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JP2016119296A - Electrolyte for sodium ion secondary battery - Google Patents

Electrolyte for sodium ion secondary battery Download PDF

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JP2016119296A
JP2016119296A JP2015228409A JP2015228409A JP2016119296A JP 2016119296 A JP2016119296 A JP 2016119296A JP 2015228409 A JP2015228409 A JP 2015228409A JP 2015228409 A JP2015228409 A JP 2015228409A JP 2016119296 A JP2016119296 A JP 2016119296A
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JP
Japan
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group
substituted
electrolyte
fsi
secondary battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP2015228409A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大輔 酒見
Daisuke Sakami
大輔 酒見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Gosei Co Ltd
Original Assignee
Toyo Gosei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyo Gosei Co Ltd filed Critical Toyo Gosei Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte for a sodium ion secondary battery, which achieves an improvement in non-flammability and nonvolatility, and alleviates a decrease in electric conductivity and an increase in the internal resistance of a battery during low-temperature operation.SOLUTION: There is provided an electrolyte for a secondary battery comprising an allylimidazolium salt represented by a formula (1). (In the formula, Rrepresents a substituted/unsubstituted linear, branched or cyclic 1-10C alkyl group, a substituted/unsubstituted linear, branched or cyclic 2-10C alkenyl group, a substituted/unsubstituted linear, branched or cyclic 2-10C alkynyl group, a substituted/unsubstituted aromatic hydrocarbon group, or a substituted/unsubstituted aromatic heterocyclic group; R-Reach represent H or a substituted/unsubstituted hydrocarbon group; and Xrepresents a counter anion)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明のいくつかの観点は、アリルイミダゾリウム塩を用いる低粘性・高電気伝導率・低融点のナトリウムイオン二次電池用電解液に関する。   Some aspects of the present invention relate to an electrolyte for a sodium ion secondary battery having a low viscosity, a high electrical conductivity, and a low melting point using an allylimidazolium salt.

リチウムイオン電池等の二次電池に用いられてきた有機溶媒を主とした電解液は、可燃性及び揮発性を有するため、過充電時及び短絡時の発熱、高温条件下での使用では発火・引火する可能性があり安全性に問題があった。
そこで、近年その特性から様々な分野において注目されているイオン液体を電解液として用いる試みが行われている。液体状態のイオン性物質であるイオン液体は、不燃性及び不揮発性という性質を有し、従来問題となっていた安全性を高めることができる。
Electrolytes made mainly of organic solvents that have been used in secondary batteries such as lithium ion batteries are flammable and volatile, so they generate heat when overcharged and short-circuited. There was a possibility of ignition and there was a problem with safety.
In recent years, attempts have been made to use an ionic liquid, which has been attracting attention in various fields, as an electrolytic solution due to its characteristics. An ionic liquid, which is an ionic substance in a liquid state, has nonflammability and non-volatility properties, and can improve safety, which has been a problem in the past.

再表2013/141242号公報No. 2013/141242

しかしながら、イオン液体を用いる電解液は、一般的に融点が高く、また低温で粘性が増加する性質があり、低温動作時に電気伝導率が減少し、電池内部の抵抗が上昇してしまっていた。そのため、使用環境が限定されてしまい、イオン液体電解質を用いた二次電池の用途展開において大きな問題となっていた。   However, an electrolytic solution using an ionic liquid generally has a high melting point and has a property of increasing viscosity at a low temperature, and the electrical conductivity is decreased during a low temperature operation, and the internal resistance of the battery is increased. For this reason, the usage environment is limited, which has been a major problem in the development of applications of secondary batteries using ionic liquid electrolytes.

本発明のいくつかの態様はこのような事情に鑑みてなされたものであり、イオン液体を用いる不燃性・不揮発性の安全、且つ、低温動作時の電気伝導率減少及び電池内部抵抗上昇の軽減ができるナトリウムイオン二次電池用電解液を提供するものである。   Some aspects of the present invention have been made in view of such circumstances. Non-flammable and non-volatile safety using an ionic liquid, reduction of electrical conductivity during low-temperature operation, and reduction of increase in battery internal resistance are achieved. The present invention provides an electrolyte for a sodium ion secondary battery.

本発明のいくつかの態様によれば、下記一般式(1)で表されるアリルイミダゾリウム塩と、ナトリウムイオン含有電解質と、を含む二次電池用電解液が提供される。
(前記式(1)において、Rは、置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルキニル基;置換基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基;置換基で置換されていてもよい芳香族複素環基;並びに、前記アルキル基、前記アルケニル基又は前記アルキニル基の一部にヘテロ原子を含む1価の基;から選ばれるいずれかであり、R〜Rは互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素原子、または置換基で置換されていてもよい炭化水素基であり、Xは対アニオンである。)
According to some embodiments of the present invention, there is provided an electrolyte solution for a secondary battery including an allylimidazolium salt represented by the following general formula (1) and a sodium ion-containing electrolyte.
(In the formula (1), R 1 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; Linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms; linear, branched or cyclic alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; substituted with substituent An aromatic hydrocarbon group that may be substituted; an aromatic heterocyclic group that may be substituted with a substituent; and a monovalent that includes a hetero atom in a part of the alkyl group, the alkenyl group, or the alkynyl group R 2 to R 4 may be the same or different from each other, and each is a hydrogen atom or a hydrocarbon group that may be substituted with a substituent, and X - is a counter anion).

本発明者がイオン液体電解液を用いるナトリウムイオン二次電池の低温動作時の電気伝導率減少及び電池内部抵抗軽減を達成すべく検討を行ったところ、アリルイミダゾリウム塩を用いた場合に上記課題が達成されることを見出し、本発明の完成に到った。本発明の方法によって得られたアリル基を導入したイミダゾリウム塩は、低粘性・高電気伝導率・低融点という性質を有しており、電気化学デバイスの電解液として、特に低温動作時の性能が優れている。   The present inventor has studied to achieve reduction of electrical conductivity and reduction of battery internal resistance during low temperature operation of sodium ion secondary battery using ionic liquid electrolyte, and when using allylimidazolium salt, the above problem Has been achieved, and the present invention has been completed. The imidazolium salt introduced with the allyl group obtained by the method of the present invention has the properties of low viscosity, high electrical conductivity, and low melting point, and as an electrolytic solution for electrochemical devices, particularly at low temperature operation. Is excellent.

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、下記一般式(2)で表されるアニオンである。

(前記式(2)において、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭化水素基のいずれかである。)
好ましくは、前記Rは炭素数1〜10のアルキル基である。
好ましくは、前記Rは炭素数1〜3のアルキル基である。
好ましくは、前記アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンである。
好ましくは、前記ナトリウムイオン含有電解質の濃度は、5〜60mol%である。
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified. The following embodiments can be combined with each other.
Preferably, the counter anion of the allylimidazolium salt is an anion represented by the following general formula (2).

(In the formula (2), R 5 to R 6 may be the same or different from each other, and are each a fluorine atom or a hydrocarbon group optionally substituted with a fluorine atom. .)
Preferably, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
Preferably, R 1 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
Preferably, the counter anion of the allylimidazolium salt is a bis (fluorosulfonyl) imide anion.
Preferably, the concentration of the sodium ion-containing electrolyte is 5 to 60 mol%.

本発明の別の観点によれば、前記二次電池用電解液を含むナトリウムイオン二次電池が提供される。   According to another viewpoint of this invention, the sodium ion secondary battery containing the said electrolyte solution for secondary batteries is provided.

本発明のいくつかの態様に係るナトリウムイオン二次電池用電解液は、不燃性・不揮発性で安全であり、且つ、低温動作時の電気伝導率減少及び電池内部抵抗上昇の軽減ができる。   The electrolyte for sodium ion secondary batteries according to some embodiments of the present invention is nonflammable, non-volatile, and safe, and can reduce electrical conductivity during low temperature operation and increase in battery internal resistance.

AEI−FSI及びEPI−FSIのDSC曲線を示す。The DSC curve of AEI-FSI and EPI-FSI is shown. ナトリウムイオン二次電池の構成を示す。The structure of a sodium ion secondary battery is shown. AEI−FSI及びEPI−FSIの各温度における電気伝導率のグラフを示す。The graph of the electrical conductivity in each temperature of AEI-FSI and EPI-FSI is shown. AMI−FSI及びAEI−FSIの各温度における電気伝導率のグラフを示す。The graph of the electrical conductivity in each temperature of AMI-FSI and AEI-FSI is shown. AEI−FSI及びEPI−FSIの各温度における粘度のグラフを示す。The graph of the viscosity in each temperature of AEI-FSI and EPI-FSI is shown. AMI−FSI及びAEI−FSIの各温度における粘度のグラフを示す。The graph of the viscosity in each temperature of AMI-FSI and AEI-FSI is shown. NaFSIを40mol%の濃度で含むAEI−FSI及びEPI−FSIの各温度における電気伝導率のグラフを示す。The graph of the electrical conductivity in each temperature of AEI-FSI and EPI-FSI which contain NaFSI in the density | concentration of 40 mol% is shown. NaFSIを40mol%の濃度で含むAMI−FSI及びAEI−FSIの各温度における電気伝導率のグラフを示す。The graph of the electrical conductivity in each temperature of AMI-FSI and AEI-FSI containing NaFSI at the density | concentration of 40 mol% is shown. NaFSIを40mol%の濃度で含むAEI−FSI及びEPI−FSIの各温度における粘度のグラフを示す。The graph of the viscosity in each temperature of AEI-FSI and EPI-FSI which contain NaFSI in the density | concentration of 40 mol% is shown. NaFSIを40mol%の濃度で含むAMI−FSI及びAEI−FSIの各温度における粘度のグラフを示す。The graph of the viscosity in each temperature of AMI-FSI and AEI-FSI which contains NaFSI in the density | concentration of 40 mol% is shown. 各NaFSI濃度におけるAEI−FSIの25℃での電気伝導率及び粘度のグラフを示す。The graph of the electric conductivity in 25 degreeC and the viscosity of AEI-FSI in each NaFSI density | concentration is shown.

以下本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。   Embodiments of the present invention will be described below. Various characteristic items shown in the following embodiments can be combined with each other. In addition, the invention is independently established for each feature.

1.アリルイミダゾリウム塩
本発明のいくつかの態様により得られるナトリウムイオン二次電池用電解液は、イミダゾリウム塩を含む。好ましくは、下記一般式(1)で表される化合物の少なくとも1つの窒素原子上の置換基がアリル基であるアリルイミダゾリウム塩である。
1. Allyl imidazolium salt The electrolyte for a sodium ion secondary battery obtained according to some embodiments of the present invention comprises an imidazolium salt. Preferably, it is an allylimidazolium salt in which the substituent on at least one nitrogen atom of the compound represented by the following general formula (1) is an allyl group.

式(1)において、Rは、置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルキニル基;置換基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基;置換基で置換されていてもよい芳香族複素環基;並びに、前記アルキル基、前記アルケニル基又は前記アルキニル基の一部にヘテロ原子を含む1価の基;から選ばれるいずれかである。R〜Rは互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素原子、または置換基で置換されていてもよい炭化水素基であり、Xは対アニオンである。 In Formula (1), R 1 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; a linear chain which may be substituted with a substituent Straight, branched or cyclic alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms; linear, branched or cyclic alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms which may be substituted with substituents; substituted with substituents An optionally substituted aromatic hydrocarbon group; an aromatic heterocyclic group optionally substituted with a substituent; and a monovalent group containing a hetero atom in a part of the alkyl group, the alkenyl group or the alkynyl group; It is one chosen from. R 2 to R 4 may be the same as or different from each other, each of which is a hydrogen atom or a hydrocarbon group that may be substituted with a substituent, and X is a counter anion.

<アリルイミダゾリウム塩の置換基>
式(1)において、2つの窒素原子のうちアリル基により置換されていない窒素原子上の置換基Rは、水素原子、または置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルキニル基;置換基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基;置換基で置換されていてもよい芳香族複素環基;並びに、前記アルキル基、前記アルケニル基、前記アルキニル基及び前記芳香族炭化水素基の主鎖または骨格にヘテロ原子含有基を含む1価の基;から選ばれるいずれかである。
上記アルキル基、前記アルケニル基又は前記アルキニル基の一部にヘテロ原子を含む1価の基としては、上記アルキル基、アルケニル基又はアルキニル基のメチレン基の少なくとも1つが、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−及び−CO−O−CH−CO−O−からなる群より選ばれるいずれかのヘテロ原子含有基で置換された基が挙げられる。
<Substituents of allylimidazolium salts>
In the formula (1), the substituent R 1 on the nitrogen atom which is not substituted with an allyl group out of the two nitrogen atoms is a hydrogen atom or a linear, branched or optionally substituted with a substituent. A cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms; a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; A chain, branched or cyclic alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms; an aromatic hydrocarbon group optionally substituted with a substituent; an aromatic heterocyclic group optionally substituted with a substituent; and The alkyl group, the alkenyl group, the alkynyl group, and a monovalent group containing a hetero atom-containing group in the main chain or skeleton of the aromatic hydrocarbon group.
As the monovalent group containing a hetero atom in a part of the alkyl group, the alkenyl group or the alkynyl group, at least one of the methylene groups of the alkyl group, alkenyl group or alkynyl group is -O-, -CO-. , -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -NHCO-, -CONH-, -NH-CO-O-, -O-CO-NH-, -NH-, -S- and- And a group substituted with any heteroatom-containing group selected from the group consisting of CO—O—CH 2 —CO—O—.

直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びオクチル基等の炭素数1〜10の直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基等の炭素数3〜10の分岐状アルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数3〜10の環状アルキル基;等が挙げられる。
上記アルケニル基またはアルキニル基としては、上記アルキル基の炭素−炭素一重結合の少なくとも1つが炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合に置換された基が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等の炭素数6〜10のものが挙げられる。
芳香族複素環基としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、インドール、プリン、キノリン、イソキノリン、クロメン、クロモン、クマリン、チアントレン、ジベンゾチオフェン、フェノチアジン、フェノキサジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン及びカルバゾール等の骨格を有する基が挙げられる。
Examples of the linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include linear alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group and octyl group; isopropyl group Branched alkyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as isobutyl group; cyclic alkyl groups having 3 to 10 carbon atoms such as cyclopentyl group and cyclohexyl group; and the like.
Examples of the alkenyl group or alkynyl group include groups in which at least one carbon-carbon single bond of the alkyl group is substituted with a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond.
Examples of the aromatic hydrocarbon group include those having 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group, a naphthyl group, and an anthryl group.
Examples of aromatic heterocyclic groups include furan, thiophene, pyrrole, imidazole, pyran, pyridine, pyrimidine, pyrazine, indole, purine, quinoline, isoquinoline, chromene, chromone, coumarin, thianthrene, dibenzothiophene, phenothiazine, phenoxazine, xanthene, And groups having a skeleton such as acridine, phenazine and carbazole.

1のアルキル基等が有してもよい置換基としては、メチル基、エチル基等のアルキル基;フェニル基、ナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基;メトキシ基等のアルキルオキシ基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;メチルチオ基等のアルキルチオ基;フェニルチオ基等のアリールチオ基;アセチル基等のアシル基;ベンゾイル基等のアロイル基;アセトキシ基等のアシロキシ基;ベンゾイロキシ基等のアロイロキシ基;さらには、ニトリル基及びニトロ基等が挙げられる。 Examples of the substituent that the alkyl group of R 1 may have include: an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group; an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group; an alkyloxy group such as a methoxy group Aryloxy groups such as phenoxy groups; alkylthio groups such as methylthio groups; arylthio groups such as phenylthio groups; acyl groups such as acetyl groups; aroyl groups such as benzoyl groups; acyloxy groups such as acetoxy groups; alloyoxy groups such as benzoyloxy groups; Further examples include nitrile groups and nitro groups.

置換基Rは、好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基である。より好ましくは、炭素数1〜3のアルキル基である。さらに好ましくは、炭素数1〜3の直鎖のアルキル基である。最も好ましくは、炭素数1〜2の直鎖のアルキル基である、メチル基、エチル基である。Rが上記であることが好ましい理由は、カチオンの体積が適度に小さいと電気伝導率が向上する傾向にあるからである。 The substituent R 1 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. More preferably, it is a C1-C3 alkyl group. More preferably, it is a C1-C3 linear alkyl group. Most preferably, it is a methyl group or an ethyl group, which is a linear alkyl group having 1 to 2 carbon atoms. The reason why R 1 is preferably as described above is that when the volume of the cation is appropriately small, the electric conductivity tends to be improved.

式(1)において、炭素上の置換基R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素原子、または置換基で置換されていてもよい炭化水素基である。 In the formula (1), the substituents R 2 to R 4 on the carbon may be the same or different from each other, and are each a hydrogen atom or a hydrocarbon group that may be substituted with a substituent. .

炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、ナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
上記炭化水素基のメチレン基の少なくとも1つが、−O−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−NHCO−、−CONH−、−NH−CO−O−、−O−CO−NH−、−NH−、−S−及び−CO−O−CH−CO−O−からなる群より選ばれるいずれかのヘテロ原子含有基で置換された基であってもよい。
Examples of the hydrocarbon group include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, butyl, and octyl groups; cycloalkyl groups such as cyclopentyl and cyclohexyl groups; aromatic hydrocarbons such as phenyl, naphthyl, and anthryl groups. Groups and the like.
At least one of the methylene groups of the hydrocarbon group is —O—, —CO—, —COO—, —OCO—, —O—CO—O—, —NHCO—, —CONH—, —NH—CO—O. A group substituted with any heteroatom-containing group selected from the group consisting of —, —O—CO—NH—, —NH—, —S—, and —CO—O—CH 2 —CO—O—. May be.

2〜R4の炭化水素基等が有してもよい置換基としては、メチル基、エチル基等のアルキル基;フェニル基、ナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基;メトキシ基等のアルキルオキシ基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;メチルチオ基等のアルキルチオ基;フェニルチオ基等のアリールチオ基;アセチル基等のアシル基;ベンゾイル基等のアロイル基;アセトキシ基等のアシロキシ基;ベンゾイロキシ基等のアロイロキシ基;さらには、ニトリル基及びニトロ基等が挙げられる。 Examples of the substituent that the hydrocarbon group of R 2 to R 4 may have include an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group; an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, and an anthryl group; a methoxy group and the like An alkyloxy group such as a phenoxy group; an alkylthio group such as a methylthio group; an arylthio group such as a phenylthio group; an acyl group such as an acetyl group; an aroyl group such as a benzoyl group; an acyloxy group such as an acetoxy group; a benzoyloxy group And the like, and further examples thereof include a nitrile group and a nitro group.

置換基R〜Rは、好ましくは、水素原子、炭素数1〜5の炭化水素基である。カチオンの体積が適度に小さいと電気伝導率が向上する傾向にあるからである。 The substituents R 2 to R 4 are preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms. This is because if the volume of the cation is moderately small, the electric conductivity tends to be improved.

置換基R〜Rを組み合わせたアリルイミダゾリウムカチオンの好ましい例は、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム、1−アリル−3−エチルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−プロピルイミダゾリウム、1−アリル−3−イソプロピルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−ブチルイミダゾリウム、1−アリル−3−イソブチルイミダゾリウム、1−アリル−3−sec−ブチルイミダゾリウム、1−アリル−3−tert−ブチルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−ペンチルイミダゾリウム、1−アリル−3−イソペンチルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−ヘキシルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−ヘプチルイミダゾリウム、1−アリル−3−n−オクチルイミダゾリウム、1,3−ジアリルイミダゾリウム、1−アリル−3−シクロペンチルイミダゾリウム、1−アリル−3−メチルシクロペンチルイミダゾリウム、1−アリル−3−シクロへキシルイミダゾリウム、1−アリル−3−ビニルイミダゾリウム、1−アリル−3−(1−プロペニル)イミダゾリウム、1−アリル−3−(2−ブテニル)イミダゾリウム、1−アリル−3−(3−ブテニル)イミダゾリウム等が挙げられる。中でもナトリウムイオン二次電池用電解液には、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム(AMI)、1−アリル−3−エチルイミダゾリウム(AEI)、1−アリル−3−n−プロピルイミダゾリウムが好ましい。より好ましくは、1−アリル−3−メチルイミダゾリウム(AMI)、1−アリル−3−エチルイミダゾリウム(AEI)である。さらに好ましくは、1−アリル−3−エチルイミダゾリウム(AEI)である。 Preferred examples of the allylimidazolium cation in which the substituents R 1 to R 4 are combined include 1-allyl-3-methylimidazolium, 1-allyl-3-ethylimidazolium, 1-allyl-3-n-propylimidazolium. 1-allyl-3-isopropylimidazolium, 1-allyl-3-n-butylimidazolium, 1-allyl-3-isobutylimidazolium, 1-allyl-3-sec-butylimidazolium, 1-allyl-3 -Tert-butylimidazolium, 1-allyl-3-n-pentylimidazolium, 1-allyl-3-isopentylimidazolium, 1-allyl-3-n-hexylimidazolium, 1-allyl-3-n- Heptylimidazolium, 1-allyl-3-n-octylimidazolium, 1,3-diallylimidazolium, 1-a Ru-3-cyclopentylimidazolium, 1-allyl-3-methylcyclopentylimidazolium, 1-allyl-3-cyclohexylimidazolium, 1-allyl-3-vinylimidazolium, 1-allyl-3- (1- Propenyl) imidazolium, 1-allyl-3- (2-butenyl) imidazolium, 1-allyl-3- (3-butenyl) imidazolium and the like. Among them, electrolytes for sodium ion secondary batteries include 1-allyl-3-methylimidazolium (AMI), 1-allyl-3-ethylimidazolium (AEI), and 1-allyl-3-n-propylimidazolium. preferable. More preferred are 1-allyl-3-methylimidazolium (AMI) and 1-allyl-3-ethylimidazolium (AEI). More preferred is 1-allyl-3-ethylimidazolium (AEI).

ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンとの塩とする場合、AEIは、AMIに比べ、粘度がより低く、25〜50℃の温度範囲において電気伝導率がより高い。すなわち、AEI−FSIは、AMI−FSIに比べ、ナトリウムイオン二次電池の低温動作時の電池内部抵抗上昇を軽減するためのイオン液体電解液としてより優れている。従って、アリルイミダゾリウムカチオンのより好ましい例は、AEIである。   When used as a salt with a bis (fluorosulfonyl) imide anion, AEI has a lower viscosity than AMI and a higher electrical conductivity in the temperature range of 25-50 ° C. That is, AEI-FSI is superior to AMI-FSI as an ionic liquid electrolyte for reducing an increase in battery internal resistance during low-temperature operation of a sodium ion secondary battery. Thus, a more preferred example of an allylimidazolium cation is AEI.

<アリルイミダゾリウム塩の対アニオン>
アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、特に制限はなく例えば、BF4 -、PF6 -等が挙げられる。
アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、下記一般式(2)で表されるアニオンであることが好ましい。
<Counter anion of allylimidazolium salt>
The counter anion of the allylimidazolium salt is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 and PF 6 .
The counter anion of the allylimidazolium salt is preferably an anion represented by the following general formula (2).

上記式(2)において、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭化水素基のいずれかである。好ましくは、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基のいずれかである。より好ましくは、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されている炭素数1〜5のアルキル基のいずれかである。さらに好ましくは、フッ素原子、またはトリフルオロメチル基のいずれかである。最も好ましくは、フッ素原子である。 In the above formula (2), R 5 to R 6 may be the same or different from each other, and each is either a fluorine atom or a hydrocarbon group optionally substituted with a fluorine atom. Preferably, it is either a fluorine atom or an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is either a fluorine atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom. More preferably, it is either a fluorine atom or a trifluoromethyl group. Most preferably, it is a fluorine atom.

具体的には、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン(TFSI)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドアニオン、トリフルオロメチルスルホニル(ノナフルオロブチルスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)等のビス(スルホニル)イミドアニオンである。   Specifically, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide anion (TFSI), bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide anion, trifluoromethylsulfonyl (nonafluorobutylsulfonyl) imide anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion (FSI) ) Bis (sulfonyl) imide anion.

FSIは、TFSIに比べアニオン体積が小さいことに加え、フッ素原子が硫黄原子に直接結合していることにより、フッ素原子のp軌道を介した共役により窒素原子上の負電荷が非局在化し、カチオンとの相互作用が比較的弱くイオンが解離しやすいと考えられるため、粘度及び電気伝導率の観点から好ましい。トリフルオロメチル基等のフッ素原子が炭素原子を介して硫黄原子に結合しているTFSI等では、フッ素原子と硫黄原子間の結合(S−F)が無く、共役は起こりにくく非局在化による効果はFSIの方が優れていると推測される。   FSI has a smaller anion volume than TFSI, and since the fluorine atom is directly bonded to the sulfur atom, the negative charge on the nitrogen atom is delocalized by conjugation via the p-orbital of the fluorine atom, Since interaction with a cation is relatively weak and ions are considered to be easily dissociated, it is preferable from the viewpoint of viscosity and electrical conductivity. In TFSI or the like in which a fluorine atom such as a trifluoromethyl group is bonded to a sulfur atom via a carbon atom, there is no bond (S—F) between the fluorine atom and the sulfur atom, and conjugation is unlikely to occur. The effect is presumed to be superior to FSI.

本発明のいくつかの態様によるイミダゾリウム塩は、アリル基を有することで融点を低くでき、粘度を低下させることができる。例えば、1−エチル−3−n-プロピルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(EPI−FSI)は、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(AEI−FSI)と炭素数は同じであるが、AEI−FSIはEPI−FSIに比べ融点は16℃低く、より低温環境下での使用に適している。   The imidazolium salt according to some embodiments of the present invention can have a lower melting point and lower viscosity by having an allyl group. For example, 1-ethyl-3-n-propylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (EPI-FSI) is 1-allyl-3-ethylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (AEI-FSI) and the number of carbon atoms is Although the same, AEI-FSI has a melting point lower by 16 ° C. than EPI-FSI and is suitable for use in a lower temperature environment.

さらに、AEI−FSIは、EPI−FSIに比べ粘度がより低く、−20〜50℃の温度範囲において電気伝導率がより高い。すなわち、AEI−FSIは、EPI−FSIに比べ、ナトリウムイオン二次電池の低温動作時の電池内部抵抗上昇を軽減するためのイオン液体電解液としてより優れている。   Furthermore, AEI-FSI has a lower viscosity than EPI-FSI and higher electrical conductivity in the temperature range of -20 to 50 ° C. That is, AEI-FSI is superior to EPI-FSI as an ionic liquid electrolyte for reducing an increase in battery internal resistance during low-temperature operation of a sodium ion secondary battery.

<アリルイミダゾリウム塩の粘度>
本発明のいくつかの態様におけるアリルイミダゾリウム塩の粘度(mPa・s)は、25℃において、25.0以下であることが好ましい。より好ましくは、22.0以下である。さらに好ましくは、21.0以下である。特に好ましくは、20.0以下である。25.0以下であれば、低温における電気伝導率が高くなるからである。
本発明のいくつかの態様におけるアリルイミダゾリウム塩の粘度(mPa・s)は、50℃において、12.0以下であることが好ましい。より好ましくは、11.5以下である。さらに好ましくは、11.0以下である。特に好ましくは、10.5以下である。12.0以下であれば、低温における電気伝導率が高くなるからである。
<Viscosity of allylimidazolium salt>
In some embodiments of the present invention, the viscosity (mPa · s) of the allylimidazolium salt is preferably 25.0 or less at 25 ° C. More preferably, it is 22.0 or less. More preferably, it is 21.0 or less. Particularly preferably, it is 20.0 or less. This is because if it is 25.0 or less, the electrical conductivity at low temperature is increased.
In some embodiments of the present invention, the viscosity (mPa · s) of the allylimidazolium salt is preferably 12.0 or less at 50 ° C. More preferably, it is 11.5 or less. More preferably, it is 11.0 or less. Particularly preferably, it is 10.5 or less. This is because if it is 12.0 or less, the electrical conductivity at low temperature is increased.

2.ナトリウムイオン含有電解質
本発明のいくつかの態様により得られるナトリウムイオン二次電池用電解液は、アリルイミダゾリウム塩と、ナトリウムイオン含有電解質を含む。ナトリウムイオン含有電解質は、ナトリウム塩であり、ナトリウムカチオンと種々の対アニオンを組み合わせて用いることができる。
2. Sodium Ion-Containing Electrolyte An electrolytic solution for a sodium ion secondary battery obtained according to some embodiments of the present invention includes an allylimidazolium salt and a sodium ion-containing electrolyte. The sodium ion-containing electrolyte is a sodium salt, and a sodium cation and various counter anions can be used in combination.

<ナトリウム塩の対アニオン>
ナトリウム塩の対アニオンは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、過塩素酸イオン、または下記一般式(2)で表されるアニオン等である。これらを単独もしくは2種以上混合して用いてもよい。
<Counter anion of sodium salt>
The counter anion of the sodium salt is fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, fluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, trifluoromethanesulfonate ion, perchlorate ion, or the following general formula (2) An anion represented by You may use these individually or in mixture of 2 or more types.

上記式(2)において、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭化水素基のいずれかである。好ましくは、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基のいずれかである。より好ましくは、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されている炭素数1〜5アルキル基のいずれかである。さらに好ましくは、フッ素原子、またはトリフルオロメチル基のいずれかである。最も好ましくは、フッ素原子である。 In the above formula (2), R 5 to R 6 may be the same or different from each other, and each is either a fluorine atom or a hydrocarbon group optionally substituted with a fluorine atom. Preferably, it is either a fluorine atom or an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is either a fluorine atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms substituted with a fluorine atom. More preferably, it is either a fluorine atom or a trifluoromethyl group. Most preferably, it is a fluorine atom.

具体的には、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン(TFSI)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドアニオン、トリフルオロメチルスルホニル(ノナフルオロブチルスルホニル)イミドアニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン(FSI)等のビス(スルホニル)イミドアニオンである。   Specifically, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide anion (TFSI), bis (pentafluoroethylsulfonyl) imide anion, trifluoromethylsulfonyl (nonafluorobutylsulfonyl) imide anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion (FSI) ) Bis (sulfonyl) imide anion.

FSIは、TFSI等に比べアニオン体積が小さいことに加え、フッ素原子が硫黄原子に直接結合していることにより、フッ素原子のp軌道を介した共役により窒素原子上の負電荷が非局在化し、カチオンとの相互作用が比較的弱くイオンが解離しやすいと考えられるため、粘度及び電気伝導率の観点から好ましい。トリフルオロメチル基等のフッ素原子が炭素原子を介して硫黄原子に結合しているTFSI等では、フッ素原子と硫黄原子間の結合(S−F)が無く、共役は起こりにくく非局在化による効果はFSIの方が優れていると推測される。   FSI has a smaller anion volume than TFSI, etc., and since the fluorine atom is directly bonded to the sulfur atom, the negative charge on the nitrogen atom is delocalized by conjugation via the p-orbital of the fluorine atom. Since the interaction with the cation is relatively weak and ions are considered to be easily dissociated, it is preferable from the viewpoint of viscosity and electrical conductivity. In TFSI or the like in which a fluorine atom such as a trifluoromethyl group is bonded to a sulfur atom via a carbon atom, there is no bond (S—F) between the fluorine atom and the sulfur atom, and conjugation is unlikely to occur. The effect is presumed to be superior to FSI.

3.二次電池用電解液
本発明のいくつかの態様により得られるナトリウムイオン二次電池用電解液は、上記イミダゾリウム塩と、上記ナトリウムイオン含有電解質と、を含む。
<イミダゾリウム塩の含有量>
電解液中の上記イミダゾリウム塩の含有量は、10mol%以上が好ましく、30mol%以上がより好ましく、40mol%以上がさらに好ましく、50mol%以上が特に好ましい。また、95mol%以下が好ましく、80mol%以下がより好ましく、70mol%以下がさらに好ましい。
3. Secondary Battery Electrolyte An electrolyte for a sodium ion secondary battery obtained according to some embodiments of the present invention includes the imidazolium salt and the sodium ion-containing electrolyte.
<Content of imidazolium salt>
The content of the imidazolium salt in the electrolytic solution is preferably 10 mol% or more, more preferably 30 mol% or more, further preferably 40 mol% or more, and particularly preferably 50 mol% or more. Moreover, 95 mol% or less is preferable, 80 mol% or less is more preferable, and 70 mol% or less is more preferable.

<ナトリウムイオン含有電解質の濃度>
本発明のいくつかのナトリウムイオン二次電池用電解液は、特定の構造を有する上記イミダゾリウム塩を溶媒として用いることで粘度を小さくできるため、ナトリウムイオン含有電解質の濃度を高くすることができる。それにより、ナトリウムイオン二次電池の容量を高めることができる。しかしながら、ナトリウムイオン含有電解質の濃度を高くすると、電解液の粘度が上昇する傾向がある。
ナトリウムイオン二次電池用電解液の粘度低減及び容量向上の両方を満たし、電池効率を満足させるため、ナトリウムイオン含有電解質の濃度(mol%)は、5mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、30mol%以上がさらに好ましい。また、90mol%以下が好ましく、70mol%以下がより好ましく、60mol%以下がさらに好ましく、50mol%以下が特に好ましい。
<Concentration of sodium ion-containing electrolyte>
Since some of the electrolyte solutions for sodium ion secondary batteries of the present invention can reduce the viscosity by using the imidazolium salt having a specific structure as a solvent, the concentration of the sodium ion-containing electrolyte can be increased. Thereby, the capacity | capacitance of a sodium ion secondary battery can be raised. However, when the concentration of the sodium ion-containing electrolyte is increased, the viscosity of the electrolytic solution tends to increase.
In order to satisfy both the viscosity reduction and the capacity increase of the electrolyte for sodium ion secondary batteries and satisfy the battery efficiency, the concentration (mol%) of the sodium ion-containing electrolyte is preferably 5 mol% or more, more preferably 20 mol% or more. 30 mol% or more is more preferable. Moreover, 90 mol% or less is preferable, 70 mol% or less is more preferable, 60 mol% or less is more preferable, 50 mol% or less is especially preferable.

<その他の成分>
本発明のいくつかのナトリウムイオン二次電池用電解液は、本発明の効果を損なわなければ、上記イミダゾリウム塩及び上記ナトリウムイオン含有電解質以外のその他の成分を含んでもよい。
<Other ingredients>
Some electrolyte solutions for sodium ion secondary batteries of the present invention may contain other components other than the imidazolium salt and the sodium ion-containing electrolyte as long as the effects of the present invention are not impaired.

<イオン電池>
図2は、本発明のいくつかの態様により得られるアリルイミダゾリウム塩と、ナトリウムイオン含有電解質と、を含むナトリウムイオン二次電池用電解液を利用する装置の構成を示す。装置の典型的な例は二次電池であり、正極集電体、負極集電体、正極活物質、負極活物質、及び電解質層が電池ケースの中に配置される。正極活物質、負極活物質、及び電解質層は、正極集電体と負極集電体との間に配置される。そして、電解質層は、正極活物質と負極活物質との間に配置される。このような上記ナトリウムイオン二次電池用電解液を含む電解質層を用いる構成にした場合、低温動作時の電池内部抵抗上昇が軽減される。
<Ion battery>
FIG. 2 shows the configuration of an apparatus that uses an electrolyte for a sodium ion secondary battery that includes an allylimidazolium salt obtained according to some embodiments of the present invention and a sodium ion-containing electrolyte. A typical example of the device is a secondary battery, in which a positive electrode current collector, a negative electrode current collector, a positive electrode active material, a negative electrode active material, and an electrolyte layer are disposed in a battery case. The positive electrode active material, the negative electrode active material, and the electrolyte layer are disposed between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. The electrolyte layer is disposed between the positive electrode active material and the negative electrode active material. When such an electrolyte layer containing the sodium ion secondary battery electrolyte is used, an increase in battery internal resistance during low-temperature operation is reduced.

以下、本発明の具体的な実施例を示すが、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, although the specific Example of this invention is shown, this invention is not limited to these.

<イミダゾリウム塩の合成>
本発明のいくつかの態様による、下記式(3−1)〜(3−3)に示す典型的なイミダゾリウム塩の調製例について説明する。
[調製例1]
・1−アリル−3−エチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(AEI−FSI)
カリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(KFSI)のジクロロメタン溶液に、塩化1−アリル−3−エチルイミダゾリウム(AEI−Cl)のジクロロメタン溶液及び水を加え1時間撹拌する。有機層を回収し、未反応の原料及び塩化カリウムを取り除くため水で洗浄する。続いて、有機層をシリカゲルカラムに通すことにより、さらにカリウムイオン等の金属イオン及び塩化物イオンやフッ化物イオン等のハロゲン化物イオンを取り除く。そして、減圧下70℃で加熱することによりジクロロメタンを留去し、AEI−FSIを得る。
<Synthesis of imidazolium salt>
Preparation examples of typical imidazolium salts represented by the following formulas (3-1) to (3-3) according to some embodiments of the present invention will be described.
[Preparation Example 1]
1-allyl-3-ethylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (AEI-FSI)
To a dichloromethane solution of potassium bis (fluorosulfonyl) imide (KFSI), a dichloromethane solution of 1-allyl-3-ethylimidazolium chloride (AEI-Cl) and water are added and stirred for 1 hour. The organic layer is collected and washed with water to remove unreacted raw materials and potassium chloride. Subsequently, the organic layer is passed through a silica gel column to further remove metal ions such as potassium ions and halide ions such as chloride ions and fluoride ions. And dichloromethane is distilled off by heating at 70 degreeC under pressure reduction, and AEI-FSI is obtained.

[調製例2]
・1−アリル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(AMI−FSI)
AEI−Clの代わりに、塩化1−アリル−3−メチルイミダゾリウム(AMI−Cl)を用いる以外は、調製例1と同様にしてAMI−FSIを得る。
[Preparation Example 2]
1-allyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (AMI-FSI)
AMI-FSI is obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that 1-allyl-3-methylimidazolium chloride (AMI-Cl) is used instead of AEI-Cl.

[調製例3]
・1−エチル−3−n-プロピルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(EPI−FSI)
AEI−Clの代わりに、塩化1−エチル−3−n-プロピルイミダゾリウム(EPI−Cl)を用いる以外は、調製例1と同様にしてEPI−FSIを得る。
[Preparation Example 3]
1-ethyl-3-n-propylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide (EPI-FSI)
EPI-FSI is obtained in the same manner as in Preparation Example 1 except that 1-ethyl-3-n-propylimidazolium chloride (EPI-Cl) is used instead of AEI-Cl.

<イミダゾリウム塩の融点測定>
上記イミダゾリウム塩の調製で得られるAEI−FSI及びEPI−FSIのDSC測定(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、DSC6220)を行い、融点を測定した。結果を図1に示す。AEI−FSIの融点は−41℃である一方、EPI−FSIの融点は−25℃であり、AEI−FSIの方がEPI−FSIに比べ16℃低かった。
<Melting point measurement of imidazolium salt>
The DSC measurement (DSC6220, manufactured by SII Nanotechnology Inc.) of AEI-FSI and EPI-FSI obtained by the preparation of the imidazolium salt was performed, and the melting point was measured. The results are shown in FIG. The melting point of AEI-FSI was -41 ° C, while the melting point of EPI-FSI was -25 ° C, and AEI-FSI was 16 ° C lower than EPI-FSI.

<イミダゾリウム塩の粘度・電気伝導率測定>
イミダゾリウム塩について、超低温恒温水槽(トーマス科学器械株式会社製、TRL-080II型)を用いて−20℃、−10℃、0℃に設定し、デジタル回転式粘度計(ビスコテック株式会社製、VISCO STAR+)及び電気伝導率計(東亜ディーケーケー株式会社製、CM-30R型)を用いて粘度、電気伝導率測定を行った。25℃、50℃での粘度は恒温液槽(ヤマト科学株式会社製、BF-200)中でキャノン・フェンスケ粘度計(柴田科学器械工業株式会社製及び株式会社草野科学器械製作所製)を用いて測定した。25℃、50℃での電気伝導率測定は、ホットプレート(コーニング社製、PC-320)で温度調整を行いながら電気伝導率計(同上)を用いて行った。
<Measurement of viscosity and electrical conductivity of imidazolium salt>
The imidazolium salt was set to −20 ° C., −10 ° C., and 0 ° C. using an ultra-low temperature water bath (Thomas Scientific Instruments Co., Ltd., TRL-080II type), and a digital rotary viscometer (Bisco Tech Co., Ltd., VISCO STAR +) and an electric conductivity meter (CM-30R, manufactured by Toa DK Corporation) were used to measure viscosity and electric conductivity. Viscosity at 25 ° C and 50 ° C was measured using a Canon Fenceke viscometer (manufactured by Shibata Scientific Instruments Co., Ltd. and Kusano Scientific Instruments Co., Ltd.) in a constant temperature bath (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., BF-200) It was measured. The electrical conductivity measurement at 25 ° C. and 50 ° C. was performed using an electrical conductivity meter (same as above) while adjusting the temperature with a hot plate (PC-320, manufactured by Corning).

AEI−FSI、AMI−FSI、EPI−FSIのそれぞれについて、各温度における粘度及び電気伝導率を測定した。これらの測定結果を表1及び図3〜6に示す。   For each of AEI-FSI, AMI-FSI, and EPI-FSI, the viscosity and electrical conductivity at each temperature were measured. These measurement results are shown in Table 1 and FIGS.

各温度における粘度が、調製例1は、調製例2より低く、また調製例3より低かった。そして、実際に使用が想定される、25〜50℃における電気伝導率は、調製例1及び調製例2が、調製例3より高かった。すなわち、窒素原子上の置換基として、n-プロピル基を用いた場合に比べアリル基を用いた場合に電気伝導率が優れている。そして、調製例1は、より低温の−20〜0℃においても電気伝導率が優れている。   The viscosity at each temperature was lower in Preparation Example 1 than in Preparation Example 2 and lower than Preparation Example 3. And as for the electrical conductivity in 25-50 degreeC which use is actually assumed, the preparation example 1 and the preparation example 2 were higher than the preparation example 3. FIG. That is, the electrical conductivity is superior when an allyl group is used as a substituent on the nitrogen atom, compared to when an n-propyl group is used. And Preparation Example 1 is excellent in electrical conductivity even at a lower temperature of -20 to 0 ° C.

<NaFSIを40mol%の濃度で含む電解液の粘度・電気伝導率測定>
ナトリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(NaFSI)を40mol%の濃度で含む電解液、AEI−FSI(Na(40mol%)/AEI−FSI)、AMI−FSI(Na(40mol%)/AMI−FSI)、EPI−FSI(Na(40mol%)/EPI−FSI)のそれぞれについて、イミダゾリウム塩と同様に各温度における粘度及び電気伝導率を測定した。これらの測定結果を表2及び図7〜10に示す。
<Measurement of viscosity and electrical conductivity of electrolyte containing NaFSI at a concentration of 40 mol%>
Electrolyte containing sodium bis (fluorosulfonyl) imide (NaFSI) at a concentration of 40 mol%, AEI-FSI (Na (40 mol%) / AEI-FSI), AMI-FSI (Na (40 mol%) / AMI-FSI), For each of EPI-FSI (Na (40 mol%) / EPI-FSI), the viscosity and electrical conductivity at each temperature were measured in the same manner as the imidazolium salt. These measurement results are shown in Table 2 and FIGS.

各温度における粘度が、実施例1は、実施例2より低く、また比較例1より低かった。そして、実際に使用が想定される、25〜50℃における電気伝導率は、実施例1及び実施例2が、比較例1より高かった。すなわち、窒素原子上の置換基として、n-プロピル基を用いた場合に比べアリル基を用いた場合に電気伝導率が優れている。そして、実施例1は、より低温である−20〜0℃においても電気伝導率が優れている。
これにより、実施例1及び2の電解液は、比較例1の電解液に比べ電池内部抵抗の抑制に寄与することが推測される
The viscosity at each temperature was lower in Example 1 than in Example 2 and lower than Comparative Example 1. And as for the electrical conductivity in 25-50 degreeC which use is actually assumed, Example 1 and Example 2 were higher than the comparative example 1. FIG. That is, the electrical conductivity is superior when an allyl group is used as a substituent on the nitrogen atom, compared to when an n-propyl group is used. And Example 1 is excellent in electrical conductivity also in -20-20 degreeC which is lower temperature.
Thereby, it is estimated that the electrolyte solution of Example 1 and 2 contributes to suppression of battery internal resistance compared with the electrolyte solution of the comparative example 1.

<密度・分子体積計算>
AEI−FSI、AMI−FSI、及びEPI−FSIのそれぞれについて、20℃における密度を測定し、分子体積を計算(計算レベル:B3LYP/6-311++G(d))により求めた。Na(40mol%)/AEI−FSI、Na(40mol%)/AMI−FSI、及びNa(40mol%)/AEI−FSIのそれぞれについては、密度を測定した。これらの結果を表3に示す。
<Density and molecular volume calculation>
For each of AEI-FSI, AMI-FSI, and EPI-FSI, the density at 20 ° C. was measured, and the molecular volume was calculated (calculation level: B3LYP / 6-311 ++ G (d)). For each of Na (40 mol%) / AEI-FSI, Na (40 mol%) / AMI-FSI, and Na (40 mol%) / AEI-FSI, the density was measured. These results are shown in Table 3.

上記AEI-FSI及びAMI-FSIの20℃における密度(g/cm)は、1.37〜1.45であることが好ましい。より好ましくは、1.38〜1.43である。さらに好ましくは、1.39〜1.41である。上記範囲であれば、イオン間相互作用が適度で、立体的にイオン輸送が有利となるからである。
分子体積(計算レベル:B3LYP/6-311++G(d))は、300〜360Åであることが好ましい。より好ましくは、310〜350Åである。さらに好ましくは、320〜340Åである。上記範囲であれば、イオン間相互作用が適度で、立体的にイオン輸送が有利となるからである。
The density (g / cm 3 ) of the AEI-FSI and AMI-FSI at 20 ° C. is preferably 1.37 to 1.45. More preferably, it is 1.38 to 1.43. More preferably, it is 1.39 to 1.41. If it is in the above range, the interaction between ions is moderate and ion transport is sterically advantageous.
The molecular volume (calculation level: B3LYP / 6-311 ++ G (d)) is preferably 300 to 360 3 . More preferably, it is 310-350 3 . More preferably, it is 320-340 < 3 >. If it is in the above range, the interaction between ions is moderate and ion transport is sterically advantageous.

<ナトリウムイオン含有電解質の濃度と粘度・電気伝導率>
AEI−FSI中のNaFSI濃度を0〜50mol%として25℃で電気伝導率及び粘度を測定した。各NaFSI濃度でのAEI−FSIの電気伝導率及び粘度を表4及び図11に示す。
<Sodium ion-containing electrolyte concentration, viscosity and electrical conductivity>
The electric conductivity and viscosity were measured at 25 ° C. with the NaFSI concentration in AEI-FSI being 0 to 50 mol%. The electric conductivity and viscosity of AEI-FSI at each NaFSI concentration are shown in Table 4 and FIG.

Claims (7)

下記一般式(1)で表されるアリルイミダゾリウム塩と、ナトリウムイオン含有電解質と、を含む二次電池用電解液。
(前記式(1)において、Rは、置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜10のアルキル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルケニル基;置換基で置換されていてもよい、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数2〜10のアルキニル基;置換基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基;置換基で置換されていてもよい芳香族複素環基;並びに、前記アルキル基、前記アルケニル基又は前記アルキニル基の一部にヘテロ原子を含む1価の基;から選ばれるいずれかであり、R〜Rは互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、水素原子、または置換基で置換されていてもよい炭化水素基であり、Xは対アニオンである。)
An electrolytic solution for a secondary battery comprising an allylimidazolium salt represented by the following general formula (1) and a sodium ion-containing electrolyte.
(In the formula (1), R 1 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; Linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms; linear, branched or cyclic alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms which may be substituted with a substituent; substituted with substituent An aromatic hydrocarbon group that may be substituted; an aromatic heterocyclic group that may be substituted with a substituent; and a monovalent that includes a hetero atom in a part of the alkyl group, the alkenyl group, or the alkynyl group R 2 to R 4 may be the same or different from each other, and each is a hydrogen atom or a hydrocarbon group that may be substituted with a substituent, and X - is a counter anion).
前記アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、下記一般式(2)で表されるアニオンである、請求項1に記載の二次電池用電解液。
(前記式(2)において、R〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよく、それぞれ、フッ素原子、またはフッ素原子で置換されていてもよい炭化水素基のいずれかである。)
The electrolyte solution for secondary batteries of Claim 1 whose counter anion of the said allyl imidazolium salt is an anion represented by following General formula (2).
(In the formula (2), R 5 to R 6 may be the same or different from each other, and are each a fluorine atom or a hydrocarbon group optionally substituted with a fluorine atom. .)
前記Rは炭素数1〜10のアルキル基である、請求項1または2に記載の二次電池用電解液。 The electrolyte for a secondary battery according to claim 1, wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. 前記Rは炭素数1〜3のアルキル基である、請求項3に記載の二次電池用電解液。 The electrolyte for a secondary battery according to claim 3, wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. 前記アリルイミダゾリウム塩の対アニオンは、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオンである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の二次電池用電解液。 The secondary battery electrolyte solution according to any one of claims 1 to 4, wherein a counter anion of the allylimidazolium salt is a bis (fluorosulfonyl) imide anion. 前記ナトリウムイオン含有電解質の濃度は、5〜60mol%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池用電解液。 The electrolyte solution for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the concentration of the sodium ion-containing electrolyte is 5 to 60 mol%. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の二次電池用電解液を含むナトリウムイオン二次電池。 The sodium ion secondary battery containing the electrolyte solution for secondary batteries as described in any one of Claims 1-6.
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