專(zhuān)利名稱(chēng)：電化學(xué)元件用電解液、其探索方法和制造方法及電化學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電偶極子層電容器等電化學(xué)元件的電化學(xué)元件用電解液、其探索方法和制造方法，以及使用了該電解液的電化學(xué)元件。
背景技術(shù)：
作為以往的電化學(xué)元件用電解液之一，例如有日本專(zhuān)利第3130228號(hào)所示的含咪唑啉化合物的電解液。由于該電解液顯現(xiàn)高耐電壓性和低電解液電阻性，所以被用于各種電化學(xué)元件。用于電化學(xué)元件的電解液的耐電壓性高意味著能夠蓄積更多的能量，電解液電阻小意味著能夠更有效地蓄積并供給能量。含咪唑啉化合物中的1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的電解液顯現(xiàn)高耐電壓性，非常有用。
但是，近年希望開(kāi)發(fā)出耐電壓性高于含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的電解液的電解液。
電解液的開(kāi)發(fā)中，以往采用了首先形成電解液，然后測(cè)定其耐電壓性來(lái)評(píng)估電解液的方法，但很難預(yù)測(cè)怎樣的電解液具備高耐電壓性，因此，不得不重復(fù)多次嘗試，這就需要大量的時(shí)間和成本。
本發(fā)明的目的是提供耐電壓性高于含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的電解液的咪唑啉鎓鹽系電解液，以及使用了該電解液的電化學(xué)元件。此外，其目的是有效地制造前述電解液。
發(fā)明的揭示為了解決上述課題，本發(fā)明提供電化學(xué)元件用電解液，該電解液中形成離子締合體，該離子締合體包含具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，具有5組以上的前述陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)。
此外，本發(fā)明提供電化學(xué)元件用電解液的探索方法，該方法是任意地設(shè)定具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，對(duì)于設(shè)定的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，用模擬方法判定是否形成具有5組以上的陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離為2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)的離子締合體，選擇判定形成前述離子締合體的陰離子成分和陽(yáng)離子成分作為電解液的溶質(zhì)。
此外，本發(fā)明提供電化學(xué)元件用電解液的制造方法，該方法是任意地設(shè)定具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，對(duì)于設(shè)定的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，用模擬方法判定是否形成具有5組以上的陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離為2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)的離子締合體，選擇判定形成前述離子締合體的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，制造包含選擇的陰離子成分和陽(yáng)離子成分作為溶質(zhì)的電解液。
另外，本發(fā)明提供電化學(xué)元件，該元件使用了形成離子締合體的電解液，該離子締合體包含具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，具有5組以上的前述陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)。
本發(fā)明的最大的特征是，為了提高電解液的耐電壓性，著眼于使用了咪唑啉鎓鹽系的陽(yáng)離子成分和含氟原子的陰離子成分時(shí)的陽(yáng)離子成分的氫原子和陰離子成分的氟原子的原子間距離，判定該距離。
離子締合體中，陰離子的氟原子和陽(yáng)離子的氫原子的原子間距離會(huì)對(duì)耐電壓性產(chǎn)生重要的影響。由原子間距離較小的氟原子和氫原子形成的氫鍵具有使離子締合體的能量穩(wěn)定化的效果。另一方面，離子締合體的能量越穩(wěn)定，電解液中互相作用的陰離子和陽(yáng)離子越不易被氧化還原，存在顯現(xiàn)高耐電壓性的傾向。
因此，離子締合體中形成的氫鍵的數(shù)目越多，換言之，原子間距離小的氟原子·氫原子對(duì)的數(shù)目越多，則耐電壓性升高的可能性越高。
基于這個(gè)理論，最初用模擬方法僅提取具有高耐電壓性的可能性極高的電解液，然后再實(shí)際構(gòu)成所提取的電解液。規(guī)定具有5組以上的原子間距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)是為了實(shí)現(xiàn)高于含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的以往的電解液的耐電壓性。對(duì)于構(gòu)成的電解液，通過(guò)測(cè)定確認(rèn)耐電壓性。這樣，就能夠通過(guò)有效地探索制造滿(mǎn)足所希望的高耐電壓性的電解液，可大幅度地縮小電解液的開(kāi)發(fā)所用的時(shí)間和成本。
本發(fā)明的電化學(xué)元件使用了以上探索、制得的顯現(xiàn)高耐電壓性的電解液，由于單位體積或單位重量可蓄積的能量大，所以能夠作為各種工業(yè)設(shè)備和燃料電池汽車(chē)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用電源等需要高輸出功率和高能量的電源部件使用。作為蓄積一定的能量的電源部件，可實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。
作為用于本發(fā)明的電化學(xué)元件用電解液的陰離子成分，較好為PF6-、BF4-、AsF6-、SbF6-、N(RfSO3)2-、C(RfSO3)3-、RfSO3-(式中，Rf表示碳原子數(shù)1～12的氟烷基)、F-、AlF4-、TaF6-、NbF6-、SiF6-或F(HF)n-(式中，n表示1以上4以下的數(shù)值)。N(RfSO3)2-、C(RfSO3)3-、RfSO3-表示的陰離子中所含的Rf可例舉三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基及九氟丁基等，其中，較好的是三氟甲基、五氟乙基及七氟丙基，更好的是三氟甲基及七氟乙基，特別的是三氟甲基。這些陰離子成分中，更好的是PF6-(六氟磷酸鹽)、BF4-(四氟硼酸鹽)，特好為BF4-。
作為陽(yáng)離子成分，較好的是至少具有1個(gè)可被氟原子取代的碳原子數(shù)1～20的烴基的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物。烴基可以是烷基，特好為1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽。
作為其它較好的陽(yáng)離子成分，可例舉下述式(1)表示的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物， 式中，R1、R3為相同或不同的碳原子數(shù)1～4的烴基，R2為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烴基，Rf1、Rf2為相同或不同的CnF2n+1(n＝1～4的整數(shù))表示的氟烷基或氫原子，且Rf1、Rf2的至少一方為氟烷基。
具體來(lái)講，陽(yáng)離子成分可采用1-乙基-3-甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1-乙基-3-甲基-5-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1-乙基-3-甲基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二甲基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二乙基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二乙基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽中的至少1種。
本發(fā)明的電解液中可含有非水溶劑。作為非水溶劑可采用公知的溶劑，可根據(jù)上述陰離子成分和陽(yáng)離子成分構(gòu)成的電解質(zhì)鹽的溶解性和電化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇，例如，可例舉以下的溶劑，也可并用其中的2種以上。
醚碳原子數(shù)4～12的鏈狀醚(乙醚、甲基異丙基醚、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二乙醚、四甘醇二乙醚、二甘醇二乙醚及三甘醇二甲醚等)，以及碳原子數(shù)4～12的環(huán)狀醚{四氫呋喃、1，3-二氧戊環(huán)、1，4-二噁烷、4-丁基二氧戊環(huán)及冠醚(1，4，7，10，13，16-六氧雜環(huán)十八烷等)等}。
酰胺碳原子數(shù)3～6的鏈狀酰胺(N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基丙酰胺及六甲基磷酰胺等)，碳原子數(shù)4～6的環(huán)狀酰胺(吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷酮等)。
羧酸酯碳原子數(shù)3～8的鏈狀酯(乙酸甲酯、丙酸甲酯及己二酸二甲酯等)，以及碳原子數(shù)4～5的環(huán)狀酯(γ-丁內(nèi)酯、α-乙?；?γ-丁內(nèi)酯、β-丁內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯及σ-戊內(nèi)酯等)。
腈碳原子數(shù)2～5的腈(乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、3-乙氧基丙腈及丙烯腈等)。
碳酸酯碳原子數(shù)3～4的鏈狀碳酸酯(碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯及碳酸二乙酯)，以及碳原子數(shù)3～4的環(huán)狀碳酸酯(碳酸亞乙酯、碳酸異丙烯酯、碳酸亞丁酯及碳酸亞乙烯酯等)。
亞砜碳原子數(shù)2～6的鏈狀亞砜(二甲亞砜及二丙亞砜等)，以及碳原子數(shù)4～6的環(huán)狀亞砜(環(huán)丁砜、3-甲基環(huán)丁砜及2，4-二甲基環(huán)丁砜等)。
硝基化合物硝基甲烷及硝基乙烷等。
其它的環(huán)狀化合物N-甲基-2-噁唑啉酮、3，5-二甲基-2-噁唑啉酮及1，3-二甲基-2-咪唑啉酮等。
其中，較好的是碳酸酯、亞砜、羧酸酯及腈。更好的是碳酸酯、亞砜及腈，特好的是碳酸亞乙酯、碳酸異丙烯酯及環(huán)丁砜，最好的是碳酸異丙烯酯及環(huán)丁砜。這些非水溶劑可以是2種以上的混合物，溶劑為混合物時(shí)，最好以選自碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、乙腈、γ-丁內(nèi)酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯及碳酸二乙酯的至少1種為主成分。這里，“為主成分”是指其含量在非水溶劑中為50～99重量％，更好為70～90重量％。
電解液中的非水溶劑含量(重量％)基于電解液的重量，較好為30以上，更好為40以上，特好為50以上，最好為60以上。此外，較好為95以下，更好為90以下，特好為85以下，最好為80以下。在此范圍內(nèi)，很難引發(fā)低溫下的鹽析，可進(jìn)一步改善電化學(xué)電容器的經(jīng)時(shí)性能劣化。
從電化學(xué)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)考慮，電解液中的含水量(ppm)基于電解液容量，較好為300以下，更好為100以下，特好為50以下。在此范圍內(nèi)，能夠抑制電化學(xué)電容器的經(jīng)時(shí)性能下降。電解液中的含水量可用卡爾·費(fèi)希爾法(JIS K0113-1997、電量滴定法)測(cè)定。
作為使電解液中的水分在上述范圍內(nèi)的方法，可例舉使用預(yù)先充分干燥的電解質(zhì)鹽和預(yù)先充分脫水的非水溶劑的方法等。
作為干燥方法，可例舉減壓下加熱干燥(例如，在20托的減壓下于150℃加熱)，使所含的微量的水蒸發(fā)除去的方法等。
作為脫水方法，可例舉減壓下加熱脫水(例如，在100托下加熱)，使所含的微量的水蒸發(fā)除去的方法；使用分子篩(ナカライテスク制，3A1/16等)或活性氧化鋁粉末等除水劑的方法等。
另外，可例舉減壓下對(duì)電解液加熱脫水(例如，在100托的減壓下于100℃加熱)，使所含的微量水蒸發(fā)除去的方法；使用分子篩或活性氧化鋁粉末等除水劑的方法等。
這些方法可單獨(dú)進(jìn)行，也可組合進(jìn)行。其中，較好的是減壓下加熱干燥電解質(zhì)鹽的方法，以及在電解液中加入分子篩的方法。
從電解液的電導(dǎo)度、內(nèi)部電阻的角度考慮，電解液中的電解質(zhì)鹽的濃度較好為0.1摩爾/升以上，更好為0.5摩爾/升以上，從低溫時(shí)的鹽析的角度考慮，較好為4摩爾/升以下，更好為3摩爾/升以下。在不影響到電解液的特性的范圍內(nèi)，可根據(jù)需要混合各種添加劑。
探索、制造電化學(xué)元件用電解液時(shí)的模擬方法可通過(guò)利用哈特里-福克(Hartree-Fock)近似或密度泛函數(shù)法的分子軌道計(jì)算來(lái)實(shí)施。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是作為使用本發(fā)明的電解液的電化學(xué)元件的一例的電偶極子層電容器的外觀圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式以下，具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1本發(fā)明的實(shí)施例1的電化學(xué)元件用電解液中所含的離子締合體的結(jié)構(gòu)(I)如下所示。該結(jié)構(gòu)通過(guò)利用Hartee-Fock法和3-21+G基本函數(shù)的分子軌道計(jì)算求得。構(gòu)成離子締合體的陰離子成分為四氟硼酸鹽，陽(yáng)離子成分為1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽。元素符號(hào)旁的數(shù)字用于區(qū)分各位置的原子。
四氟硼酸鹽具有氟原子F1、氟原子F2、氟原子F3及氟原子F4分別在四面體的各頂點(diǎn)方向與硼原子B1結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽具有氮原子N1、碳原子C2、氮原子N3、碳原子C4、碳原子C5依次結(jié)合，碳原子C5與前述氮原子N1結(jié)合的五元環(huán)。
該五元環(huán)的氮原子N1與構(gòu)成第1乙基的碳原子C6結(jié)合，該碳原子C6與碳原子C9、氫原子H7、氫原子H8結(jié)合，前述碳原子C9與氫原子H10、氫原子H11和氫原子H12結(jié)合。
此外，五元環(huán)的氮原子N3與構(gòu)成第2乙基的碳原子C14結(jié)合，該碳原子C14與碳原子C15、氫原子H16和氫原子H17結(jié)合，前述碳原子C15與氫原子H18、氫原子H19和氫原子H20結(jié)合。
另外，五元環(huán)的碳原子C2與氫原子H13結(jié)合，碳原子C4與氫原子H21結(jié)合，碳原子C5與氫原子H22結(jié)合。
進(jìn)行電解液的開(kāi)發(fā)時(shí)，任意地設(shè)定作為陰離子成分的四氟硼酸鹽，作為陽(yáng)離子成分的1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽，假定該離子締合體(I)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。
然后，對(duì)于該離子締合體(I)，選擇陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的原子間距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)，求得其個(gè)數(shù)。如果在5個(gè)以上，則該陰離子成分和陽(yáng)離子成分的組合就判定為“適合”。
該離子締合體(I)中，存在52個(gè)四氟硼酸鹽的氟原子和1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽的氫原子的組合的氟原子·氫原子對(duì)，氟原子·氫原子對(duì)的原子間距離有52種定義。其中，如以下的表1所示，原子間距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)為7個(gè)。因此，判定四氟硼酸鹽和1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽的組合為“適合”。
表1

將判定為“適合”的四氟硼酸鹽和1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽作為溶質(zhì)使用制造電解液。
這樣就能夠通過(guò)有效地探索、制造所希望的高耐電壓的電解液。
以往的電解液中所含的離子締合體的結(jié)構(gòu)(II)如下所示。構(gòu)成離子締合體的陰離子成分為四氟硼酸鹽，陽(yáng)離子成分為1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽。

四氟硼酸鹽由硼原子B1、氟原子F1、氟原子F2、氟原子F3和氟原子F4構(gòu)成。
1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽中，由氮原子N1、碳原子C2、氮原子N3、碳原子C4、碳原子C5形成了五元環(huán)。
該五元環(huán)的氮原子N1與碳原子C6、氫原子H7、氫原子H8和氫原子H9構(gòu)成的甲基結(jié)合。碳原子C2與氫原子H10結(jié)合。氮原子N3與碳原子C11、氫原子H12、氫原子H13及氫原子H14構(gòu)成的甲基結(jié)合。碳原子C4與碳原子C15、氫原子H16、氫原子H17及氫原子H18構(gòu)成的甲基結(jié)合。碳原子C5與碳原子C19、氫原子H20、氫原子H21及氫原子H22構(gòu)成的甲基結(jié)合。
該離子締合體(II)中，由作為陰離子成分的四氟硼酸鹽的氟原子和作為陽(yáng)離子成分的1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的氫原子構(gòu)成的氟原子·氫原子對(duì)中，原子間距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)如以下的表2所示有3個(gè)。
表2

因此，預(yù)測(cè)含1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽的本發(fā)明的電解液與含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的以往的電解液相比，其耐電壓性提高。
實(shí)際合成1，3-二乙基咪唑啉鎓四氟硼酸鹽，以0.5摩爾/升的濃度將其溶于碳酸異丙烯酯中，制得本發(fā)明的電解液。為了進(jìn)行比較，以0.5摩爾/升的濃度將1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓四氟硼酸鹽溶于碳酸丙烯酯，調(diào)制出以往的電解液。
對(duì)于這兩種電解液，利用循環(huán)伏安測(cè)量法(掃描速度10mV/秒，工作電極玻碳(ダラツシ-カ-ボン)，參比電極Ag+/Ag，對(duì)電極Pt，室溫)，在電流達(dá)到10μA/cm2以下的電壓范圍內(nèi)確定電位差，結(jié)果是本發(fā)明的電解液的電位差比以往的電解液的電位差大0.2V，這說(shuō)明耐電壓性有所提高。
圖1表示作為使用本發(fā)明的電解液的電化學(xué)元件的一例的電偶極子層電容器。
該電偶極子層電容器具有一般的結(jié)構(gòu)，在外殼1的內(nèi)部裝有元件2。元件2通過(guò)使鋁箔等形成的正極3和負(fù)極4隔著由電解紙等形成的隔膜5對(duì)置卷繞、卷繞的正極3和負(fù)極4分別與引線(xiàn)6連接而構(gòu)成。正極3和負(fù)極4中含活性碳，該活性炭的細(xì)孔內(nèi)部浸透了電解液。電偶極子層電容器的耐電壓性在很大程度上受該電解液的左右，可以確認(rèn)通過(guò)使用本發(fā)明的電解液，耐電壓性有大幅提高。
電解電容器等其它電化學(xué)元件如果使用本發(fā)明的電解液，也可獲得高耐電壓性。
實(shí)施例2本發(fā)明的實(shí)施例2的電化學(xué)元件用電解液中所含的離子締合體(III)的結(jié)構(gòu)如下所示。該結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1同樣求得。構(gòu)成離子締合體的陰離子成分為四氟硼酸鹽，陽(yáng)離子成分為1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽。元素符號(hào)旁的數(shù)字用于區(qū)分各位置的原子。
四氟硼酸鹽由硼原子B1、氟原子F1、氟原子F2、氟原子F3及氟原子F4構(gòu)成。
1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽中，氮原子N1、碳原子C2、氮原子N3、碳原子C4、碳原子C5形成了五元環(huán)。
該五元環(huán)的氮原子N1與碳原子C6、氫原子H7、氫原子H8、氫原子H9形成的甲基結(jié)合。碳原子C2與氫原子H10結(jié)合。氮原子N3與碳原子C11、氫原子H12、氫原子H13、氫原子H14形成的甲基結(jié)合。碳原子C4與碳原子C15、氟原子F16、氟原子F17、氟原子F18形成的三氟甲基結(jié)合。碳原子C5與氫原子H19結(jié)合。
該離子締合體(III)中，由陰離子成分(四氟硼酸鹽)的氟原子和陽(yáng)離子成分(1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽)的氫原子構(gòu)成的氟原子·氫原子對(duì)中，原子間距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)如以下的表3所示有5個(gè)。
表3

因此，預(yù)測(cè)含1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽的本發(fā)明的電解液與含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的以往的電解液(參考實(shí)施例1)相比，其耐電壓性提高。
實(shí)際合成1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓四氟硼酸鹽，以0.5摩爾/升的濃度將其溶于碳酸異丙烯酯中，制得本發(fā)明的電解液。為了進(jìn)行比較，以0.5摩爾/升的濃度將1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓四氟硼酸鹽溶于碳酸異丙烯酯，調(diào)制出以往的電解液。
對(duì)于這兩種電解液，利用循環(huán)伏安測(cè)量法(掃描速度10mV/秒，工作電極玻碳，參比電極Ag+/Ag，對(duì)電極Pt，室溫)，在電流達(dá)到1mA/cm2以下的電壓范圍內(nèi)確定電位差，本發(fā)明的電解液的電位差比以往的電解液的電位差大0.9V，這說(shuō)明耐電壓性有所提高。
本發(fā)明的電解液用于電偶極子層電容器或電解電容器等電化學(xué)元件，可獲得高耐電壓性。
如上所述，本發(fā)明最初利用模擬方法僅提取具有高耐電壓性可能性極高的電解液，然后再實(shí)際調(diào)制提取的電解液，通過(guò)測(cè)定其耐電壓性進(jìn)行確認(rèn)，能夠有效地探索、制造耐電壓性高于含1，3，4，5-四甲基咪唑啉鎓鹽的以往的電解液的電解液。該電解液兼具以往的咪唑啉鎓鹽系電解液所顯現(xiàn)的低電解液電阻。因此，通過(guò)將該電解液作為電化學(xué)元件用電解液使用，能夠獲得適用于各種工業(yè)設(shè)備和燃料電池汽車(chē)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用電源等的能量密度高的電化學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.電化學(xué)元件用電解液，其特征在于，所述電解液中形成離子締合體，該離子締合體包含具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，具有5組以上的前述陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陰離子成分包含了四氟硼酸鹽。
3.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陰離子成分包含了六氟磷酸鹽。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陽(yáng)離子成分包含了至少具有1個(gè)可被氟原子取代的碳原子數(shù)1～20的烴基的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物。
5.如權(quán)利要求4所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，烴基為烷基。
6.如權(quán)利要求5所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陽(yáng)離子成分包含了1，3-二乙基咪唑啉鎓鹽。
7.如權(quán)利要求4所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陽(yáng)離子成分包含了以下的式(1)表示的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物， 式中，R1、R3為相同或不同的碳原子數(shù)1～4的烴基，R2為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烴基，Rf1、Rf2為相同或不同的CnF2n+1(n＝1～4的整數(shù))表示的氟烷基或氫原子，且Rf1、Rf2的至少一方為氟烷基。
8.如權(quán)利要求7所述的電化學(xué)元件用電解液，其特征還在于，作為陽(yáng)離子成分包含了1-乙基-3-甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1-乙基-3-甲基-5-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1-乙基-3-甲基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二甲基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二甲基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二乙基-4-三氟甲基咪唑啉鎓鹽、1，3-二乙基-4，5-二-三氟甲基咪唑啉鎓鹽中的至少1種。
9.電化學(xué)元件用電解液的探索方法，其特征在于，任意地設(shè)定具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，對(duì)于設(shè)定的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，用模擬方法判定是否形成具有5組以上的陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離為2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)的離子締合體，選擇判定形成前述離子締合體的陰離子成分和陽(yáng)離子成分作為電解液的溶質(zhì)。
10.如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)元件用電解液的探索方法，其特征還在于，模擬通過(guò)利用哈特里-?？私苹蛎芏确汉瘮?shù)法的分子軌道計(jì)算來(lái)實(shí)施。
11.電化學(xué)元件用電解液的制造方法，其特征在于，任意地設(shè)定具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，對(duì)于設(shè)定的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，用模擬方法判定是否形成具有5組以上的陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離為2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)的離子締合體，選擇判定形成前述離子締合體的陰離子成分和陽(yáng)離子成分，制造包含選擇的陰離子成分和陽(yáng)離子成分作為溶質(zhì)的電解液。
12.如權(quán)利要求11所述的電化學(xué)元件用電解液的制造方法，其特征還在于，模擬通過(guò)利用哈特里-福克近似或密度泛函數(shù)法的分子軌道計(jì)算來(lái)實(shí)施。
13.電化學(xué)元件，其特征在于，使用了形成離子締合體的電化學(xué)元件用電解液，該離子締合體包含具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，具有5組以上的前述陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)。
全文摘要
電化學(xué)元件用電解液，在該電解液中形成例如以下所示的離子締合體(I)，該離子締合體包含具有單個(gè)或多個(gè)氟原子的陰離子成分和作為陽(yáng)離子成分的具有單個(gè)或多個(gè)氫原子的咪唑啉鎓鹽或咪唑啉鎓鹽衍生物，具有5組以上的前述陰離子成分的氟原子和陽(yáng)離子成分的氫原子的距離在2.7以下的氟原子·氫原子對(duì)。該咪唑啉鎓鹽系電解液顯現(xiàn)出高于含1，3，4，5－四甲基咪唑啉鎓鹽的以往的電解液的耐電壓性。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1802715SQ20048001558
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者前嶋宏行, 伊藤靖幸, 藤罔幸治, 向井孝夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社, 三洋化成工業(yè)株式會(huì)社