利要求10记载的电解液，其中，链状碳酸酯是乙基甲基碳酸酯。
12.权利要求8记载的电解液，其中，有机溶剂是环状碳酸酯。
13.电化学装置，其特征在于，使用权利要求7 12的任一项记载的电解液。
14.双电层电容器，其特征在于，使用权利要求7 12的任一项记载的电解液。
15.二次电池,其特征在于,使用权利要求7 12的任一项记载的电解液。
16.式⑴表示的季铵盐的制造方法，其特征在于，包括(a)通过使式(5)的烷基吡咯烷和式出)的化合物反应，制造式(Ia)表示的季铵盐的工序，
17.式(9)表示的季铵盐的制造方法，其特征在于，使式(8)的季铵盐与BF3反应，
18.式(11)表示的季铵盐的制造方法，其特征在于，使式(10)的季铵盐与AlF3反应，
全文摘要
本发明涉及季铵盐、电解质、电解液以及电化学装置，其中季铵盐为式(1)表示的季铵盐，(式中，R1表示碳数1-4的直链或者支链的烷基，R2表示碳数1-3的直链或者支链的烷基。X-表示CF3CO2-、CF3SO3BF3-、ClBF3-、AlF4-、CF3BF3-、C2F5BF3-、N(SO2F)2-、PF6-、AsF6-或者SbF6-)。
文档编号H01M10/056GK102731435SQ201210084918
公开日2012年10月17日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年1月12日
发明者冈昭范, 富崎惠, 平野一孝, 德田弘晃, 田代康贵, 西田哲郎, 锅岛亮浩, 阿部吉伸, 鹤丸一志 申请人:大塚化学株式会社, 斯特拉化工公司