[发明专利]离子液体、用于电存储设备的电解质盐、用于电存储设备的液体电解质、双电荷层电容器和二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体、用于电存储设备的电解质盐、用于电存储设备的液体电解质、双电荷层电容器和二次电池。

背景技术

离子化合物通常形成其中带正电的阳离子和带负电的阴离子互相之间静电吸引的晶体。当该离子化合物溶于各种其它液体，包括水时，得到了负载电荷的液体，即电解质溶液。通过将离子化合物溶于有机溶剂得到的电解质溶液通常用于，例如，非水电解质电池和电容器。

当温度升高时，一些离子化合物经历了热运动的活化，达到克服离子相互作用的程度，导致化合物本身变成液体并且能够负载电荷。处于该状态的盐通常被称为“熔盐”。

在熔盐中存在的化学物质全部是带电的阳离子或阴离子；不存在中性原子或分子。因此，元素，包括诸如碱金属、铝和稀土元素的金属，以及诸如氟的非金属可以在熔盐中被电解并以元素形式得到，而不能从电解质水溶液中得到，因为它们所具有的还原或氧化能力相对于水而言太大了。这已成为熔盐的主要工业应用。

一些熔盐在室温下保持液态，并且甚至在非常低的温度下也不会固化。在室温或更低的温度下保持液态的这种熔盐尤其被称为“室温熔盐”或“离子液体”。为了将构成离子液体的阳离子和阴离子之间的静电相互作用最小化，可以使用相当大尺寸的分子离子以及一价的分子离子中的一项或二项，以使电荷和静电相互作用最小化。

活跃的研究集中在所述离子液体在用于电池和其它目的的电解沉 积和电解质的应用上。但是，因为离子液体通常具有高度的水分吸收能力，并难以在空气中处理，所述应用尚未被充分认识。

根据以上所述，由Wilkes等人于1992年报道的四氟硼酸1-乙基-3-甲基-咪唑啉 盐是一种甚至可以在空气中进行处理的值得注意的离子液体。该新型离子液体引发了许多结合大量烷基咪唑啉 阳离子的离子液体的合成，所述烷基咪唑啉 具有带各种阴离子的不同侧链。尽管人们对这些离子液体的特性和应用进行了活跃的研究，但仍然需要研制各种能够更便利地制备并且容易处理的离子液体。

非水液体电解质型双电荷层电容器可以在高电流下充电和放电，并因此具有作为能量存储设备的可观前景，用于诸如电力汽车和辅助电源的应用。

现有技术中的非水液体电解质型的双电荷层电容器是由正的和负的可极化电极以及非水电解质溶液构成的，所述可极化电极主要是由，诸如活性炭的含碳物质制成的。已知非水电解质溶液的组成对于电容器的耐压和静电电容具有很大的影响力。

非水电解质溶液由电解质盐和非水有机溶剂组成。人们对于所述电解质盐和非水有机溶剂的各种组合已经进行了研究。

例如，季铵盐(例如JP-A 61-32509、JP-A 63-173312、JP-A 10-55717)和季 盐(例如JP-A 62-252927)以其在有机溶剂中的溶解度和离解度，以及它们的宽电化学稳定性范围而通常用作电解质盐。考虑其介电常数高、电化学稳定性范围宽和沸点高而通常使用的有机溶剂包括，碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、γ-丁内酯、乙腈和环丁砜。

然而，在目前使用的非水电解质型双电荷层电容器中，电解质盐(例如季铵盐、季 盐)在通常用于这一目的的有机溶剂中不足的溶解度限制了可以添加的盐的量，导致非水电解质溶液的离子导电率低和双电荷层电容器的静电电容低。

此外，因为电解质盐所具有的溶解度低，它们在低温下趋于结晶，有损于双电荷层电容器的低温特征。

考虑到上述情况，本发明的目的在于提供能够便利和高效地制备的离子液体、用于电存储设备的在用于非水电解质溶液的有机溶剂中具有优异溶解度并具有低熔点的电解质盐、用于电存储设备的含这些电解质盐的液体电解质、以及使用所述液体电解质构成的具有优异低温特性的双电荷层电容器和二次电池。

为了达到上述目的，我们已经进行了深入的研究，结果我们发现，一些带有至少一个烷氧基烷基取代基的季铵盐和季 盐具有低熔点和作为离子液体的优异特征。

此外，我们已经发现，因为带有至少一个烷氧基烷基取代基的季铵盐和季 盐在用于电存储装置的非水有机溶剂中具有优异的溶解度，并具有低沸点，因此使用所述季盐制备的液体电解质可以以高于现有可能的浓度得到，并且不会类似地产生低温下的电解质沉积现象。我们还发现，使用所述液体电解质生产的双电荷层电容器具有高静电电容和优异的低温特性。

因此，本发明提供了以下的：

(1)一种离子液体，其特征在于具有下述通式(1)并且熔点最高为50℃：