离子液体、非水电解质及蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及离子液体、非水电解质及蓄电装置。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Ionic liquids, non-aqueous electrolytes and storage devices

The invention relates to ionic liquids, non-aqueous electrolytes and storage devices. The invention provides a storage device with high performance in a storage device using ionic liquids as a solvent for non-aqueous electrolytes. One way of the invention is a storage device comprising positive, negative, non-aqueous electrolyte and isolator, in which the non-aqueous electrolyte contains ionic liquids and alkali metal salts. The ionic liquids include: the first alicyclic quaternary ammonium cation having more than one substituent group; the alicyclic framework having the same alicyclic framework as the first alicyclic quaternary ammonium cation, and the same aliphatic framework as the above-mentioned alicyclic quaternary ammonium cation. One of the nitrogen-bonded substituents of the cyclic skeleton is the second alicyclic quaternary ammonium cations containing halogen substituents, and the corresponding anions with the first alicyclic quaternary ammonium cations and the second alicyclic quaternary ammonium cations. The content of the second alicyclic quaternary ammonium cations in ionic liquids is less than 1% of the weight of ionic liquids or 0.8% of the weight of non-aqueous electrolytes Less than% weight.

【技术实现步骤摘要】
离子液体、非水电解质及蓄电装置
本专利技术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。
技术介绍
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等。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1)。[专利文献1]日本专利申请公开2003-331918号公报
技术实现思路
专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，在本专利技术的一个方式中，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，本专利技术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1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，本专利技术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(G1)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1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1](在通式(G1)中，R1至R5分别表示氢原子或碳数为1至20的烷基。)[化学式2](在通式(G2)中，R1至R5分别表示氢原子或碳数为1至20的烷基。)另外，在上述结构中，作为非水电解质所包含的碱金属盐，通过采用锂盐，可以用作载体离子为锂离子的蓄电装置。该蓄电装置例如为锂二次电池或锂离子电容器等。专利技术的效果根据本专利技术的一个方式，可以提供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，可以提供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该离子液体的副产物(对蓄电装置而言的杂质)分解而导致的特性劣化得到抑制的蓄电装置。具体而言，可以制造即使在温度较高的工作环境下也具有良好的循环特性及高可靠性的蓄电装置。附图说明图1A和1B是示出本专利技术的一个方式的二次电池的结构的立体图及剖视图；图2A和2B是示出本专利技术的一个方式的二次电池的电极结构的俯视图及剖视图；图3A和3B是示出本专利技术的一个方式的二次电池的集流体结构及电极结构的立体图；图4A至4C是示出本专利技术的一个方式的二次电池的电极结构的剖视图；图5是用来说明使用本专利技术的一个方式的蓄电装置的电器设备的图；图6A至6C是用来说明使用本专利技术的一个方式的蓄电装置的电器设备的图；图7A和7B是用来说明使用本专利技术的一个方式的蓄电装置的电器设备的图；图8A至8C是本专利技术的一个方式的离子液体的1HNMR图；图9A至9C是说明本专利技术的一个方式的离子液体的1HNMR图；图10A和10B是说明本专利技术的一个方式的离子液体的1HNMR图；图11是示出本专利技术的一个方式的离子液体的电压－电流特性的图；图12是说明本专利技术的一个方式的蓄电装置的制造方法的图；图13是说明本专利技术的一个方式的蓄电装置的循环特性的图；图14是示出校正曲线的图，该校正曲线用来对使用含有卤素的有机溶剂合成的离子液体所包含的副产物进行定量。符号的说明100硬币型二次电池101负极集流体102负极活性物质层103负极104正极集流体105正极活性物质层106正极107非水电解质108隔离体109框体111框体121垫片142正极集流体143正极活性物质层145负极集流体146负极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成离子液体的方法，包括步骤：使叔胺化合物和卤化烷基化合物在第一溶液中反应以得到第一产物；并且其中第一溶液包含在结构式中不含卤素元素的第一有机溶剂，其中第一产物包含由式(G1)表示的阳离子：

【技术特征摘要】
2011.12.23 JP 2011-2824861.一种合成离子液体的方法，包括步骤：使叔胺化合物和卤化烷基化合物在第一溶液中反应以得到第一产物；并且其中第一溶液包含在结构式中不含卤素元素的第一有机溶剂，其中第一产物包含由式(G1)表示的阳离子：其中R1～R5各自表示氢原子、具有1～4个碳原子的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基的任一种，其中离子液体中的包含由式(G2)表示的阳离子的化合物的浓度低于0.67wt％：并且其中叔胺化合物和卤化烷基化合物的反应在回流下进行。2.一种合成离子液体的方法，包括步骤：使叔胺化合物和卤化烷基化合物在第一溶液中反应以得到第一产物；并且在第一产物和金属盐之间交换离子以得到离子液体，其中第一溶液包含在结构式中不含卤素元素的第一有机溶剂，其中叔胺化合物包含一个六元环，其中第一产物包含式(G1)所代表的阳离子：其中R1～R5各自表示氢原子、具有1～4个碳原子的烷基、甲氧基、甲氧基甲基和甲氧基乙基的任一种，其中离子液体中的包含由式(G2)表示的阳离子的化合物的浓度低于0.67wt％：并且其中叔胺化合物和卤化烷基化合物的反应在回流下进行。3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属盐包含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。4.如权利要求2所述的方法，其中所述金属盐包括钾。5.如权利要求1或2所述的方法，其中叔胺化合物由式(β-9)表示：6.一种合成离子液体的方法，包括步骤：使叔胺化合物和卤化烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：板仓亮，伊藤恭介，横井里枝，石川纯，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本,JP