(57)【要約】  複素環式アミンを、アミン窒素１モルあたり約２．８〜約３．２モルの無水フッ化水素と反応させることによって形成される約１００℃未満の融点を有するイオン性液体のポリマーイオン性ゲル。イオン性液体およびポリマーのイオン性ゲルを含む非水電解質を有する電気化学デバイスも開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の複素環式アミンと、アミン窒素１モルあたり約２．８〜約３．２モルの無水フッ化水素およびイオン性液体のゲルを形成するのに有効な量のポリアクリル酸とを反応させることによって形成される、約１００℃未満の融点を有するイオン性液体を含むポリマーイオン性ゲル。
【請求項２】
該イオン性液体が、１種の複素環式アミンイオン性化合物から成る請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項３】
該イオン性液体が、２種以上の複素環式アミン化合物から成る請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項４】
約１〜約６００ミリジーメンス／ｃｍの比電気伝導率を有する請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項５】
該複素環式アミンが、５〜７個の環メンバーを含む単環化合物であって、１〜３個の環メンバーは窒素、酸素および硫黄から成る群より選択されるヘテロ原子であり、そしてその場合、該ヘテロ原子のうちの少なくとも１個は窒素である請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項６】
該複素環式アミンが、置換および未置換ピロール、置換および未置換ピラゾール、置換および未置換ピリジン類、置換および未置換ピラジン、置換および未置換ピリミジン、置換および未置換ピリダジン、置換および未置換チアゾール、置換および未置換オキサゾール、置換および未置換トリアゾール、置換および未置換ピロリジン、置換および未置換ピロリドン、置換および未置換ピペラジン、置換および未置換ピペリジンおよび置換および未置換ピロリンから成る群より選択される請求項５記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項７】
該複素環式アミンが、ピリジンまたはピコリンである請求項６記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項８】
該複素環式アミンが、８〜１４個の環メンバーを含む多環性縮合環構造であって、１〜３個の環メンバーは窒素、酸素および硫黄から成る群より選択されるヘテロ原子であり、そしてその場合、該ヘテロ原子のうちの少なくとも１個は窒素である請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項９】
該複素環式アミンが、置換および未置換イミダゾール、置換および未置換キノリン、置換および未置換キノキサリン、置換および未置換プリン体および置換および未置換イソキノリンから成る群より選択される請求項８記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項１０】
約２〜約５０重量％のポリマーを含む請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項１１】
該ポリアクリル酸が、ポリアクリル酸のＩ族金属塩である請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項１２】
該ポリアクリル酸が、アクリル酸アルキルエステル、アルキル分岐アクリル酸、アルキル分岐アクリル酸アルキルエステル、アルキル分岐アクリル酸Ｉ族金属塩、ハロゲン化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、ジビニルエーテル、無水マレイン酸、アクリロニトリルおよびスチレンから成る群より選択される１種以上のビニルコポリマーと共重合されたアクリル酸またはそのＩ族金属塩を含む請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項１３】
約１５０℃未満の融点を有する請求項１記載のポリマーイオン性ゲル。
【請求項１４】
正極および負極を含み、その両方が、請求項１記載のポリマーイオン性ゲルを含む非水電解質と導電性接触している電気化学デバイス。
【請求項１５】
該デバイスが、電気化学キャパシタ、光起電力デバイス、バッテリ、または燃料電池である請求項１４記載の電気化学デバイス。
【請求項１６】
該デバイスが、ポテンシオメトリックおよびボルタンメトリックな電気化学センサである請求項１４記載の電気化学デバイス。
【請求項１７】
該デバイスが、電着デバイスである請求項１４記載の電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の背景：
本発明は、イオン性液体およびそれらを調製するための方法に関する。特に、本発明は、比較的低温で液体であるイオン性液体に関する。本発明によるイオン性液体化合物は、約１００℃未満の温度で液体であり、そして好ましくは６０℃未満で液体であり、そして更に好ましくは、周囲温度または周囲温度付近で液体である。更に、本発明は、ポリマーイオン性電解質およびそれらを調製する方法にも関する。特に、本発明は、特定のポリマーを加えることによって、本発明のイオン性液体をゲル化することに関する。本発明によるポリマー化合物は、約０℃〜約２００℃の温度でゲル様であり、そして、周囲温度または周囲温度付近で、５ミリジーメンス／ｃｍを超える導電率を有する。
【０００２】
現在、広範な用途のための溶媒としてイオン性液体を使用することに関して多大な関心が持たれている。イオン性液体は、イオンから完全に成っていて、蒸気圧が無視できる低融点の塩である。広い範囲の可能なカチオンおよびアニオンから注意深く選択することによって、低温で液体であるイオン性液体を調製することができる。多くの他の溶媒特性、例えば、所定の最終使用用途のための溶媒としての液体の適合性を決定する極性および他のファクターも制御することができる。
【０００３】
従来の有機溶媒は、大量に使用される揮発性液体であり、また、封じ込めにくい有害な蒸気を生成するので、危険性化学物質のリストの上位にある。一方、イオン性液体は、不揮発性、不燃性そして非常に安定な溶媒であって、従来の揮発性有機溶媒の有望な代替として急速に出現している。
【０００４】
イオン性液体は工業溶媒として有用であるだけでなく、例えば、調合化学で使用するための高度に極性の溶媒としても、また、触媒としても適している。イオン性液体の蒸気圧は無視できるので、分別蒸留によって生成物を容易に分離できる。
イオン性液体は、電気化学において、例えばバッテリ、燃料電池および光電子デバイスにおいて、および電着法において特有の用途も有する。
【０００５】
国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ００／０１０９０号は、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化錫およびハロゲン化鉄の特定の第四級アンモニウム塩であるイオン性液体を開示している。開示されたイオン性液体は、報告によれば、６０℃未満で液体であり、安価に製造される。亜鉛、錫および鉄のハロゲン化物の第四級アンモニウム塩は、報告によれば、三塩化アルミニウムの第四級アンモニウム塩であった初期従来技術のイオン性液体に比べて感水性が低い。
【０００６】
近時、ＨａｇｉｗａｒａらによるＪ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  Ｃｈｅｍ．，９９，１（１９９９）およびＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１４９，Ｄ１（２００２）において、１：２．３の特定のモル比で、様々なフッ化イミダゾリウムとフッ化水素とを含むいくつかのイオン性液体が開示されてきている。一方、従来技術の塩は、最小導電性であり、その全てが粘性液体である。溶媒用途用に更に大きな流動性を有し且つ電気化学的用途に更に適する導電性を有するイオン性液体に関するニーズは現在もある。
【０００７】
現在、広範な用途でのポリマーゲルの電解質としての使用に関しても大きな関心が持たれている。ポリマーゲルは、殆ど完全にポリマーから成っていて、無視できる蒸気圧を有する低揮発性で高粘性の物質である。
【０００８】
従来の電解質は、大量に使用される揮発性液体であり、また、消費者用途では封じ込めにくい有害な汚染を生成するので、危険性化学物質のリストの上位にある。一方、イオン性ゲルは、不揮発性、不燃性そして非常に安定な溶媒であって、従来の液体電解質の有望な代替として急速に出現してきている。イオン性ゲルは、電気化学において、例えばスーパーキャパシタ、バッテリ、燃料電池および光電子デバイスにおいて、および電着法において特有の用途も有する。
【０００９】
ＹｏｓｈｉｄａらによるＳｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．，３８，３９−４５（２００２年６月）では、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの混合物中ＬｉＢＦ４の電解液に対してセルロース材料および架橋試薬を加えることによって形成される電解質ゲルが開示されている。その開示は、これらのゲルの導電率が３ミリジーメンス／ｃｍ未満であることを示している。而して、より高い導電性を有するポリマーゲルに関するニーズもある。
【００１０】
発明の概要：
これらのニーズは、本発明によって満たされる。アミン窒素１モルあたり約３モルのフッ化水素を使用して複素環式アミンから形成されるイオン性液体は、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化錫およびハロゲン化鉄の第四級アンモニウム塩に比べて導電性が数桁大きいことを発見した。更に詳しくは、複素環式アミンを、アミン窒素１モルあたり約２．８〜３．２モルのフッ化水素と混合すると、しかしながら高度に導電性のポリマーゲルを形成する望ましい塩様特性を有するイオン性液体が得られることを発見した。
【００１１】
而して、本発明の一つの面によって、複素環式アミンを、アミン窒素１モルあたり約２．８〜約３．２モルの無水フッ化水素と反応させることによって約１００℃未満の融点を有するイオン性液体を提供し、そしてそこにイオン性液体をゲル化するのに有効な量のポリアクリル酸またはそれらのＩ族金属塩を加える。
【００１２】
本発明と一緒に使用するのに適するイオン性液体は、本発明による単一の複素環式アミンの塩、または、２種以上複素環式アミンの塩から成ることができる。単一の複素環式化合物は、複数のアミン窒素原子を含むことができ、そしてそのそれぞれは塩へと転化される。
【００１３】
本発明のイオン性液体を、ポリアクリル酸またはそれらのＩ族金属塩と混合すると、Ｙｏｓｈｉｄａらによって開示されたポリマー電解質ゲルに比べて導電性が数桁大きいポリマーイオン性ゲルが生成する。更に詳しくは、本発明のイオン性液体を、ゲル化するのに有効な量のポリアクリル酸またはその塩と組み合わせると、従来技術の欠点が解決されるだけでなく、望ましいゲル様レオロジーを有するポリマーイオン性ゲルも得られる。本発明のイオン性液体は、好ましくは極めて高い導電性を有する。本発明による好ましいポリマーイオン性ゲルは、約２〜約５０重量％のポリマーを含む。
【００１４】
本発明のために、ポリアクリル酸は、アクリル酸と、アクリル酸アルキルエステル、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレートなど；アルキル分岐アクリル酸、例えばメタクリル酸、およびそれらのエステル、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなど；ハロゲン化ビニル、例えば塩化ビニルおよび塩化ビニリデンなど；そして、他のビニルモノマー、例えば酢酸ビニル、ビニルアルコール、ジビニルエーテル、無水マレイン酸、アクリロニトリル、スチレンなどを含む他のビニルモノマーとのコポリマーを含むと規定される。ポリアクリル酸は、前記のうちの２種以上と共重合されたアクリル酸を含むと規定される。本発明による適当なＩ族金属塩は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムを含む。
【００１５】
本発明のポリマーイオン性ゲルは、電気化学デバイスにおいて、例えば電気化学キャパシタ、光電子デバイス、ポテンシオメトリックおよびボルタンメトリックな電気化学センサ、バッテリ、燃料電池および電着デバイスにおいて、非水電解質としての使用にも特に充分に適する。而して、本発明は、正極および負極が、非水電解質として本発明にしたがってポリマーイオン性ゲルから実質的に成っている非水電解質ゲルと導電性接触している前記電気化学デバイスを含む。
【００１６】
好ましい実施態様の詳細な説明：
単独でまたは２種以上のものを一緒に混合したときにイオン性液体として機能する本発明のイオン性液体は、複素環式アミンとフッ化水素との塩を形成させることによって調製される。本発明と一緒に使用するのに適する複素環式アミンは、芳香族、例えばピロール、イミダゾール、プリン体、ピラゾール、ピリジン、ピリダジン、ピラジン、キノリン、キナゾリン、ピリミジンなどであることができ、または、それらは、非芳香族、例えば完全に飽和しているピロリジン、ピロリドン、ピペラジン、ピペリジンなど、および非芳香族であるが不飽和であるピロリンなどであることができる。
【００１７】
本発明の用途に、適当な複素環式アミンは、１〜３個の環メンバーがヘテロ原子であり、その少なくとも１個が窒素である５〜７個の環メンバーを含む単環化合物を含む。他の適当なヘテロ原子環メンバーとしては、酸素、硫黄などが挙げられる。１〜３個の窒素原子を含む単環複素環式アミンが好ましく、更に好ましくは、全ての環ヘテロ原子が窒素原子の構造である。
【００１８】
本発明と一緒に使用するのに適する複素環式アミンとしては、１〜３個のヘテロ原子（そのうちの少なくとも１個は窒素である）を含む８〜１４個の環メンバーを有する多環性で縮合された２つまたは３つの環構造も挙げられる。８〜１０個の環メンバーを含む多環性二環縮合構造が好ましい。また、環構造は、他のヘテロ原子、例えば酸素、硫黄などを含むことができる。１〜３個の窒素原子を含む多環性縮合環構造が好ましく、最も好ましくは、全ての環ヘテロ原子が窒素原子の構造である。
【００１９】
本発明と一緒に使用するのに適する複素環式アミンとしては、直接に一緒に結合された同じかまたは異なる単環または多環の縮合環構造のダイマーおよびトライマー、例えばビス−ピリジンが挙げられる。好ましくは、ダイマーである。一緒に直接結合させないで、ダイマーおよびトライマーの環構造を、適当な二官能性配位子によって結合させてもよい。
【００２０】
本発明と一緒に使用するのに適する複素環式アミンは、環置換することもできる。単環置換基が存在していてもよく、または、同じか若しくは異なる置換基のうちの最高３つまで使用できる。環置換基は、炭素原子または適当な窒素原子に結合させることができる。
【００２１】
適当な環置換基としては、例えば、ハロゲン（塩素、臭素、フッ素およびヨウ素を含む）、アミノ、シアノ、ヒドロキシル、ニトロ、ケト、フェニル、１〜３個の炭素原子を有する低級アルキル、２〜４個の炭素原子を有するアルケンまたはアルキン、３〜６個の炭素原子を有するシクロアルキルまたはシクロアルケン、１〜４個の炭素原子を有するアルデヒド、−Ｒ１Ｃ（＝Ｏ）Ｒ２、−Ｒ１ＯＲ２、−Ｒ１ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ２、−Ｒ１Ｃ（＝Ｏ）ＯＲ２（式中、Ｒ１は、結合、１〜３個の炭素原子を有する低級アルキル、２〜３個の炭素原子を有するアルケン、またはフェニルであり、そしてＲ２は、水素、１〜３個の炭素原子を有する低級アルキル、２〜３個の炭素原子を有するアルケンまたはフェニルである）などが挙げられるが、それらに限定されない。Ｒ１およびＲ２低級アルキル、アルケンおよびフェニル基は、１つ以上のハロゲン、アミノ、シアノ、ヒドロキシル、ニトロ、フェニル、１〜３個の炭素原子を有する低級アルキルおよび１〜３個の炭素原子を有する低級アルコキシで更に任意に置換できる。好ましい置換基としては、ＣａＨｂＢｒｃＣｌｄＦｅＩｆＮｇＯｈ（式中、ａは１〜３であり、ｂ、ｅは０〜９であり、ｃ、ｄ、ｆ、ｇおよびｈはそれぞれ０〜２であり、そしてｂからｈまでの合計は１〜９（両端の値を含む）である）が挙げられる。２つ以上の置換基が存在するとき、置換基は同じかまたは異なっていてもよい。
【００２２】
本発明による複素環式アミン塩は、約１００℃未満の融点を有する。本発明のために、「融点」は、示差走査熱量測定法で測定する。本発明の複素環式アミン塩の中では、約６０℃未満の融点を有するものが好ましく、より更に好ましくは、室温未満の融点を有する複素環式アミン塩である。本発明のために、室温は２５℃と規定する。本発明による複素環式アミン塩は、振動片粘度計（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  ｒｅｅｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）を使用して室温で測定すると、約１〜約１００，０００センチポアズの粘度も有する。
１０，０００センチポアズ未満の粘度が好ましい。
【００２３】
本発明によるイオン性液体は、フッ化水素のような腐蝕性大気下で導電率を測定するのに適する一般的な導電率計によって測定した場合、約１〜約６００ミリジーメンス／ｃｍ（ｍＳ／ｃｍ）および好ましくは約２０ミリジーメンス／ｃｍを超える比導電率を有する。
【００２４】
本発明の範囲内にある特定の複素環式アミン化合物の例としては、ピリジン化合物および置換ピリジン化合物、例えばα−ピコリン（２−メチル−ピリジン）、２−アミノ−３−メチルピリジン、ナイアシン、ナイアシンアミド（ビタミンＢ）、２−アミノピリジン、β−ピコリン（３−メチルピリジン）、３−シアノピリジン、４−シアノピリジン、４−ジメチルアミノピリジン、１，３−ジ−（４−ピラジル）−プロパン、４−エチルピリジン、γ−ピコリン（４−メチルピリジン）、２，６−ルチジン、３，５−ルチジン、混合ピコリン、混合アルキルピリジン、４−フェニルプロピルピリジン、ポリアルキルピリジン、ピリドキシン（ビタミンＢ６）、３−ピリジルカルビノール、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジンなどが挙げられる。
【００２５】
本発明と一緒に使用するのにも適する非ピリジン複素環式アミンの例としては、ピペリジン化合物および置換ピペリジン化合物、例えば２−エタノール−ピペリジン、１，３−ジ−（４−ピペリジニル）プロパンなど；ピロールおよび置換ピロール；ピロリジンおよび置換ピロリジン；ピロリドンおよび置換ピロリドン、例えばＮ−メチルピロリドン；イミダゾリンおよび置換イミダゾリン；オキサゾールおよび置換オキサゾール；チアゾールおよび置換チアゾール；ピラゾールおよび置換ピラゾール；ピロリンおよび置換ピロリン；ピリミジンおよび置換ピリミジン；プリンおよび置換プリン；キノリンおよびイソキノリン、そして置換キノリンおよびイソキノリンなどが挙げられる。
【００２６】
本発明によるイオン性液体は、撹拌機を有する金属製またはプラスチック製の密封容器において、例えば、無水ＨＦ供給に対する、典型的には別の密封容器に対する密封接続を有するオートクレーブにおいて、１種以上の複素環式アミンを、化学量論量の無水フッ化水素、すなわち、アミン窒素１モルあたり約２．８〜約３．２モルの無水フッ化水素と一緒に混合することによって、簡便に調製できる。塩の形成は高度に発熱性であるので、熱を除去するために容器にはジャケットを付けるべきである。容器およびその間の接続をシールして、無水ＨＦが環境へ漏れるのを防止する。無水ＨＦは、オラーの試薬の形態で供給することもでき、その調製は、米国特許第５，０７３，６７４号で開示されている。
【００２７】
追加の溶媒は一般的に使用しないが、いくつかの場合では、イオン性液体、特に本発明によるイオン性液体である溶媒中で反応を行うことも有利であるかもしれない。塩生成物の蒸気圧は無視できるので、過剰の試薬は、蒸留によって容易に除去される。
【００２８】
その場合、例えば、電気化学的な用途で、例えば燃料電池、電気化学キャパシタ、非水充電式電池、例えばリチウム電池、光電池などで使用するために、本発明のイオン性液体の粘性を溶かし、そして更に希釈するためのイオン性液体ではない任意の溶媒を使用してもよい。その溶媒は、好ましくは、本質的に極性であり、例えばプロピレンカーボネートおよびアセトニトリルなどのような一般的な溶媒が挙げられる。
【００２９】
本発明によるイオン性液体は、本発明による２種以上のイオン性液体化合物から成る混合物を含む。前記イオン性液体は、複素環式アミンの対応混合物から出発して調製できるか、または、イオン性液体化合物をそれぞれ調製し、次いで組み合わせてイオン性液体混合物を調製できる。
【００３０】
本発明によるポリマーのイオン性ゲルは、有効量の１種以上のポリアクリル酸またはそれらの塩を本発明のイオン性液体に加えて、均一で同質なゲルが形成されるまで混合することによって、調製される。混合は、イオン性液体およびポリマーの選択にしたがって、完全に混合できるほど充分に流動性である温度で、典型的には約０℃〜約６０℃で、そして好ましくは周囲温度で行う。好ましい方法は、イオン性液体製造プロセスの追加のプロセス工程として、更に好ましくは、外部熱源がゲルを形成するのに必要とされないようにイオン性液体形成の発熱が放散される前に、ポリマーを単純に加える。
【００３１】
約２〜約５０重量％のポリマー量が好ましく、更に好ましくは約５〜２０重量％のポリマー量である。本発明と一緒に使用するのに適するポリアクリル酸は、約１０００〜約５００，０００の重量平均分子量を有する。Ｉ族金属塩、例えばポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウムおよびポリアクリル酸カリウム、ならびに、既に列挙したアクリル酸と、アクリル酸塩、すなわちアクリル酸アルキルエステル、アルキル分岐アクリル酸およびそれらのエステル、ハロゲン化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、ジビニルエーテル、無水マレイン酸、アクリロニトリル、スチレン、およびそれらの組み合わせとのビニルコポリマーを使用することができる。
【００３２】
本発明によるポリマーイオン性ゲルは、示差走査熱量測定法で測定すると、約１５０℃未満の融点を有する。本発明のポリマーイオン性ゲルの中では、約１００℃未満の融点を有するものが好ましい。
【００３３】
本発明によるポリマーイオン性ゲルは、振動片粘度計を使用して２０℃で測定すると、約１０センチポアズを超える粘度を有する。２０℃で約１００センチポアズを超える粘度が好ましく、更に好ましくは２０℃で約５００センチポアズを超える粘度である。本発明のイオン性液体と同様に、イオン性液体の粘性を溶かし、そして更に希釈するためのイオン性液体ではない任意の溶媒を使用してもよい。溶媒が加えられるポリマーイオン性ゲルは、本発明による無溶媒型イオン性液体をベースとすることができるか、または、同じか若しくは異なる溶媒を含む本発明によるイオン性液体をベースとすることができる。
【００３４】
本発明によるイオン性液体と、それらから調製されるポリマーイオン性ゲルとの間の導電率の差は、最小であり、而して、腐蝕性大気下で導電率を測定するのに適する一般的な導電率計によって測定した場合に、本発明によるポリマーイオン性ゲルは、約１〜約６００ミリジーメンス／ｃｍ（ｍＳ／ｃｍ）および好ましくは約２０ミリジーメンス／ｃｍを超える比導電率を有する。
【００３５】
本発明によるイオン性液体は、広範な目的に使用できる；例えば、前記液体は、極性ではあるが非水の溶媒または無視できる蒸気圧を有する溶媒が要求される調合化学における化学反応のような用途での使用に有用である。本発明によるイオン性液体は、蓄熱流体としても使用できる。更に、本発明によるイオン性液体は、不活性媒体として、例えば、遷移金属錯体のようなイオン種を溶解させるための不活性媒体として、また、単独で若しくは他の金属イオンと錯化させた後に、触媒として、または化学試薬として使用することもできる。
【００３６】
本発明のイオン性液体が有用である極性ではあるが非水の溶媒が要求される溶媒系用途としては、セルロースのリサイクル、接触分解反応、例えばポリエチレンのリサイクル、キラル触媒反応、カップリング反応、例えばヘック反応、スルホン化反応、硝化反応、酸化反応、求核置換反応、オレフィン重合反応、アクチニド抽出、アルキル化反応、ヒドロホルミル化反応、二量体化反応、水素化反応、ディールスアルダー反応、メタセシス反応、アリール化反応、フリーデルクラフツ反応などが挙げられる。
【００３７】
本発明のイオン性液体およびポリマーイオン性ゲルは、電気化学デバイスにおいて、例えば電気化学キャパシタ、光電子デバイス、ポテンシオメトリックおよびボルタンメトリックな電気化学センサ、バッテリ、燃料電池および電着デバイスにおいて、非水電解質として特に充分に適する。而して、本発明は、正極および負極が、本発明のイオン性液体または前記イオン性液体から調製されるポリマーイオン性ゲルから実質的に成っている非水電解質と導電性接触している前記電気化学デバイスを含む。他の従来の電解質添加剤が存在していてもよい。一方、デバイスは、実質的に従来のものであり、更なる説明を要しない。この種のデバイスのために本発明によるイオン性液体を非水電解質として使用する方法を当業者は理解するだろう。本発明によるポリマーイオン性ゲルは、蓄熱流体として使用することもできる。
【００３８】
実施例
多くの本発明の好ましい実施態様のうちのいくつかの実施態様を、以下の非限定的な実施例において例示する。
実施例１−フッ化水素によるピリジン塩の形成
約６０グラムの無水フッ化水素を、オートクレーブ中に含まれている約５５グラムのピリジンに撹拌しながらゆっくりと加えて、ピリジン対ＨＦのモル比を１：３にした。反応熱がひいたら、その混合物を冷却し、そしてそのオートクレーブに含まれている１１５グラムの液体を、ピリジンの沸点に比べて９０℃高く、またフッ化水素の沸点に比べて１６０℃高い１８０℃で沸騰させた。その液体は、成分に分離することができなかった。その物質を分析すると、新化合物の構造は、イオン性液体［ピリジン・Ｈ＋］［Ｈ２Ｆ３］−（または、ピリジン・３ＨＦ）であることが確認された。純粋なイオン性液体の導電率は９８ｍＳ／ｃｍと測定された。その液体は、ガラスと反応するオラーの試薬とは異なり、ホウケイ酸ガラスを腐食しなかった。
【００３９】
そのイオン性液体をプロピレンカーボネート中に溶解し（その場合、あらゆる割合で溶けた）、導電率を測定した。導電率は、イオン性液体濃度の関数として、０〜９８ｍＳ／ｃｍまでなめらかに変化した。
【００４０】
また、そのイオン性液体を、アセトニトリル中にも溶かし（その場合、あらゆる割合で溶けた）、導電率を測定した。導電率は、再びなめらかに変化し、約８０重量％のイオン性液体濃度において、最大１０４ｍＳ／ｃｍであった。
実施例２−ＨＦピリジン塩のゲル化
オートクレーブからイオン性液体を取り出す前に、撹拌しながら、ポリアクリル酸ナトリウム（分子量５０，０００）を加えた以外は、実施例１を繰り返した。溶液は粘性となり、１５重量％ポリアクリル酸ナトリウムにおいて、液体ゲルは、粘性が大きくなり過ぎて撹拌できなくなった。導電率を測定すると、なお７８ｍＳ／ｃｍあった。ポリマー含量を増加させながら導電率を測定すると、ポリマー濃度の関数として７８〜９８ｍＳ／ｃｍまでなめらかに変化した。
実施例３−カリウムポリアクリレートによるゲルの形成
ポリマーとしてカリウムポリアクリレートを使用して実施例２を繰り返した。結果は、同じであり、ゲルが形成されるにしたがって著しく増加した。ポリマー２０％におけるゲル導電率は、７４ｍＳ／ｃｍであった。
実施例４−ポリアクリル酸によるゲルの形成
ポリマーとしてポリアクリル酸を使用して実施例２を繰り返した。結果は同じであった。ポリマー２３％におけるゲル導電率は、７６ｍＳ／ｃｍであった。
実施例５−フッ化水素によるα−ピコリン塩の形成
約６０グラムの無水フッ化水素を、オートクレーブ中に含まれている約６９グラムのα−ピコリンに撹拌しながらゆっくりと加えて、ピコリン対ＨＦのモル比を１：３にした。
反応熱がひいたら、その混合物を冷却し、そしてそのオートクレーブに含まれている１２９グラムの液体を、α−ピコリンの沸点に比べて８０℃高く、またフッ化水素の沸点に比べて１８０℃高い２００℃で沸騰させた。その液体は、成分に分離することができなかった。その物質を分析すると、新化合物の構造は、イオン性液体［α−ピコリン・Ｈ＋］［Ｈ２Ｆ３］−（またはα−ピコリン・３ＨＦ）であることが確認された。純粋なイオン性液体の導電率は７３ｍＳ／ｃｍと測定された。その液体は、ガラスと反応するオラーの試薬とは異なり、ホウケイ酸ガラスを腐食しなかった。
【００４１】
上記の実施例は、広範で様々な溶媒用途における有用性、また、様々な電気化学デバイス用の非水電解質としての有用性を有するように調製できる本発明による広範で様々な化合物を例示している。本発明による化合物によって広範囲な他の用途が可能であること、また、本発明は、実施例によって詳細に示されていないが、示された原理の応用によって得ることができる広範囲な化合物を含むことは、上記の実施例から明らかな特性に基づいて当業者には明らかであろう。
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月6日(2007.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の複素環式アミンと、アミン窒素１モルあたり約２．８〜約３．２モルの無水フッ化水素とを反応させることによって形成される、約１００℃未満の融点を有するイオン性液体。
【請求項２】
請求項１記載のイオン性液体と、該イオン性液体のゲルを形成するのに有効な量のポリアクリル酸とを含むポリマーイオン性ゲル。
【請求項３】
正極および負極を含み、該電極の両方が、請求項２記載の該ポリマーイオン性ゲルまたは請求項１記載の該イオン性液体を含む非水電解質と導電性接触している電気化学デバイス。
【国際調査報告】
2008532246.tif 000002
2008532246.tif 000003