专利名称：离子液体、非水电解质及蓄电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含离子液体(也称为常温熔融盐)的蓄电装置。蓄电装置是指所有具有蓄电功能的元件及装置。
背景技术：
作为蓄电装置之一的锂二次电池被应用于移动电话、电动汽车(EV =ElectricVehicle)等各种各样的用途中，作为锂二次电池，需要具有如下特性:高能量密度、优良的循环特性及在各种工作环境下的安全性等。大多通用的锂二次电池包含非水电解质(也称为电解液)，该非水电解质包含非水溶剂和含有锂离子的锂盐。并且，作为该非水电解质而经常使用的有机溶剂是一种在常温常压下为液体的有机溶剂，例如具有高介电常数且具有良好的离子传导性的碳酸乙烯酯
坐寸ο但是，上述有机溶剂具有挥发性并具有低闪点。因此，当将含有上述有机溶剂的非水溶剂用作锂二次电池的电解液时，有可能因内部短路或过充电等导致锂二次电池内部温度上升而使锂离子二次电池爆裂或起火等。考虑到上述问题，已提出使用具有耐燃性及不挥发性的离子液体作为锂二次电池的非水电解质的非水溶剂。当将离子液体用作锂二次电池的非水电解质的溶剂时，有由于离子液体的抗还原性低而不能够使用低电位负极材料的问题。于是，公开了通过提高季铵盐的离子液体的抗还原性来实现在不使用添 加剂的情况下使作为低电位负极材料的锂溶解及析出的技术(参照专利文献I)。[专利文献I]日本专利申请公开2003-331918号公报
发明内容
发明所要解决的课题然而，在如上所述那样抗还原性得到提高的离子液体中，其还原电位与锂的氧化还原电位大致相同，人们希望进一步提高抗还原性。 另外，在包括正极、负极、非水电解质及隔离体的蓄电装置中，当该非水电解质包含杂质时，因蓄电装置的充放电工作而该杂质发生分解，导致循环特性的下降等蓄电装置的特性不良。尤其是，工作环境的温度越高，越显著地出现蓄电装置的特性劣化。由此，要求减少构成非水电解质的非水溶剂及盐中的杂质。作为蓄电装置中的非水电解质的溶剂，离子液体有时根据其合成方法非意图性地包含容易分解的副产物而生成。尤其是，在包含脂环季铵阳离子的离子液体中，在使用卤代烷基将烷基引入到脂环骨架中而合成该离子液体的情况下，当将含有卤素的有机溶剂用作反应溶剂时，有时作为副产物，形成与含有卤素的取代基键合的脂环季铵盐。当将通过上述合成方法制造的离子液体用作非水电解质的溶剂时，该副产物有可能成为导致蓄电装置的特性劣化的杂质。如此，当将包含与含有卤素的取代基键合的脂环季铵阳离子的离子液体用作蓄电装置的非水电解质的溶剂时，发生蓄电装置的特性劣化，所以不是优选的。于是，本发明的课题之一是提供一种在将离子液体用作非水电解质的溶剂的蓄电装置中具有高性能的蓄电装置。尤其是，本发明的课题之一是提供一种在将包含脂环季铵阳离子的离子液体用作非水电解质的溶剂的蓄电装置中抑制因该离子液体的副产物(对蓄电装置的杂质)分解而导致的特性劣化的蓄电装置。解决课题所采用的技术方案鉴于上述课题，在本发明的一个方式中，在包含正极、负极和使用离子液体的非水电解质的蓄电装置中使用有可能成为蓄电装置的杂质的副产物得以减少的高纯度的离子液体。尤其是，当将用作非水电解质的溶剂的离子液体制成包含脂环季铵阳离子的离子液体时，通过不使用含有卤素的有机溶剂而合成该脂环季铵阳离子，可以制造副产物(尤其是，包含含有卤素的取代基的脂环季铵阳离子)得以减少的高纯度的离子液体。并且，通过将一个以上的取代基(尤其是，电子给予性的取代基)引入到该脂环季铵阳离子的脂环骨架，可以制造抗还原性得到提高的离子液体，并且通过将该离子液体用作非水电解质的溶剂，可以制造高性能的蓄电装置。于是，本发 明的一个方式是一种包括正极、负极和非水电解质的蓄电装置，其中，非水电解质包含离子液体和碱金属盐，该离子液体包含:具有一个以上的取代基的第一脂环季铵阳离子；具有与第一脂环季铵阳离子的脂环骨架相同的脂环骨架，且与上述相同的脂环骨架的氮键合的取代基中的一个是含有卤素的取代基的第二脂环季铵阳离子；以及与第一脂环季铵阳离子及第二脂环季铵阳离子相对应的阴离子，其中离子液体中的包含第二脂环季铵阳离子的盐的含量为离子液体的每单位重量的I重量％以下或非水电解质的每单位重量的0.8重量％以下。在上述结构中，一个以上的取代基与第一脂环季铵阳离子的脂环骨架中的碳及第二脂环季铵阳离子的脂环骨架中的碳键合。并且，含有卤素的取代基与第二脂环季铵阳离子的氮键合。另外，在上述结构中，第一脂环季铵阳离子的脂环骨架的碳数优选为5以下。具体而言，本发明的一个方式是一种包括正极、负极和非水电解质的蓄电装置，其中，非水电解质至少包含离子液体和碱金属盐，该离子液体包含:以通式(Gl)表示的脂环季铵阳离子；以通式(G2)表示的脂环季铵阳离子；以及选自一价酰亚胺类阴离子、一价甲基化物类阴离子、全氟烷基磺酸阴离子、四氟硼酸盐或六氟磷酸盐中的任一种阴离子，其中离子液体中的包含以通式(G2)表示的脂环季铵阳离子的盐的含量为离子液体的每单位重量的I重量％以下或非水电解质的每单位重量的0.8重量％以下。[化学式I]
权利要求
1.一种离子液体，包含: 具有一个以上的取代基的第一脂环季铵阳离子； 具有与所述第一脂环季铵阳离子的脂环骨架相同的脂环骨架的第二脂环季铵阳离子；以及 与所述第一脂环季铵阳离子及所述第二脂环季铵阳离子相对应的阴离子， 其中，在所述第二脂环季铵阳离子中，与所述脂环骨架中的氮原子键合的取代基中的一个是含有齒素的取代基， 并且，包含所述第二脂环季铵阳离子的盐的含量为包含所述第一脂环季铵阳离子的盐和包含所述第二脂环季铵阳离子的所述盐的每单位重量的I重量％以下。
2.根据权利要求1所述的离子液体，其中，与所述第一脂环季铵阳离子中的氮原子键合的取代基具有不同数量的碳原子。
3.根据权利要求1所述的离子液体，其中，所述第一脂环季铵阳离子的所述脂环骨架中的碳数为5以下。
4.一种离子液体,包含: 以通式(Gl)表示的脂环季铵阳离子； 以通式(G2)表示的脂环季铵阳离子；以及 选自一价酰亚胺类阴 离子、一价甲基化物类阴离子、全氟烷基磺酸阴离子、四氟硼酸盐和六氟磷酸盐中的任一个的阴离子， 其中，包含以通式(G2)表示的所述脂环季铵阳离子的盐的含量为包含以通式(Gl)表示的所述脂环季铵阳离子的盐和包含以通式(G2)表示的所述脂环季铵阳离子的所述盐的每单位重量的I重量％以下，
5.一种非水电解质,包含离子液体和碱金属盐， 所述离子液体包含: 具有一个以上的取代基的第一脂环季铵阳离子；具有与所述第一脂环季铵阳离子的脂环骨架相同的脂环骨架的第二脂环季铵阳离子；以及 与所述第一脂环季铵阳离子及所述第二脂环季铵阳离子相对应的阴离子， 其中，在所述第二脂环季铵阳离子中，与所述脂环骨架中的氮原子键合的取代基中的一个是含有齒素的取代基， 并且，在所述离子液体中，包含所述第二脂环季铵阳离子的盐的含量为所述离子液体的每单位重量的I重量％以下。
6.一种非水电解质，包含离子液体和碱金属盐， 所述离子液体包含: 具有一个以上的取代基的第一脂环季铵阳离子； 具有与所述第一脂环季铵阳离子的脂环骨架相同的脂环骨架的第二脂环季铵阳离子； 以及 与所述第一脂环季铵阳离子及所述第二脂环季铵阳离子相对应的阴离子， 其中，在所述第二脂环季铵阳离子中，与所述脂环骨架中的氮原子键合的取代基中的一个是含有齒素的取代基， 并且，在所述离子液体中，包含所述第二脂环季铵阳离子的盐的含量为所述离子液体和所述碱金属盐的每单位重量的0.8重量％以下。
7.根据权利要求5或6所述的非水电解质， 其中，所述一个以上的取代基键合于所述第一脂环季铵阳离子的所述脂环骨架中的碳原子及所述第二脂环季铵阳离子的所述脂环骨架中的碳原子， 并且，含有所述卤素的所述取代基键合于所述第二脂环季铵阳离子中的所述氮原子。
8.根据权利要求5或6所述的非水电解质，其中，所述第一脂环季铵阳离子的所述脂环骨架中的碳原子数为5以下。
9.一种非水电解质，包含离子液体和碱金属盐， 所述离子液体包含: 以通式(Gl)表示的脂环季铵阳离子； 以通式(G2)表示的脂环季铵阳离子；以及 选自一价酰亚胺类阴离子、一价甲基化物类阴离子、全氟烷基磺酸阴离子、四氟硼酸盐和六氟磷酸盐中的任一个的阴离子， 其中，在所述离子液体中，包含以通式(G2)表示的所述脂环季铵阳离子的盐的含量为所述离子液体的每单位重量的I重量％以下，
10.一种非水电解质，包含离子液体和碱金属盐， 所述离子液体包含: 以通式(Gl)表示的脂环季铵阳离子； 以通式(G2)表示的脂环季铵阳离子；以及 选自一价酰亚胺类阴离子、一价甲基化物类阴离子、全氟烷基磺酸阴离子、四氟硼酸盐和六氟磷酸盐中的任一个的阴离子， 其中，在所述离子液体中，包含以通式(G2)表示的所述脂环季铵阳离子的盐的含量为所述离子液体和所述碱金属盐的每单位重量的0.8重量％以下， [化学式5]'
11.根据权利要求5、6、9和10中任一项所述的非水电解质，其中，所述碱金属盐是锂盐。
12.—种蓄电装置,其包括正极、负极和权利要求5、6、9和10中任一项所述的非水电解质。
全文摘要
本发明涉及离子液体、非水电解质及蓄电装置。本发明提供一种在将离子液体用作非水电解质的溶剂的蓄电装置中具有高性能的蓄电装置。本发明的一个方式是一种包括正极、负极、非水电解质及隔离体的蓄电装置，其中，非水电解质包含离子液体和碱金属盐，该离子液体包含具有一个以上的取代基的第一脂环季铵阳离子；具有与第一脂环季铵阳离子的脂环骨架相同的脂环骨架，且与上述相同的脂环骨架的氮键合的取代基中的一个是含有卤素的取代基的第二脂环季铵阳离子；以及与第一脂环季铵阳离子及第二脂环季铵阳离子相对应的阴离子，其中离子液体中的第二脂环季铵阳离子的含量为离子液体的每单位重量的1重量％以下或非水电解质的每单位重量的0.8重量％以下。
文档编号H01M10/0569GK103172556SQ20121056364
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2011年12月23日
发明者板仓亮, 伊藤恭介, 横井里枝, 石川纯 申请人:株式会社半导体能源研究所